注塑模具CAEWord文档下载推荐.docx
- 文档编号:16781765
- 上传时间:2022-11-26
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:521.26KB
注塑模具CAEWord文档下载推荐.docx
《注塑模具CAEWord文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《注塑模具CAEWord文档下载推荐.docx(27页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
注塑机的合模装置闭合并锁紧模具。
6.1.2注塑成型工艺过程
在注塑过程的塑化,填充,保压和冷却这四个主要阶段中,其主要作用的工艺参数也随着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达到良好的可塑性流动状态的全过程,因此可以说塑化是注塑成型的准备过程。
熔体在进行模腔之前应达到规定的成型温度,并能在规定的时间内达到足够数量,熔体温度应均匀一致,不发生或极少的发生热分解以保证生产的连续性。
(2)填充
这一阶段从柱塞或螺杆开始向前移动起,直至模腔被塑料熔体充满为止。
填充过程中包含的重要工艺参数有:
·
熔体温度
注塑压力
填充时间
充模刚开始一段时间内模腔中没有压力,待模腔充满时,料流压力迅速上升而达到最大值。
充模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,所需的压力则较小。
在前一情况下,由于塑料受到较高的剪切应力,分子定向程度比较大。
这种现象如果保留到料温降低至软化点以后,则制品中冻结的定向分子将使制品具有各向异性。
这种制品在温度变化较大的使用过程中会出现裂纹,裂纹的方向与分子定向方向是一致的。
而且,制品的热稳定性也较差,这是因为塑料的软化点随着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,这样当压力达到最大值时,塑料熔体的温度就能保持较高的值,分子定向程度可减少,制品熔接强度也可提高。
充模过快时,在嵌件后部的熔接往往不好,致使制品强度恶劣。
(3)保压
这是指从熔体充满模腔时起,至柱塞或螺杆撤回时为止的一段时间。
保压阶段包括的重要工艺参数有:
保压压力
保压时间
保压阶段中,塑料熔体因受到冷却而发生收缩,但因塑料仍然处于柱塞或螺杆的稳压下,料筒内的熔料会被继续注入模腔内以补足因收缩而留出的空隙。
如果柱塞或螺杆停止在原位不动,压力曲线就会略有衰减;
如果柱塞或螺杆保持压力不变,也就是随着熔料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,降低收缩和克服制品表面缺陷都有影响。
此外,由于塑料还在流动,而且温度又在不断下降,定向分子容易被冻结,所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。
这一阶段拖延时间越长,分子定向程度也将越大。
(4)冷却
这一阶段是指从浇口的塑料完全冻结时起,到制品从模腔中顶出时为止。
冷却阶段包括的重要工艺参数是冷却时间。
冷却时模腔内压力迅速下降,模腔内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至于发生扭曲变形。
在这一阶段中,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,压力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成为残余压力。
残余压力的大小与压实阶段的时间长短有密切关系。
残余压力为正值时,脱模比较困难,制品容易被刮伤过破裂;
残余压力为负值,制品表面容易有陷痕或内部有真空泡。
所以只有在残余压力接近零时,脱模才比较顺利,并能获得满意的制品。
6.1.3注塑成型工艺条件
注塑成型的工艺条件主要包括温度,压力和时间等。
(1)温度
注塑成型过程中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。
熔料温度是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部分的温度。
熔料温度的高低决定熔体流动性能的好坏。
