【干貨分享】Moldflow應(yīng)用常見問題解答系列之三

2016-11-14  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

Moldflow應(yīng)用常見問題解答,我們將整理定期與用戶分享。您可以通過長按二維碼掃描關(guān)注即可。

系列三:

◆ 噴射、流痕模擬分析

◆ 流痕形成的原因

◆ 浮纖現(xiàn)象

◆ 多穴平衡問題

注塑是一個看不見的過程,產(chǎn)品有什么樣的缺陷只有將產(chǎn)品打出來之后才能被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)我們在為缺料、留痕、噴痕、縮水、包封、結(jié)合線等問題困擾時,怎么樣提前預(yù)測這些缺陷成為了一個關(guān)鍵的問題,Moldflow仿真正好彌補了實際成型后知后覺的問題,提供的結(jié)果正好可以提前預(yù)測充填及保壓階段出現(xiàn)的風(fēng)險問題,把看不見的摸不著的成型問題變成人人都能看得懂的行業(yè)語言—Moldflow分析結(jié)果,讓每一個從業(yè)者變成未卜先知成為可能。

在注塑過程當(dāng)中,會遇到一模多穴的模具,流道是平衡的,流道和澆口尺寸也是一致的,但是充填時卻不平衡,有的模穴跑得快,有的模穴跑得慢,其實這是由于流動過程當(dāng)中塑料的剪切造成的,塑料在高速的流動過程當(dāng)中,有很高的剪切速率,從而產(chǎn)生較多的剪切熱,熱量多溫度高的區(qū)域塑料粘度低,有較高的流動性,導(dǎo)致流動不平衡的現(xiàn)象。當(dāng)我們理解到其出現(xiàn)的機理以后,不管是調(diào)整流道的排布,還是調(diào)整流動的速率,都是事半功倍的。

同時,注射壓力也是一個比較受人關(guān)注的參數(shù),如何讀懂Moldflow輸出的一些參數(shù),這也是一個關(guān)鍵的問題,在后面的介紹當(dāng)中,會逐詳細(xì)介紹。

在軟件的操作當(dāng)中,大家很多時候?qū)㈥P(guān)注的重心放在了外在上,比如網(wǎng)格,當(dāng)然外在是很重要的,網(wǎng)格的匹配率、縱橫比直接影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性;同時,軟件的內(nèi)在也很重要,比如對于求解器的選擇,中間結(jié)果的設(shè)定,這些也會影響到分析結(jié)果。有時,模擬分析和實際出現(xiàn)較大的偏差,正是由于中間結(jié)果默認(rèn)的輸出數(shù)量不夠?qū)е碌摹?/span>

Moldflow有很強大的材料數(shù)據(jù)庫,想要比較任何兩顆材料的屬性,就可以借助Moldflow的材料庫比較它們的流動性、密度、成型條件及PVT曲線。

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噴射、流痕模擬分析

先來看一個案例,該產(chǎn)品為一打印機外殼,材料為ABS,產(chǎn)品尺寸:106*106*11,如圖1所示。 產(chǎn)品外觀有較高的要求,在做Moldflow之前設(shè)計方案為在產(chǎn)品邊緣做側(cè)澆口(1X8mm),結(jié)果T0的走膠板有嚴(yán)重問題,澆口的四周流動是基本正常的,正對著澆口的膠位跑得非常快。

圖1

開始用Moldflow分析模擬,結(jié)果如圖2所示。流動是正常的,并沒有出現(xiàn)流動異常的情況。這是Moldflow工程師經(jīng)常碰到的一個問題,軟件分析和實際的相差甚遠(yuǎn),這時我們有可能會懷疑自己,懷疑軟件,還要面對客戶或者上級的詢問,很無助。

圖2

其實懷疑的態(tài)度正是學(xué)習(xí)與提高所必需的,只有懷疑和不斷的總結(jié),才能更好的提高。既然分析和實際出現(xiàn)了偏差,就需要找問題,找到問題才能對癥下藥。從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)上來講,在產(chǎn)品的背面出現(xiàn)了加強筋,加強筋不但有增加強度的作用,同時,它的存在會使產(chǎn)品的局部壁厚變厚,從常識上來講,產(chǎn)品在筋位的區(qū)域跑得比其他區(qū)域更快,是合乎情理的,但是出現(xiàn)像圖1這樣的流動模式卻是不正常的。實際成型產(chǎn)品有明顯噴射現(xiàn)象,但Moldflow分析沒有問題,是怎么回事?

