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1、-Moldflow模具分析应用第1章 Moldflow分析根底知识1.1 注塑成型根底知识将树脂经由注塑机注塑成型变成塑料制品的过程如下：计量：为了成型一定大小的塑件，必须使用一定量的颗粒状塑料，这就需要计量；塑化：为了将塑料充入模腔，就必须使其变为熔融状态，流动充入模腔；注塑充模：为了将熔融塑料充入模腔，就需要对熔融塑料施加注塑压力，流动充入模腔；保压增密：熔融塑料充满模腔后，向模腔内补充因制品冷却收缩所需的物料；制品冷却：保压完毕后，制品开场进入冷却定型阶段；开模：制品冷却定型后，注塑机的合模装置带动模具动模局部与定模别离；顶件：注塑机的顶出机构顶出塑件；取件：通过人力或机械手取出塑件和浇
2、注系统凝料等；闭模：注塑机的合模装置闭合并锁紧模具。1.2 注塑成型过程在注塑过程的塑化、填充、保压和冷却这4个主要阶段中，起主要作用的工艺参数也随注塑过程的变化而变化。1塑化塑化是指塑料在料筒内经加热到达良好流动状态的全过程。因此可以说塑化是注塑成型的必备过程。熔体在进入模腔之前应到达规定的成型温度，并能在规定时间内到达足够的重量，熔体温度应均匀一致，不发生或极少发生热分解以保证生产的连续进展。2填充这一阶段从柱塞或螺杆开场向前移动起，直至模腔被塑料熔体充满为止，填充过程主要的工艺参数有：熔体温度；注塑压力；充填时间充填刚开场一段时间内模腔中没有压力，待模腔充填时，料流压力迅速上升而到达最大
3、值。充填的时间与模塑压力有关。充模时间长，先进入模内的塑料受到较多的冷却，粘度增大，后面的塑料就需要在较高的压力下才能进入模腔；反之，所需得压力则较小。前一种情况下，由于塑料受到较高的剪切应力，分子定向程度比拟大，这种现象如果保存到料温降低至软化点后，则制品中冻结得定向分子将使制品有各项异性。这种制品在温度变化较大的使用过程中会出现裂纹，裂纹方向与分子定向方向是一致的。而且，制品得热稳定性也较差，这是因为塑料的软化点随分子定向程度增高而降低。高速充模时，塑料熔体通过喷嘴、主流道、分流道和浇口时产生较多的摩擦热而使料温升高，这样当压力到达最大值时，塑料熔体的温度就能保持较高的值，分子定向程度可减
4、小，制品熔接强度也可提高。充模过快时，在嵌件后部得熔接往往不好，使制品强度变劣。3保压指的是熔体从充满模腔起到柱塞或螺杆撤回时为止的一段时间。保压阶段的主要工艺参数：保压压力；保压时间保压时，熔体因冷却而收缩，但因塑料仍然处于柱塞或螺杆的稳压下，料筒内的熔体会被继续注入模腔内以补充因收缩而留出的空隙。如果柱塞或螺杆停在原位不动，压力曲线就会略有衰减；假设柱塞或螺杆保持压力不变，也就是说随着熔体入模的同时向前做少许移动，则在此段中模内压力维持不变，此时压力曲线与时间轴平行。压实阶段对于提高制品的密度、降低收缩和克制制品外表缺陷都有影响。此外，由于塑料还在流动，而且温度又在不断下降，定向分子容易被
5、冻结，这一阶段是大分子定向的主要阶段。这一时间拖延愈长，分子定向程度也越大。4冷却从浇口处的塑料完全冻结时起，到制品从模腔中顶出时为止。主要工艺参数是时间。冷却时模腔内压力迅速下降，模腔内的塑料在这一阶段内主要是继续冷却，以便制品在脱模时具有足够的刚度而不致发生扭曲变形。该阶段虽无塑料从浇口流出或流入，但模内还可能有少量的塑料流动，因此依然能产生少量的分子定向。由于模内塑料的温度、亚尼和体积在这一阶段中均有变化，因此到制品脱模时，模内压力不一定等于外界压力，模内压力与外界压力的差值称为剩余压力。剩余压力的大小与压实阶段的时间长短有密切关系。剩余压力为正值时，脱模比拟困难，制品容易被刮伤或破裂；
