常见注塑成型缺陷在Moldflow的表征

2016-11-23 by:CAE仿真在线来源:互联网

0、引言:

Moldflow是专业的注射成型CAE软件,目前广泛应用于塑胶行业中。其原理是通过理想的数学模型来模拟塑料在模具中的流动行为,从而可以在实际制品生产之前,即产品设计和模具设计阶段,提前预知成型缺陷,克服经验带来的不足,从而缩短开发周期和成本。

Moldflow的核心价值就在于使用者可以根据其输出结果,对产品的成型状况进行预先认知。在实际的注塑生产中,注塑缺陷的表现形式多种多样,而Moldflow的分析结果大部分是基于温度、速度、压力、位置等物理参数的分布和变化。但是归根到底,实际成型缺陷的发生均是与内在的物理量相关联的。因此,找出成型缺陷所对应的分析结果并准确理解,就显得尤为重要。

1、注塑成型缺陷与Moldflow分析结果的关联

注塑成型缺陷种类繁多,很多缺陷成因类似,只是表现形式不同。本文着重阐述短射、熔接线、水波纹、缩痕等缺陷在Moldflow的分析结果的表征。

1.1短射

Moldflow分析结果中和短射相关的结果有3种:Temperature at flow front(流动前沿温度), Pressure at injection location XY plot(主进料处的压力,XY图), Air traps(气穴)。

Temperature at flow front---熔体波前温度必须高于材料的转化温度,否则产品就会出现短射。

Pressure at injection location XY plot---最大注射压力加上15Mpa(螺杆前端熔体的压力损失)需小于注塑机的额定注塑压力。

Air traps---在困气的位置,容易出现短射。

这三个结果中,Temperature at flow front最能反映产品出现短射的可能性。

1.2熔接线

熔接线位置

Weld lines(熔接线)---Moldflow的熔接线结果是网格节点间连线。因此不同的网格质量,熔接线位置会出现差异。

熔接线质量

熔接线的质量和两股料流相汇时/相汇后的角度,温度,压力有关。

角度---Weld lines和Fill time contour(填充时间等值线)的叠加---熔接痕汇合角度越大,其质量越好。

温度---Weld lines和Temperature at flow front的叠加---形成熔接线的两股料流前沿温度温差应小于10度。熔接痕形成时的温度和设置的熔体温度相差越小越好,一般不超过20度。

温度---Frozen layer fraction(冻结层因子)双层面;Weld lines和Temperature(温度)的叠加3D---汇合时,熔接线附近的冻结层因子越小,则熔接线质量越高。汇合后,熔接线的冻结得越慢,则熔接线质量越高。

压力---Pressure,熔接线各节点的压力变化,需要手动创建---熔接线各点处的受到的压力越大,时间越大,则熔接线的强度越高。

气穴---Air traps---熔合时困气,则熔接线质量较差。

1.3烧焦痕/发脆

烧焦痕,发脆以及其它一些由材料降解引起的缺陷在Moldflow分析结果中有Shear rate bulk(剪切速率),Bulk temperature(体积温度),Air traps等与之相关。

Temperature at flow front;Bulk temperature---体积温度和流动前沿温度不可超过材料的最高许可温度。

Shear rate, bulk---最大剪切速率不可超过材料的最高许可剪切速率。

存胶量---分析日志的Volume filled initially,见图1---Volume filled initially是指热流道中熔体的体积, Volume to be filled是指产品加上冷流道的体积。热流道内熔体的体积相对于产品和冷流道的体积和必须在合理的范围内。

图1

气穴---Air traps---在困气位置,材料容易过热降解。

1.4水波纹/光泽差

Moldflow分析结果中与水波纹,光泽差相关的结果主要有:Fill time contour(填充时间等值线), Velocity(流速), Temperature at flow front, Bulk temperature at the end of fill(填充结束时的体积温度)。

Fill time contour;Velocity---流动前沿流速加速度太大,导致熔体在型腔内不稳定流动,出现流痕。

Temperature at flow front;Bulk temperature at the end of fill---产品表面前沿温度或体积温度的差异,导致光泽差。

1.5喷射痕

喷射痕可在3D网格的Fill time(填充时间)中直接读出。见图2---浇口与型腔尺寸差异大,容易出现喷射痕。

图2

1.6缩痕

Moldflow评价缩痕的结果有:Volumetric shrinkage(体积收缩率), Sink mark estimate(缩痕估计), Sink mark index(缩痕指数)。

Volumetric shrinkage, Volumetric shrinkage at ejection(顶出时的体积收缩率)---区域内体积收缩率差异越大,则产生缩痕的可能性越大。

Sink mark index---缩痕指数的值越大,则缩痕发生的可能性越大。

Sink mark estimate;Sink mark depth(缩痕深度)---缩痕深度的值越大,则缩痕发生的可能性越大。

1.7变形

Moldflow分析结果有原始产品和变形后的产品的全部坐标值。可通过查看Deflection, all effects(所有因素引起的变形),Deflection, all effects:X/Y/Z component了解产品变形情况。

Moldflow的变形分析不仅提供了变形趋势,而且能分析变形产生的原因,Deflection, differential cooling(不均匀冷却引起的变形);Deflection, differential shrinkage(不均匀收缩引起的变形);Deflection, orientation effect(取向引起的变形),从而为使用者改善变形提供了方向。

2、结束语

Moldflow主要作用是项目周期和成本的优化,要实现这一目标,首先要做的就是对Moldflow分析结果进行基准化。体积收缩率差值在多少产品会产生缩痕,熔接痕汇合角及温度在多少熔接痕会不可见,这些具体的数值与所用的塑胶品种,产品结构息息相关。比如ABS材料,我们可以把缩痕标准放到3%(体积收缩率),但是如果是PP材料,3%的标准就过于严格了,实际上PP材料5%以下都不会出现明显的缩痕。因此我们要结合材料,Moldflow分析结果,实际成型状况,建立属于各类产品的Moldflow分析评判基准,只有这样,才能发挥Moldflow的最大作用。

参考文献:

[1]Moldflow标准化应用手册(MFS2008版).

开放分享：优质有限元技术文章,助你自学成才