熔料温度高,熔体的粘度小,流动性能好,需要的注塑压力小,成型后的制件表面光洁度好,出现熔接痕,缺料的可能性就小。
反之,熔料温度低,就会降低熔体的流动性能,会引起表面光洁度低,缺料,熔接痕明显等缺陷。
但是熔料温度过高会引起材料降解,导致材料物理和化学性能降低。
模具温度是指和制件接触的模腔表面温度。
模具温度直接影响熔体的充模流动行为,制件的冷却速度和制件最终质量。
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少充模压力和制件压力。
但是提高模具温度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的增加而变长,降低了生产效率。
降低模具温度,虽然能够缩短冷却时间,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
注塑成型过程的压力主要包括注塑压力,保压压力和背压。
注塑成型过程中压力曲线的变化如图6.1所示。
注塑压力是指螺杆或者柱塞沿轴向前移时,其头部向塑料熔体施加的压力。
它主要用于克服熔体在成型过程中的流动阻力,还对熔体起一定的压实作用。
注塑压力对熔体的流动,充模及制件质量都有很大影响。
如图6.2所示,注塑压力与充模时间的关系曲线呈抛物线状。
只有选择适中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,同时保证制件的成型质量。
注塑压力的大小取决于制件成形树脂原料的品种,制件的复杂度,壁厚,喷嘴的结构形式,模具浇口的类型和尺寸以及注塑机类型等因素。
保压时间是指对模腔内树脂熔体进行压实以及维护向模腔内进行补料流动所需要的压力。
保压压力是重要的注塑工艺参数之一,保压压力和保压时间的选择直接影响注塑制品的质量,保压压力与注塑压力一样由液压系统决定。
在保压初期,制品重量随着保压时间而增加,达到一定时间不再增加。
延长保压时间有助于减少制品的收缩率,但过长的保压时间会使制品的两个方向上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大,造成制品翘曲,粘膜。
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,还会增大熔体的压力,螺杆后退速度减小,塑化过程的剪切作用加强,摩擦热增多,熔体温度升高,塑化效果提高。
但是背压增大后,如果不相应提高螺杆转速,那么,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。
背压得大小与制件成行树脂原料品种,喷嘴种类以及加料方式有关。
(3)时间
注塑成型周期主要由注塑时间,保压时间,冷却时间,开模时间组成。
注塑时间是注塑活塞在注塑油缸内开始向前运动直至模腔被全部充满为止所经历的时间。
保压时间为从模腔充满后开始,到保压结束为止所经历的时间。
注塑时间与保压时间由制件成行树脂原料的流动性能,制件几何形状,制件尺寸大小,模具浇注系统的形式,成型所用的注塑方式和其他工艺条件等因素决定。
冷却时间指保压结束到开启模具所经历的时间。
冷却时间的长短受熔体温度,模具温度,脱模温度和冷却剂温度等因素的影响。
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的大小,否则会延长制件成行周期,降低生产效率,还可能造成具有复杂几何形状的制件脱模困难。
开模时间为模具开启取出制件到下一个成型周期开始的时间。
注塑机的自动化程度高,模具复杂度低,则开模时间短;
否则,开模时间较长。
6.1常见注塑制品缺陷及产生原因
下面介绍一些常见塑料制品的质量缺陷以及造成质量缺陷的可能原因。
6.2.1短射
短射(shortshots)是指由于模具模腔填充不完全造成制品不完整的质量缺陷,即熔体在完成填充之前就已经凝结。
(1)短射原因
制品出现短射现象可能由以下几个方面的原因造成。
●流动受限,由于浇注系统设计的不合理导致熔体流动受到限制,流道过早凝结;
●出现滞流或者制品流程较长,过于复杂。
●排气不充分,未能及时排除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,导致填充不完全;
●成型材料不足,注塑机注塑量不足或者螺杆速率过低也会造成短射;
●注塑机缺陷,入料堵塞或者螺杆前端缺料等,都会造成压力损失和成型材料体积不足,形成短射。
(2)解决方案