6、剩余压力为负值时，制品外表容易有陷痕或内部有真空泡。所以只有当剩余压力接近零时，脱模才比拟顺利，并能获得满意的制品。13 注塑成型工艺条件注塑成型主要工艺条件包括温度、压力和时间等。1温度注塑成型时的温度主要有熔料温度和模具温度，熔料温度影响塑化和注塑充模，模具温度影响充模和冷却定型。熔料温度指塑化树脂的温度和从喷嘴射出的熔体温度，前者称为塑化温度，后者称为熔体温度，由此看来，熔料温度取决于料筒和喷嘴两局部的温度。熔料温度的上下决定熔体流动性能的好坏。熔料温度高，熔体的粘度小，流动性好，需要的注塑压力小，成型后的制件外表光洁度高，出现熔接痕、缺料的可能性小。反之，熔料温度低，就会降低熔体的流动
7、性能，引起外表光洁度低、缺料、熔接痕明显等缺陷，但料温过高会引起材料热降解，导致物理和化学性能降低。模具温度是指和塑件接触的模腔外表温度。模具温度直接影响熔体的充填流动行为、制件的冷却速度和制件的最终质量。提高模具温度可以改善熔体在模腔内的流动性，增强制件的密度和结晶度以及减小充模压力和制件中的压力。但是提高模温会增加制件的冷却时间、增大制件收缩率和脱模后的翘曲，制件成型周期也会因为冷却时间增加而变长，降低了生产效率。降低模温虽能缩短冷却时间、提高生产率，但是会降低熔体在模腔内的流动能力，并导致制件产生较大的内应力或者形成明显的熔接痕等制件缺陷。2压力成型过程的压力主要有：注塑压力、保压压力和
8、背压。压力曲线变化如下注塑压力是指螺杆或柱塞沿轴向前移时，其头部向塑料熔体施加的压力。它主要用于克制熔体在成型过程中的流动阻力，还对熔体起一定程度的压实作用。注塑压力对熔体的流动、充模及制件质量都有很大影响。注塑压力与充模时间的关系曲线呈抛物线形状。只有选择适宜的注塑压力才能保证熔体在注塑过程中具有较好的流动性能和充模性能，同时保证制品质量。注塑压力的大小取决于树脂原料、制件的复杂程度、壁厚、喷嘴构造、模具浇口类型和尺寸以及注塑机类型等。保压压力是指对模腔内树脂进展压实以维护向模腔内进展补料流动所需要的压力，是重要的注塑工艺参数之一，保压压力和时间的选择直接影响注塑制品质量，保压压力与注塑压力
9、一样由液压系统决定。在保压初期，制品重量随保压时间而增加，到达一定时间不再增加。延长保压时间有助于减小制品收缩率，但过长会使制品两个方向的收缩率程度出现差异，令制品各个方向上的内应力差异增加，造成制品翘曲、粘模。在保压压力及熔体温度一定时，保压时间的选择应取决于浇口凝固时间。背压是指螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时对其施加的反向压力。增大背压可以排出原料中的空气，提高熔体密实程度，增大熔体内的压力，螺杆后退速度减小，塑化过程的剪切作用加强、摩擦热增多、熔体温度上升，塑化效果提高。但是背压增大后，如果不相应提高螺杆转速，则，熔体在螺杆计量段螺槽中将会产生较大的逆流和漏流，从而使塑化能力下降。背压大小
10、与制件成型树脂原料品种、喷嘴种类及加料方式有关。3时间注塑成型周期由注塑时间、保压时间、冷却时间和开模时间组成。注塑时间是指注塑活塞在注塑油缸内开场向前运动直至模腔被完全充满为止所经历的时间；保压时间为从模腔充满后开场，到保压完毕为止所经历的时间；注塑与保压时间由制件成型树脂的流动性、制件几何形状、制件尺寸大小、模具浇注系统形式、成型所用的注塑方式和其它工艺条件等因素决定。冷却时间指保压完毕到开启模具所经历的时间。冷却时间的长短受熔体温度、模温、脱模温度和冷却剂等因素影响。在保证取得较好制件质量的前提下，应当尽量缩短冷却时间，否则会延长制件成型周期，降低生产效率，还可能造成具有复杂几何形状的制
