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Moldflow第一章 模流分析基础


Moldflow 培训讲义
青华科技(2009-05-21) 2009-05-21

Moldflow第一章 模流分析基础

1.相关术语 2.常用塑料的特性 3.注塑产品的常见缺陷和对策 4.关系曲线图

1.相关术语
a.模具 b.注塑机 c.注射压力 d.注射时间 e.锁模力 f.冷却时间 g.保压 h.剪切应力 i.剪切速率 j.温度 k.成型周期 l.注塑成型工艺参数 m.浇注系统 n.冷却系统

模具有可分为塑料模具、铸造模具、锻造模具、压铸模具和冲压模具等。常见机壳产品为塑胶模 具。Moldflow软件作用就是提前预测模具的潜在缺陷,为模具的改善方向提出准确的参考,从而 提升模具整体质量,缩短制造周期、降低成本等

a.模具

b.注塑机

注塑机是塑件制品成型的主要设备之一, 我们的Moldflow软件就是一个无形的注塑 机,甚至比真实的注塑机有更多的功能。

b.注塑机

b.注塑机

b.注塑机

b.注塑机

b.注塑机

c.注射压力
注塑压力是指注塑机螺杆在注塑过程中施加于料筒中溶胶上单位面积的力。注 塑压力在一定程度上决定充模速率,并影响产品的质量。改变注塑压力可改变 溶胶的流动性,从而改变产品密度、收缩率、结合线强度。但是注塑压力过高, 容易使产品内应力增加。Moldflow软件允许用户对注塑压力进行设置。

d.注塑时间
注塑时间是指完成一次注塑所需的时间,它包含充模时间和保压时间。在生产 过程中,一般充模时间不超过10秒钟。Moldflow软件允许用户对时间进行设置。

e.锁模力
锁模力是指注塑机的锁模系统对模具所能施加的最大锁紧力。在注塑充填和保压 阶段,型腔压力会产生使模具分开的膨胀力,锁模力用以克服这种膨胀力,保证 在注塑成型过程中模具不被射压撑开而产生溢料。Moldflow软件允许用户对注塑 机的锁模力进行相关的设置,以满足不同产品成型时对注塑机吨位的要求。

f.冷却时间
冷却时间主要取决于塑料产品的壁厚、模具的温度、塑料的热性能和结晶性能。 冷却时间一般约为30~120s,冷却时间较短时很难达到理想的冷却效果。冷却 时间较长时,则会增加成型周期,有时还会造成产品脱模困难。冷却时间的长 短一般为不影响产品脱模时不引起变形为原则。Moldflow软件允许用户对冷却 时间和冷却液温度等进行相关的设置,以满足不同冷却方案的需要。

g.保压
保压是由保压压力和保压时间两部分组成。为什么保压?因为溶胶充满模具型 腔后,通常还需要一定的保压时间,通过保压压力对型腔内的溶胶进行压实, 补偿溶胶的冷却收缩,从而使生产出来的产品能够获得精确的形状。生产中, 保压压力一般为注塑压力的80%左右,。足够的保压压力可以减少产品的收缩, 并能够稳定产品的外形尺寸,可以弥补因保压不足而使产品出现的短射或收缩 较大等缺陷,单保压压力过高时,容易造成脱模后的产品内应力大和脱模困难 等问题。保压时间对塑件最终的成型质量也有较直接的影响,足够的保压时间 是使塑件得到良好保压的前提之一,当浇口凝固后,保压过程就没效果,因此 保压时间最常应不超过浇口凝固时的时间。Moldflow软件也允许用户对保压压 力和保压时间进行相关的设置。

h.剪切应力
剪切应力主要是流动的塑胶与模具型腔壁之间的摩擦与溶胶间流速不一致引起 的,高剪切应力将会出现材料降解和机械性能降低等问题,因此,剪切应力值 应不超过材料许可的极限值。Moldflow软件的分析结果可以显示剪切应力的分 布情况,帮助用户判断塑件的区域剪切应力。

i.剪切速率
剪切速率是速度变化大小的度量,同时他代表塑料被剪切变形的速率,剪切速 率越大,塑料被变形的速率越高,此时就有可能出现拉断塑料高分子链,使塑 料产生裂解、变色和机械性能降低等问题,从而影响产品的强度。因此,剪切 速率值应不超过材料许可的极限值。剪切速率的大小与注塑压力和浇口尺寸的 大小有较直接的关系,剪切速率较大时,可以通过降低注塑压力和增大浇口尺 寸的方式来改善。Moldflow软件可以预测剪切速率值的分布,并以不同的颜色 表示,可帮助用户判断剪切速率过高的区域。

j.温度
温度主要包括模温、料温、和冷却液温度等。其中模温主要影响溶胶充填和产 品冷却固化;料温主要影响塑料的塑化和溶胶填充;冷却液温度主要影响模具 的冷却效果。Moldflow软件允许用户对模温、料温和冷却液温度等进行设置, 以满足不同成型方案的需要。

