CAD-IT 15th User ConferenceMoldflow 残余应力优化分析技术与应用新科益系统与咨询（上海）有限公司Moldflow Consultant Jerry2CAD-IT 15th User Conference报告大纲一、残余应力概念解释及表现二、残余应力相关缺陷分析及优化三、案例分享3CAD-IT 15th User Conference残余应力概念解释 残余应力 ---是指注塑件出模后残余在制品中未松弛的各种应力之和，通常认为残余应力包括 流动残余应力 和 热残余应力1）流动残余应力流动残余应力 是熔融塑胶料填充流动过程中的剪切应力 shear stress如果这种剪切应力过大或分布不均匀，会造成尺寸变化、分子链断裂、局部残余应力过大、制品强度下降方向性密度 (Orientation intensity)4CAD-IT 15th User Conference4流动残余应力产生过程5CAD-IT 15th User Conference热残余应力概念解释2) 残余热应力是由于制品收缩不均产生的内应力，不仅影响制品的力学、光学性能，而且在很大程度上决定制品的最终几何形状6CAD-IT 15th User Conference6热残余应力产生过程7CAD-IT 15th User Conference残余应力的测量 如果塑料制品透明，可以通过透光程度的不同来观察残余应力的大小和分布。
下面几个图片是透明件的透光照片，暗处是应力比较高的地带8CAD-IT 15th User Conference残余应力测量原理 由于流动过程中剪切应力存在差异，剪切应力大的地方分子更多的沿着流动方向排列，导致此处结晶程度加大，结晶程度的差异会导致透光率的差异，从而反应出亮度不同的光泽 结晶度高的区域，与其他部位相比，分子排列更加紧密，分子之间的相互作用力加大，致使这里的密度、刚性和强度都增加这种物理和机械性能的不均匀，导致制品在成型之后产生残余内应力9CAD-IT 15th User Conference残余应力解决方案 针对残余应力产生的原因，提供相应的解决方案1）降低流动应力值常用方法：减小注射速度、适当增加加工温度、升高模具温度改善制品结构、增加浇口尺寸及数量等2) 减小热应力值常用方法：改善制品结构、调整制品壁厚、优化设计模具冷却系统、保持模具温度均匀等10CAD-IT 15th User Conference残余应力缺陷分析及优化 残余应力缺陷通常表现为 应力痕 开裂、强度不足，皮层脱落（电镀、涂装产品） 光学产品双折射11CAD-IT 15th User Conference应力痕 Moldflow应用指标应力痕Moldflow应用指标改善方向 Moldflow分析结果冻结时间差筋、凸台与底面的冻结时间差异控制在一定范围内1） Frozen layer fraction2) Time to reach ejection temperature温度梯度温度梯度越小，应力痕越不明显 Bulk temperature体积收缩体积收缩值越小越均匀，应力痕越不明显 Volumetric shrinkage 残余应力残余应力差越大，应力痕越明显Stress in first principal direction 应力痕问题12CAD-IT 15th User Conference分析结果：到达顶出温度的时间 Boss先冻结，底面后冻结，在结合处产生应力，当应力足够大时，将产生应力痕13CAD-IT 15th User Conference分析结果：体积收缩 体积收缩差值越大，产品表面易产生应力痕14CAD-IT 15th User Conference分析结果：体积收缩（ 3D） 体积收缩差值越大，产品表面易产生应力痕15CAD-IT 15th User Conference分析结果：残余应力 残余应力差越大，应力痕越明显16CAD-IT 15th User Conference开裂 、强度不足开裂、强度不足Moldflow标准指标改善方向 Moldflow分析结果残余应力 越小越好1） Stress in first principal direction（主要是未加填充剂的易脆性材料）2） Stress， Mises-Hencky主要是未加填充剂的易脆性材料）剪切应力 不超过材料许用值Shear stress熔接痕 夹角越大，远离受力区域Weld lines 开裂、强度不足问题17CAD-IT 15th User Conference分析结果：残余应力分布 残余应力分布GateGate18CAD-IT 15th User Conference分析结果：残余应力分布 最大剪切应力 —Shear stress19CAD-IT 15th User Conference光学产品双折射 双折射可能会导致严重的产品缺陷 成像模糊 重影 差的化学特性 Moldflow分析 折射率变化 相位差20CAD-IT 15th User Conference裂痕瑕疵个案研究 材料： PC保压压力值（ MPa）Packing pressure小 大收缩变形shrinkage/warpage大 小裂痕发生风险 低 高21CAD-IT 15th User Conference裂痕瑕疵个案研究 裂痕研究实验[配向方向1st残余应力结果 ][相等 IPA] 10-15MPa药水试验 （同条件实际模型）裂痕实验受到约 10MPA 的夹差之后，裂痕产生残余应力发生原因是：非剪切，而是收缩Isopopanol IPA 22CAD-IT 15th User Conference收缩变形、确定避免裂痕条件 根据分析检查证实厚度 mm： Thickness170180PackingMpa良品条件0.7 1.0保压时间 Sec，Durating0.52.01 st条件170MPa, 0.5sec,0.7mm成为类似产品的标准23CAD-IT 15th User ConferenceBoss柱强度改善 两处 Boss柱有轻微滞留，料温低，射速慢时会加大滞留影响24CAD-IT 15th User Conference流动前沿温度 流动的迟滞使得断裂处的两个 Boss比对面的两个 Boss温度要低，温差大会加大冷却过程的收缩应力25CAD-IT 15th User Conference体积收缩 在 boss柱位置切面体积收缩的差异加大26CAD-IT 15th User Conference应力分布 在 boss位置的根部均有应力集中现象，但为断裂的两个 boss在根部的肉厚要多，所以强度要好27CAD-IT 15th User Conference应力分布 左图为原始方案的应力分布，右图为 均匀冷却条件下应力分布，均匀冷却使 Boss柱根部应力集中减弱28CAD-IT 15th User Conference应力分布 两种方案的最大应力及分布相近，加厚 Boss的方案产品应力分布更均匀，且受力位置强度增强，有利于改善开裂问题原始方案 Boss柱加厚29CAD-IT 15th User Conference应力分布 — 改善结果 改善效果对比30CAD-IT 15th User Conference制品开裂 充气阀门 制品局部残余应力集中，受力后开裂31CAD-IT 15th User Conference制品开裂改善 — 充气阀门 调整成型工艺改善参与应力 —适当降低加工温度、模具温度，减小保压压力值，从而减小热应力32CAD-IT 15th User Conference电镀层开裂、脱落 残余应力对电镀或喷漆工艺有较大的影响 一般用冰醋酸测试33CAD-IT 15th User Conference电镀层开裂、脱落 电镀件改善案例acSize before:1.5*1*0.2 mm Size after:3*1*0.28mm34CAD-IT 15th User Conference成型材料35CAD-IT 15th User Conference电镀层开裂、脱落 电镀件改善案例之前应力： 0.33MPa 之后应力： 0.25MPa36CAD-IT 15th User Conference残余应力改善案例之一 产品：电子器件 Up housing 材料： PC+ABS 模具形式： 二板模 冷流道 问题点：应力痕，调机无法解决37CAD-IT 15th User Conference残余应力改善案例之一 产品肉厚分布38CAD-IT 15th User Conference残余应力改善案例之一 问题分析t=1.0 mmt=1.5 mm39CAD-IT 15th User Conference残余应力改善案例之一 实际产品问题两条亮线40CAD-IT 15th User Conference残余应力改善案例之一 改善对策t=1.0 mmt=1.5 mm肉厚平缓过渡41CAD-IT 15th User Conference残余应力改善案例之一 改善效果– 应力痕得到解决优化前 优化后42CAD-IT 15th User Conference残余应力改善案例之一 试模结果– 应力痕得到彻底改善43CAD-IT 15th User Conference残余应力改善案例之二 汽车连接器 主要问题：中间断裂 解决方案：改变浇口位置和数量 材料： PA6644CAD-IT 15th User Conference残余应力改善案例之二 原始产品分析结果温度超过材料允许的最大熔融温度剪切应力超过材料允许的最大剪切应力剪切速率超过材料允许的最大剪切速率45CAD-IT 15th User Conference优化前 优化后1gate 2 gates残余应力改善案例之二 优化对比46CAD-IT 15th User ConferenceOK滞流 优化对比 —流动模式优化前 优化后残余应力改善案例之二47CAD-IT 15th User Conference• 最大熔融温度： 280 ℃• 优化前：薄筋条位置超过最大熔融温度，且温差大• 优化后：薄筋条位置没有超过最大熔融温度，温度均匀温差大 温度均匀残余应力改善案例之二 优化对比 —温度48CAD-IT 15th User Conference•材料推荐的最大剪切应力： 0.5MPa•优化前：薄筋条位置剪切应力明显超标•优化后：薄筋条位置剪切应力没有超标应力超标 OK残余应力改善案例之二 优化对比 —剪切应力49CAD-IT 15th User Conference•材料推荐的最大剪切速率： 60000 1/s•优化前：筋条上剪切速率大部分超标•优化后：薄筋条位置剪切速率均匀且整体较低。
剪切超标 OK残余应力改善案例之二 优化对比 —剪切速率最终断裂问题得到解决！50CAD-IT 15th User Conference谢谢！。