11、件脱模困难。开模时间为模具开启取出制件到下个周期开场的时间。注塑机自动化程度高，模具复杂度低，则开模时间短；否则开模时间长。14 常见制品缺陷及产生原因141 短射Short Shots短射是指由于模具模腔充填不完全造成制品不完整的质量缺陷，即熔体在完成充填之前就已经凝结。1可能的成因流动受限，由于浇注系统设计不合理导致流动受到限制，流道过早凝结；出现滞流或者流道过长、过于复杂；排气不充分，未能及时排出的气体会产生阻止流体前沿前进的压力，从而导致短射发生；模具温度或者熔体温度过低，降低了熔体的流动性，导致充填不完全；成型材料缺乏，注塑机注塑量缺乏或螺杆速率过低也会造成短射；注塑机缺陷，入料堵塞
12、或螺杆前端缺料，都会造成压力损失和成型材料体积缺乏，产生短射。2解决方案防止滞流现象发生；尽量消除气穴，将气穴放置在容易排气的位置或者利用顶杆排气；增加模温和熔体温度；增加螺杆速率，从而产生更多的剪切热，降低熔体粘性，增加流动性；改良制件设计，使用平衡流道，并尽量减小制件厚度的差异，减小制件流程复杂程度；更换成型材料，选用较小粘性的材料以利于充填，而且完成充填所要求的注塑压力也会降低；增大注塑压力最大值。142 气穴指由于熔体前沿会聚而在塑件内部或模腔表层形成的气泡。气穴的出现有可能导致短射的发生，造成充填不完全和保压不充分，形成最终制件的外表瑕疵，甚至可能由于气体压缩产生热量出现焦痕burn
13、 mark1气穴成因跑道效应；滞流；流长不平衡，即使制件厚度均匀，各个方向上的流长也不一定一样，导致气穴产生；排气不充分，在制件最后充填区域缺少排气口或排气口缺乏是引起气穴形成最常见原因。2解决方案平衡流长；防止滞流和跑道效应出现，对浇注系统修改，从而使制件最后充填位置位于容易排气的区域；充分排气，将气穴位置放在容易排气的位置或利用顶杆排气。143 熔接痕和熔接线当两个或多个流动前沿融合时，会形成熔接痕和熔接线，区别在于融合流动前沿夹角的大小。熔接线位置上的分子趋向变化强烈，因此该位置的机械强度明显减弱，熔接痕要比熔接线强度大，视觉上的缺陷也不如熔接线明显，二者出现的部位还有可能会出现凹陷、色
14、差等质量缺陷。1成因由于制件的几何形状，充填过程中出现两个或两个以上流动前沿时，很容易形成熔接线或痕。2解决方案增加模具温度和熔体温度，使两个相遇的熔体前沿融合得更好；增加螺杆速率；改良浇注系统设计，在保持熔体流动速率的前提下减小浇道尺寸，以便产生摩擦热；如果不能消除熔接线或熔接痕，则应使其位于制件上较不敏感的区域，以防止影响制件的机械性能和表观质量。通过改变浇口位置或者改变制件壁厚可以改变熔接线和熔接痕位置。144 滞流指*个流动路径上的流动变缓甚至停顿1滞流成因如果流动路径上出现壁厚差异，熔体会选择阻力较小的厚壁区域首先填充，这会造成薄壁区域充填缓慢或者停顿充填，一旦熔体流动变缓，冷却速度
15、就会加快，粘度增大而使流动更加缓慢，形成循环。滞流通常出现在筋、制件上与其他区域存在较大厚度差异的薄壁区域内。滞流会产生制件外表变化，导致保压效果低劣、高应力和分子趋向不均匀，降低制件质量。如果滞流的熔体前沿完全冷却，则成型缺陷就由滞流变为短射。2解决方案浇口位置远离可能发生滞流的区域；尽量使容易发生滞流的区域成为最后充填区域；增加容易发生滞流区域的壁厚，从而减小其对熔体流动的阻力；选用粘度较小的成型材料；增加注塑速率以减小滞流时间；增大熔体温度，使熔体更容易进入滞流区域。145 飞边指在分型面或顶杆部位从模具型腔溢出的一博层材料。仍和制件相连，通常需要手工去除。1成因模具分型面闭合性差，模具变形或存在阻塞物；锁模力小，要保证锁模力大于模腔压力，有效保证模具闭合；过保压；成型条件有待优化，如成型材料粘度、注射速率、浇注系统等；排气位置不当。2解决方案确保模具分型面很好闭合；防止保压过渡；选择有较大锁模力的注射机；设置适宜的排气位置；优化成型条件。146 跑道效应指在制件薄壁区域未充满之前熔体已经完成了对厚壁区域的充填。1成因典型的流动不平衡现象，会产生气穴和熔接线。2解决方案从产品设计角度看，壁厚的差异有时是不可防止地，为了防止出现跑道效应，应尽量