我們先來看看噴射的形成原理,當(dāng)聚合物熔體高速推進通過限流區(qū)域(例如,噴嘴、流道或澆口)或推入到開放的較厚區(qū)域并且未與模壁形成接觸時,就會出現(xiàn)噴射問題。在噴射過程中,彎曲的蛇形噴射流會致使熔體折疊之間形成接觸點,生成小的“接縫”,如圖3所示。本案例就是由于澆口處的流速太高導(dǎo)致出現(xiàn)噴射的。

圖3 圖4

那為何又沒能模擬出噴射的效果呢?這和軟件的設(shè)置有關(guān)。要模擬產(chǎn)品的噴射現(xiàn)象,必須使用3D網(wǎng)格,并且在軟件的面板設(shè)置里第二頁,“充填+保壓”可選按鈕的地方,選中慣性影響因素。如圖4所示。選中慣性影響因素之后,模流分析結(jié)果,如圖5所示?？梢悦黠@看到在高速的充填下,熔體有噴射的效果,速度大小不一樣,噴射的效果也存在差異。當(dāng)然驗證了問題并不是分析的終點,搞清楚問題形成的機理也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,作為Moldflow的工程師,還應(yīng)當(dāng)知道如何改善產(chǎn)品的缺陷問題,俗話講知其然同時知其所以然。引起噴射的原因基本就是:(1).螺桿速度過大。(2).澆口位置不佳。(3).熔體與模具的接觸不嚴(yán)密會導(dǎo)致發(fā)生噴射。(4).熱流道系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)。

解決的辦法:(1).優(yōu)化澆口設(shè)計和位置。通過重新定位澆口將熔體對準(zhǔn)金屬表面,或使用重疊或潛入式澆口。(2).使用護耳澆口或扇形澆口,通過逐漸擴散的流動區(qū)域來降低熔體流速,這樣可減小熔體剪切應(yīng)力并降低剪切速率。如圖6所示。

圖6左圖出現(xiàn)明顯的噴射,改為右圖的a.疊加澆口,噴射的問題迎刃而解,這是因為澆口的形式變化改變了熔體的流動軌跡。
(3).同時優(yōu)化螺桿速度曲線。使用優(yōu)化的螺桿速度曲線,以使熔體通過澆口時最初具有較低的熔體前沿速度,而該速度會在完成分散之后提高。

對于本案的解決方法,澆口位置開在與原始方案相對的一側(cè),可以讓熔膠先與筋位壁接觸,這樣就可降低熔膠的流速避免噴射流,用Moldflow分析,充填模式很平穩(wěn)沒有出現(xiàn)噴射。最后項目決定將前后模仁報廢重做! 實際試模的樣板外觀,客戶很滿意,如圖7所示。

不過值得注意的是,解決注射成型過程中的一個問題后,常常可能又會帶來其他問題。因此,選擇每種方法都需要考慮模具設(shè)計規(guī)范的所有相關(guān)方面。

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流痕形成的原因

流痕(Flow mark)是指產(chǎn)品在澆口附近波浪形的表面缺陷,表現(xiàn)為以澆口方向為中心,樹脂流動的痕跡以同心圓的形狀在成型品的表面刻印的現(xiàn)象,其主要原因是產(chǎn)品溫度分布不均勻或塑料凝固太快,熔體在澆口附近產(chǎn)生亂流、在澆口附近產(chǎn)生冷料或是保壓階段沒有補充足夠的塑料。波紋是一種類似于流痕的缺陷,在邊緣附近或流動末端出現(xiàn)指紋狀小起伏。

造成流痕的原因包括:較低熔體溫度、模具溫度,較低的注射速度、注塑壓力或者流道和澆口太小,流動阻力太大。根據(jù)使用Moldflow分析結(jié)果進行觀察分的得知,流痕的產(chǎn)生可能因為熔體流動前鋒部分在型腔壁面冷卻,并且與后面的熔體持續(xù)翻滾和冷卻造成的缺陷。如圖1。

★Moldflow分析結(jié)果里觀察流痕的方法。
(1).等高線結(jié)果
等高線即同一條線上充填時間是一致的,間距的等值線表示快速流動;窄間距的等值線表示零件填充緩慢。流痕由于地域或者個人愛好的不同,被稱為虎皮紋或者其他的,將Moldflow充填結(jié)果切換成等高線的模式比較容易觀察,如圖2。右圖是實際出現(xiàn)流痕的區(qū)域,換成Moldflow里的充填時間等值線的結(jié)果,可以看出產(chǎn)品在該區(qū)域等高線較為密集,充填速度較慢,流動前沿滯流造成制品表面出現(xiàn)流痕。