k.成型周期
成型周期是指完成一次注塑成型工艺过程所需的时间,它包含注塑成型过程中的 所有时间,如合模、注塑(充填和保压)、冷却和开模时间等。成型周期的长短 直接影响生产效率,我们在保证生产质量的前提下,应尽可能的缩短成型周期时 间。Moldflow软件可以帮用户预测产品的成型周期,用户可以通过不同的进胶与 成型方案找到能够保证生产质量的最短成型周期,从而最终提高生产效率。

l.注塑成型工艺参数
成型工艺参数的选择和控制是影响成型质量的主要因素之一,包含和温度、压力及 时间有关的各参数,合理调整参数值,可以生产出较高质量的产品。Moldflow软件 允许用户对成型工艺参数设置,比如设定温度(模温、料温、环境温度)、时间 (充填时间、冷却时间、保压时间、开模时间)以及压力(注塑机最大射压、最大 锁模力、保压压力)等。通过试用不同的成型工艺参数,在计算机里达到“试模调 机”的效果,从而找到最佳化成型工艺参数。

m.浇注系统
浇注系统是引导熔融塑料从注塑机喷嘴到模具型腔的通道,其作用是将溶胶平衡 地引入型腔,并在填充和固化过程中将压力传递到型腔各部位,从而获得各种各 样的塑胶产品,从而找到最佳化成型工艺参数。

n.冷却系统
冷却系统属于模具的温度调节系统,通常以冷却管道形式存在,主要作用是调节模 具温度,以满足注塑成型工艺对模具温度的要求。根据模具大小尺寸范围通常在812mm之间。一般情况下,冷却管道中心线与型腔壁的距离应为冷却管道直径的1-2 倍(通常为12-15mm),冷却管道的中心线约为管道直径的3-5倍。Moldflow软件允 许用户在软件系统中进行各种形式冷却系统的创建和修改!

2.常用塑料的特性

根据分子联结的聚合反应种类,塑料可以区分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑 性塑料根据分子结构或链的结构可以再细分为不定形、半结晶或液晶聚合物。还可细 分为弹性体、共聚合物、复合物、商用塑料和工程塑料,以及添加物填充料和补强剂 与塑料性质和性能相关的其它分类方法。

2.常用塑料的特性

热塑性塑料

2.常用塑料的特性

一般而言,热塑性塑料聚合度较高,分子量也较大。热塑性塑料可以重复地加热 而软化,冷却而凝固,也就是说可以回收,但在成形时仍可能有小程度的化学变化, 回收塑料的性质可能不会与原始塑料的性质完全相同。这就是为什么水口料较脆的原 因。热塑性塑料占所生产塑料的70%,以小球状或颗粒状买卖,与热固性塑料比较, 热塑性塑料通常具有较高的耐冲击强度,容易加工,对复杂设计有较好的适应性。 热固性塑料 热固性塑料也称为热硬化塑料,于加热之初会软化,而后分子间产生化学键结,造成 高度连联的网状结构,热固性塑料与热塑性塑料的最大差异就在于交联程序,本质上, 热固性塑料具有较好的机械强度、强高的使用温度和较佳的尺寸稳定性。许多热固性 塑料是工程塑料,并且因为交联程序而具有不定形结构。在成形之前,热固性塑料和 热塑性塑料一样具有链状结构。在成形过程中,热固性塑料以热或化学聚合反应,形 成交联结构。一旦反应完全,聚合物分子键结形成三维的网状结构,这些交联的键结 将会阻止分子链之间的滑动,结果,热固性塑料就变成了不熔化、不溶解的固体。假 如没有发生裂解,即使加了热也不能将它再软化或再加工。热固性塑料的性质可以想 象成煮熟的蛋,蛋黄从液体变成固体,却无法再转变为液体。热固性塑料通常以液态 的单体—聚合物混合料,或部份聚合的成形复合物贩售。从尚未固化的状态将热固性 塑料注入模穴,于加压或未加压条件下,以加热或以化学混合物催化聚合以定形。热 固性塑料通常添加矿物质、石灰、玻纤等填充料或强化物质以增强性质,环氧树脂、 酚醛树脂都是常见的热固性塑料。热固性塑料经常应用于IC等产品。

2. 常 用 塑 料 的 特 性

2. 常 用 塑 料 的 特 性

ABS (丙烯 –丁二烯-苯乙烯) (1)综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性和电性能良好。有高耐热,阻燃,增强 和透明等性能。 (2)无定形料,吸湿性强,含水量应小于0.3%,必须充分干燥,要求表面光泽的塑件建 议在80~90℃条件下预热干燥2小时以上。 (3) 宜取高料温,模温,但料温过高易分解(分解温度为250C左右),对精度较高的 塑件模温宜取50~60℃,对高光泽,耐热的塑件,模温宜取60~80℃。 (4) 注塑压力应比加工PS稍高,一般用螺旋式注塑机时料温为160~220℃,注塑压力为 100~140Mpa。 (5)成型温度范围为200~240℃。 (6)适于制作一般机械零件,减磨奈磨零件,传动零件和电讯零件,如齿轮,一起仪表 板,电视机,冰箱壳体和键盘等。 PS(聚苯乙烯) (1)无定形料,吸湿小,不须充分干燥,不易分解但热膨胀系数大,易产生内应力开裂。 (2)电绝缘性优良,无色透明,透光率仅次于有机玻璃。着色性,耐水性,化学稳定性 良好,强度一般,质脆,易产生应力开裂,流动性较好。 (3)易用高料温,高模温和低注塑压力,延长注塑同时有利于降低内应力,防止缩孔和 变形,但料温高易出现银纹,料温低时透明性差。 (4)通常不需要干燥处理,可采用各种形式浇口。 (5)成型温度范围为170~250℃。 (6)适于制作绝缘透明件,装饰件,化学仪器和光学仪器零件。