针对上述可能导致短射发生的因素,应当从以下几个方面避免产生短射。
●避免滞流现象的发生;
●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(ejectionpin)排放气体;
●增加模具温度和熔体温度;
●增加螺杆速率,螺杆速率的增加会产生更多的剪切热,降低熔体粘性,增加流动性;
●改进制件设计使用平衡流道,并尽量减少制件厚度的差异,减少制件流程的复杂程度;
●更换成型材料,选用具有较小粘性的材料,材料粘性小,易于填充,而且完成填充所要求的注塑压力也会降低;
●增大注塑压力最大值。
6.2.2气穴
气穴是指熔体前沿汇聚而在塑件内部或者模腔表层形成的气泡。
气穴的出现有可能导致短射的发生,造成填充不完全和保压不充分,形成最终制件的表面瑕疵,甚至可能由于气体压缩产生热量出现焦痕(burnmark)。
(1)气穴成因
●跑道效应;
●滞流;
●流长不平衡,即使制件厚度均匀,各个方向上的流长野不一定相同,导致气穴产生;
●排气不充分,在制件最后填充区域减少排气口或者排气口不足是引起气穴形成的最常见于原因。
●平衡流长
●避免滞流和跑道效应得出现,对浇注系统作修改,从而使制件最后填充位置位于容易排气的区域;
●充分排气,将气穴放置在容易排气的位置或者利用顶杆排放气体。
6.2.3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。
两者的区别在于融合流动前沿夹角的大小。
若夹角大于135°
,则形成熔接线,若夹角小于135°
,则形成熔接痕。
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。
熔接痕要比熔接线的强度大,视觉上的缺陷也不如熔接线明显。
熔接痕和熔接线出现的部位还有可能出现凹陷,色差等质量缺陷。
(1)熔接线和熔接痕成因
由于制件的几何形状,填充过程中出现两个或两个以上流动前沿时,很容易形成熔接痕或者熔接线。
●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;
●改进浇注系统得设计,在保持熔体流动速率的前提下减小流道尺寸,以产生摩擦热。
如果不能消除熔接线和熔接痕,那么应使其位于制件较不敏感的区域,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的位置。
6.2.4滞流
滞流是指某个流动路径上的流动变缓甚至停止。
(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,这会造成薄壁区域填充缓慢或者停止填充,一旦熔体流动变缓,冷却速度就会加快,粘度增大,从而使流动更加缓慢,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等。
滞流会产生制件表面变化,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,那么成型缺陷就由滞流变为短射。
●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填充区域;
●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。
6.2.5飞边
飞边是指在分型面或者顶杆部位从模具模腔溢出的一薄层材料。
飞边仍然和制件相连,通常需要手工清除。
(1)飞边成因
●模具分型面闭合性差,模具变形或者存在阻塞物;
●锁模力过小,锁模力必须大于模具模腔内的压力,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,注塑速率,浇注系统等;
●排气位置不当。
●确保模具分型面能很好的闭合;
●避免保压过渡;
●选择具有较大锁模力的注塑机;
●设置合适的排气位置;
●优化成型条件。
6.2.6跑道效应
跑道效应是指在制件薄壁区域充满之前熔体已经完成了对厚壁区域的填充。
图所示为跑道效应示意图。
(1)跑道效应成因
跑道效应是典型的流动不平衡现象,会产生气穴和熔接线。
从产品设计的角度来讲,壁厚的差异有时是不可避免的,为了防止出现跑道效应,应当尽量使模腔内的流动平衡,即熔体在同一时间完成对模腔内各区域的填充。
可以通过改变浇口位置或者采用多浇口的浇注系统实现平衡流动。
6.2.7过保压
过保压(over-pack)是指当一个还在填充的时候,另一个流程已经开始压实过多填充的材料。