(2). 溫度結(jié)果
溫度是一個很重要的結(jié)果,均勻的溫度分布,才能得到較高表面質(zhì)量的產(chǎn)品。溫度太高,熔體可能發(fā)生裂解,溫度太低可能導(dǎo)致滯留和短射。
在填充階段中,流動前沿溫度下降幅度不應(yīng)超過 2°C 至 5°C。較大幅度的變化通常表示注射時間過短,或存在遲滯區(qū)域。如果零件薄壁區(qū)域中的流動前沿溫度過低,則遲滯可能導(dǎo)致短射。在流動前沿溫度上升數(shù)攝氏度的區(qū)域中,可能出現(xiàn)材料降解和表面缺陷。

如何用溫度的結(jié)果來評估流痕,左圖產(chǎn)品整體溫度230℃,在產(chǎn)品右端孔的附近溫度急劇下降,溫度在218℃左右,溫差超過10℃,右圖顯示在該區(qū)域出現(xiàn)了流痕,如圖3 。當(dāng)局部的地方出現(xiàn)了較大的溫度差異時,產(chǎn)品出現(xiàn)外觀缺陷的風(fēng)險就會越高,盡量避免產(chǎn)品溫度劇烈的變化是Moldflow分析的一個重要的準(zhǔn)則。

(3).其他結(jié)果
還有其他結(jié)果可以作為評判流痕的標(biāo)準(zhǔn),如剪切速率、充填速度及殘余應(yīng)力。

★流痕的解決對策:
(1).熔料流動不良導(dǎo)致產(chǎn)品表面產(chǎn)生以澆口為中心的年輪狀波流痕
當(dāng)流動性能較差的低溫高粘度熔料在注料口及流道中以半固化波動狀態(tài)注入型腔后,熔體沿模腔表面流動并被不斷注入的后續(xù)熔料擠壓形成回流及滯流,從而在產(chǎn)品表面產(chǎn)生以澆口為中心的水波紋狀的流痕。
針對這一故障產(chǎn)生的原因,可分別采取提高模具及噴嘴溫度,提高注射速率和填充速度。增加注射壓力及保壓時間。也可在澆口處設(shè)置加熱器增加澆口部位的局部溫度。還可適當(dāng)擴大澆口和流道截面積。而澆口及流道截面最好采用圓形,這種截面能夠獲得最佳的充填效率。但是,如果在產(chǎn)品的薄弱區(qū)域設(shè)置澆口,應(yīng)采用正方形截面,應(yīng)當(dāng)盡量避免將澆口放置在薄壁區(qū)域。

(2).熔料在流道中流動不暢導(dǎo)致產(chǎn)品表面產(chǎn)生螺旋狀波流痕
當(dāng)熔料從流道狹小的截面流入較大截面的型腔,或模具流道狹窄,光潔度很差時,流料很容易形成湍流,導(dǎo)致產(chǎn)品表面形成螺旋狀波流痕。對此,可適當(dāng)降低注射速度或?qū)ψ⑸渌俣炔扇÷?快,慢分級控制方式。

(3).揮發(fā)性氣體導(dǎo)致產(chǎn)品表面產(chǎn)生云霧狀波流痕
當(dāng)采用ABS或其他共聚樹脂原料時,若加工溫度較高,樹脂及潤滑劑產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體會使產(chǎn)品表面產(chǎn)生云霧狀波流痕。對此,應(yīng)適當(dāng)降低模具及機筒溫度,改善模具的排氣條件,降低料溫及充填速率,適當(dāng)擴大澆口截面,還應(yīng)考慮更換潤滑劑品種或減少數(shù)量。

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浮纖現(xiàn)象

“浮纖”現(xiàn)象是玻纖外露造成的,白色的玻纖在熔體充模流動過程中浮露于外表,待冷凝成型后便在塑件表面形成放射狀的白色痕跡,當(dāng)塑件為黑色時會因色澤的差異加大而更加明顯。

★浮纖形成的原因:是由于熔膠溫度低或模具溫度低,射膠壓力不足,造成玻纖在膠內(nèi)不能與塑料很好的結(jié)合,使纖泛出。通常采取的對策是加高熔體溫度,模具溫度,增大注射壓力。

下面介紹一個案例,產(chǎn)品內(nèi)部模具溫度大部分為120℃,局部超過150℃,外側(cè)面模具溫度大概在30℃。外側(cè)面的模具溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料推薦模溫,這也是導(dǎo)致產(chǎn)品表面浮纖極為明顯的原因。如圖1。
通常來講,在塑料熔體流動過程中,由于玻纖與樹脂的流動性有差異,而且質(zhì)量密度也不同,使兩者具有分離的趨勢,密度小的玻纖浮向表面,密度大的樹脂沉入內(nèi)里,浮于表面的纖維由于熔體的快速冷卻包裹在產(chǎn)品的表面,又由于塑料的收縮,纖維并沒有隨著收縮回去,從而在產(chǎn)品表面形成了玻纖外露現(xiàn)象。

★解決辦法,在公模側(cè)做成鈹銅鑲件并通水路,目的是為了加強公模的冷卻,降低產(chǎn)品內(nèi)部的溫度。將模具溫度已經(jīng)從原方案的最高150℃降低到80℃,且控制模具動、定模側(cè)模具溫度較為均勻,進而浮纖問題得到解決。如圖2

圖2

總之,模具與熔體之間的溫差不宜太大,防止熔體充填時玻纖遇冷在表面淤積,形成“浮纖”,因此需采用較高的模具溫度,這對于提高熔體充填性能、增加熔接痕強度、改善制品表面光潔度、減少取向和變形也是有利的。但模具溫度愈高,冷卻時間愈久,成型周期延長,生產(chǎn)率降低,而且成型收縮率加大,故也不是越高越好。采用高料溫、高模溫、高壓、高速、低螺桿轉(zhuǎn)速注射,對改善“浮纖”現(xiàn)象比較有利。

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多穴平衡問題

平衡流動是模流分析又一個的基本準(zhǔn)則,對于多澆口的產(chǎn)品來說,具有平衡后的流動的零件,塑料熔體會在同一時間和壓力下填充產(chǎn)品末端,對于一模多穴的模具來說,各模穴同時充填完成。平衡后的流動可以產(chǎn)生一致的取向、一致的收縮率和較少的內(nèi)部應(yīng)力及翹曲,并可以通過減少材料使用量而節(jié)約成本。澆口位置、流道系統(tǒng)設(shè)計和零件厚度均影響流動平衡。

圖1

一模十六穴的模具,最常出現(xiàn)的問題內(nèi)側(cè)產(chǎn)品跑得快,外側(cè)產(chǎn)品跑得慢,俗稱內(nèi)圈快外圈慢。內(nèi)側(cè)的產(chǎn)品由于流動性好,容易產(chǎn)生過保壓,尺寸和重量都偏大,外側(cè)的產(chǎn)品容易發(fā)生保壓不足出現(xiàn)縮痕。如圖1。排除加工的誤差,在模具設(shè)計時,所有的流道及澆口尺寸都一樣,流道也排布對稱,流長基本一致,按常理來講,不應(yīng)該出現(xiàn)流動不平衡的現(xiàn)象。那這種現(xiàn)象是怎么產(chǎn)品的呢?

原來這是流道內(nèi)熔體溫度在作祟。大家都知道,熔體流道的快慢是由于材料的粘度所決定,而剪切速率是影響粘度的其中一個重要的因素。高分子在流動時各熔體層間總存在一定的速度梯度,細(xì)而長的大分子若同時穿過幾個流速不等的液層時,同一個大分子的各個部分就要以不同速度前進,在不同的速度下面,聚合物在流動過程中隨剪切速率或剪切應(yīng)力的增加,產(chǎn)生較多的熱量,溫度也隨之升高,從而黏度降低。如圖2 。左圖顯示流道在充填過程中溫度的分布情況,在離模具壁較近的區(qū)域,由于高的剪切速率,出現(xiàn)比中心層更高的溫度,在流道拐彎的地方,高溫的熔體留在了內(nèi)側(cè),中心層低溫的熔體跑到了外側(cè),最終造成流動不平衡,從而出現(xiàn)了內(nèi)圈快外圈慢的現(xiàn)象。

同時,通過工藝上面的調(diào)整也能改善這種流動不平衡的現(xiàn)象,采用適當(dāng)?shù)淖⑺芄に?即“兩步注塑法”,通過在同一注射周期中采取從低速切換到高速注射的方式來改善流動平衡的影響,操作起來簡易、廉價、高效。

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