(1)过保压成因
当制件最容易填满的流程完成填充后,这个区域就会出现过保压现象。
此时由于其他流程还未完成填充,注塑压力会继续将熔体向这个已经填满的区域推进,从而形成高密度高应力区域。
形成过保压的主要原因是流动不平衡。
●建立平衡的流动;
●选择适当的浇口位置使各个方向的流长尽量相等;
●去掉不必要的浇口。
6.2.8色差
色差是指由于成型材料颜色发生变化而出现的制件色泽缺陷。
(1)色差原因
通常是由材料将解引起的。
过大的注塑速率,过高的熔体温度以及不合理的螺杆和浇注系统设计都会引起材料降解。
●优化浇注系统得设计;
●修改螺杆设计;
●选用较小注塑量的注塑机;
●优化熔体温度;
●优化背压,螺杆旋转速率和注塑速度;
●设置合理的排气位置。
6.2.9喷射
当熔体以高注塑速率经过流动受限的区域如喷嘴,浇口,进入面积较大的厚壁模腔时,会形成蛇形喷射流。
喷射会降低制件的质量,形成表面缺陷,同时造成多种内部缺陷。
(1)喷射成因
●螺杆速率过高;
●浇口位置不合理,熔体与模具接触性差,容易导致喷射发生;
●浇注系统设计不合理。
●优化浇口位置和浇口类型,改进浇口类型以降低熔体剪切速率和剪切应力;
●优化螺杆速率曲线。
6.2.10不平衡流动
不平衡流动指在其他流程还未填满之前,某些流程已经完全充满。
平衡流动是指模具的末端在同一时间完成填充。
(1)不平衡流动原因
流长不平衡以及制件壁厚的差异都可能引起流动不平衡。
不平衡流动可能导致产生许多成型问题,如飞边,短射,制件密度不均匀,气穴和产生过多熔接线等。
因此,制件成型的流动模式一定要平衡。
●通过增加或减小区域厚度来增强或减缓某个方向上的流动,从而获得平衡流动;
●优化浇口位置。
塑料成型过程中各个参数之间相互影响,因此单纯解决一个成型问题有可能引发其他的成型问题出现,所以解决成型问题时应该兼顾成型质量整体的优劣。
6.3注塑模CAE技术
6.3.1注塑模CAE的内容
在塑料件成型过程中,塑料材料在型腔中的流动和成型与材料性能、制品的形状尺寸、成型温度、成型速度、成型压力、成型时间、型腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。
因此,对于新产品的试制或是一些形状复杂、质量和精度要求较高的产品,即使是具有丰富经验的工艺和模具设计人员,也很难保证一次成功地设计出合格的模具。
所以,在模具基本设计完成之后,可以通过注塑成型分析,发现设计中存在的缺陷,从而保证模具设计的合理性,提高模具的一次试模成功率,降低企业生产成本。
注塑成型CAE分析可为模具设计和制造提供可靠、优化的参考数据,其中主要内容包括:
(1)浇注系统的平衡,浇口的数量、位置和大小;
(2)熔接痕的位置预测;
(3)型腔内部的温度变化;
(4)注塑过程中的注射压力和熔融料体在填充过程中的压力损失;
(5)熔融料体的温度变化;
(6)剪切应力、剪切速率。
6.3.2注塑模CAE技术的原则
根据注塑成型的CAE分析结果,就可以判断模具及其浇注系统的设计是否合理,其中的一些基本原则如下:
(1)各流道的压差要比较小,压力损失要基本一致;
(2)整个浇注系统要基本平衡,即保证熔融料体要同时到达,同时填充型腔;
(3)型腔要基本同时填充完毕;
(4)填充时间要尽可能短,总体注射压力要小,压力损失也要小;
(5)填充结束时熔融料体的温度梯度不大;
(6)熔接痕和气穴位置合理,不影响产品质量。
6.3.3注塑成型模拟技术
注塑成型模拟技术是一种专业化的有限元分析技术,它可以模拟热塑性塑料注射成型过程中的填充、保压以及冷却阶段,它通过预测塑料熔体在流道、浇口和型腔中的流动过程,计算浇注系统及型腔的压力场、温度场、速度场、剪切应变速率场和剪切应力场的分布,从而可以优化浇口数目、浇口位置和注射成型工艺参数,预测所需的注射压力和锁模力,并发现可能出现的短射、烧焦、不合理的熔接痕位置和气穴等缺陷。
随着塑料行业的不断发展、塑料制品复杂程度和对塑料制品质量要求的不断提高,注塑成型模拟技术经历了中面模型、表面模型和三维实体模型3个发展阶段。
(1)中面模型技术
中面模型技术是最早出现的注塑成型模拟技术。
基于中面模型的注塑成型模拟技术能够成功地预测充模过程中的压力场、速度场、温度分布、熔接痕位置等信息,具有以下一些优点:
●技术原理简明,容易理解;
●网格划分结果简单,单元数量少;
●计算量较小,即算即得。
但在中面模型技术中,由于考虑到产品的厚度远小于其它两个方向即流动方向的尺寸,塑料熔体的黏度较大,将熔体的充模流动视为扩展层流,忽略了熔体在厚度方向的速度分量,并假定熔体中的压力不沿厚度方向变化,因此它产生的信息是有限的、不完整的。
(2)表面模型技术
表面模型技术是指模具型腔或制品在厚度方向上分成两部分,它不是在中面,而是在型腔或制品的表面表面产生有限元网格。
在流动过程的计算中,上下两表面的塑料熔体同时并且协调地流动,将沿中面流动的单股熔体演变为沿上下表面协调流动的双股流。
但此方法对网格划分提出了较高要求,上下网格的匹配率要大于85%才被认为是较好的网格划分结果,而低于50%的匹配率往往导致流动分析的失败。
虽然,从中面模型技术跨入表面模型技术,是一个巨大的进步,并且得到了广大用户的支持和好评,但是,该技术仍然存在着一些缺点:
●分析数据不完整;
●无法准确解决复杂问题。
随着塑料成型工艺的进步,塑料制品的结构越来越复杂,壁厚差异越来越大,物理量在壁厚方向上的变化变得不容忽视;
●真实感缺乏。
熔体仅仅沿着制品的上下表面流动,与实际情况仍有一定差距。
(3)三维实体模型技术
基于四面体的有限元体积网格解决方案技术,可以对壁厚产品和厚度变化较大的产品进行真实的三维模拟分析。
但与中面模型或表面模型相比,由于实体模型考虑了熔体在厚度方向上的速度分量,所以其求解过程复杂得多,计算量大、计算时间过长,这是基于实体模型的注塑流动分析目前所存在的最大问题。
三种注塑成型分析技术,在技术特点上各有千秋。
在实际工程应用中,要对制品的情况有一个合理的认识,要认清问题的关键所在,从而采用最为合适的分析技术,利用最少的成本,得到相对满意的分析结果。
6.4Moldflow软件简介
6.4.1Moldflow软件功能
MoldFlow软件是美国MOLDFLOW公司的产品,该公司自1976年发行了世界上第一套塑料注塑成型流动分析的软件以来,一直主导塑料成型CAE软件市场。
近几年,在汽车,家电,电子通信,化工和日用品等领域得到了广泛的应用。
MoldFlow软件包括两部分:
MlodFlowPlasticsAdvisers(产品优化顾问,简称MPA):
塑料产品设计师在设计完产品后,运用MPA软件模拟分析,在很短的时间里,就可以得到优化的产品设计方案,并确认产品表面质量。
MoldFlowPlasticsInsight(注塑成型模拟分析,简称MPI):
对塑料产品和模具进行深入分析的软件包,它可以在计算机对整个注塑过程进行模拟分析,包括填充,保压,冷却,翘曲,纤维取向,结构应力和收缩,以及气体辅助成型分析等,使模具设计师在设计阶段就找出未来产品可能出现的缺陷,提高一次试模的成功率。
其中MPI软件的主要模块包括:
(1)模型输入与修复
MPI有三种分析方法:
基于中心面的分析,基于表面的分析与三维分析。
中心面既可运用MPI软件的造型功能完成,也可以从其它CAD模型中抽取,再编辑;
表面分析模型与三维分析模型直接读取其他CAD模型,如快速成型格式(STL),IGES,STEP,Pro/E模型,UG模型等。
模型输入后软件提供了多种修复工具,以生成既能得到准确结果,又能减少分析时间的网格。
(2)塑料材料与注塑机数据库
材料数据库包含了超过4000种塑料材料的详细数据,注塑机数据库包含了290种商用注塑机的运行参数,而且这两个数据库对用户是完全开放的。
(3)流动分析
分析塑料在模具中的流动,并且优化模腔的布局,材料的选择,填充和保压得工艺参数。
(4)冷却分析
分析冷却系统对流动过程的影响,优化冷却管道的布局和工作条件,与流动分析相结合,可以得到完美的动态注塑过程。
(5)翘曲分析
分析整个塑件的翘曲变形,包括线形,线形弯曲和非线形,同时指出产生翘曲的主要原因以及相应的改进措施。
(6)纤维填充取向分析
塑件纤维取向对采取纤维化塑料的塑件性能(如拉伸强度)又重要的影响。
MPI软件使用一系列集成的分析工具来优化和预测整个注塑过程的纤维取向,使其分布合理,从而有效地提高该类型塑件的性能。
(7)优化注塑工艺参数
根据给定的模具,注塑机,塑件材料等参数以及流动分析结果自动产生控制注塑机的填充保压曲线,从而免除了在试模时对注塑机参数的反复调试。
(8)结构应力分析
分析塑件在受外界载荷情况下的机械性能,在考虑注塑工艺的条件下,优化塑件的强度和刚度。
(9)确定合理的塑料收缩率
MPI通过流动分析结果确定合
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 注塑 模具 CAE