2. 常 用 塑 料 的 特 性

PE(聚乙烯) (1)结晶性料,吸湿性小。如热时间不宜过长,否则会出现分解,烧焦现象。 (2)耐腐蚀性,电绝缘性优良,可用玻璃纤维增强。按密度份为三类:①低密度聚乙烯 (LDPE);②中密度聚乙烯MDPE);③高密度聚乙烯(HDPE)。低密度聚乙烯的熔 点,刚性,硬度和强度较高,吸水性小,有良好的电性能和耐辐射性;中密度聚乙烯的柔 软性,伸长率,冲击强度和渗透性较好;高密度聚乙烯冲击强度高,奈疲劳,耐磨。 (3)流动性极好,流动性对压力变化比较敏感。 (4)宜用高压低温注塑,保压应充分。 (5)收缩率范围和收缩值大,取向性明显,易变形翘曲。冷却速度慢,模具应设冷料穴。 (6)成型温度范围为140~220℃。 (7)低密度聚乙烯适于制作耐腐蚀零件和绝缘零件;中密度聚乙烯适于制作薄膜;高密 度聚乙烯适于制作减震,耐磨和传动零件。 PP(聚丙烯) (1)结晶性料,吸湿性小,光泽好,易着色。但易发生溶体破裂,长期与热金属接触易 分解。 (2)流动性较好,但收藏范围及收缩值大,易发生缩孔,凹痕和变形。 (3)冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热。应注意控制成型温度,料温低取向 性明显,模具温度偏低时,制品结晶度低,密度小,内应力较大,但外观质量较差。模具 温度大于90℃时易出现翘曲和变形现象。 (4)塑件应避免缺口和尖角,以防止应力集中。 (5)成型温度范围为16~220℃。 (6)适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件。

2. 常 用 塑 料 的 特 性

PVC(聚氯乙烯) (1)无定型料,吸湿性大,不易分解。 (2)力学性能和电性能优良,耐酸碱力极强,化学稳定性好,但软化点低。 (3)流动性差,通常要加入润滑剂改善流动特性。 (4)宜取高压注塑,应采用对料流阻力小的浇注系统。 (5)成型温度范围为160~190℃。 (6)适于制作电线电缆绝缘层,密封件防腐管道﹑插座﹑插头﹑开关和玩具等。 PC(聚碳酸酯) (1)无定型料,热稳定性好,成型温度范围宽。 (2)冲击强度高,尺寸稳定性好,无色透明,着色性好,电绝缘性﹑耐腐蚀性和耐磨性 好,但自润滑性差,有应力开裂倾向,高温易水解,与其他树脂相溶性差。 (3)流动性差,流动性对温度变化敏感。冷却速度快 (4)粘度高,但对剪切作用敏感。浇注系统宜设冷料穴,模具宜加热,模温一般取 70~120℃为宜。 (5) 吸湿性小,但对水敏感,需经干燥处理。成型收缩率小,一出现熔融开裂和应力集 中现象,故应严格控制成型条件,塑件宜退火处理消除内应力。 (6)料温对塑件质量影响明显,料温高时宜溢边,出现银纹和塑件变色,温度低时会造 成短射,表面光泽度差。 (7)成型温度范围为230~320℃。 (8)适于制作仪表小零件,容器,绝缘透明件和耐冲击零件等。

2. 常 用 塑 料 的 特 性

PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂) (1) 无定型料,吸湿性大,需干燥,不易分解。 (2)流动性中等,易出现填充不良,收缩,结合线等现象。 (3)宜高压注塑,在不出现缺陷的条件下宜取高料温和高模温,可增加流动性,降低内 应力,改善透明性和强度。 (4)模具浇注系统表面应光洁,阻力小,脱模斜度应大,顶出应均匀,同时应保证排气 良好,以防出现气穴。 (5)成型温度范围为160~230℃。 (6)适于制作透明绝缘零件和强度一般的零件。 POM(聚甲醛) (1) 结晶性料,熔融范围较窄,熔融和凝固速度快。料温稍低于熔融温度即发生结晶, 流动性下降。 (2)流动性中等,流动性对温度变化不敏感,但对注塑压力变化敏感。吸湿性小,可以 不经干燥处理。 (3)热敏性强,极易分解,分析温度为240℃,分解时有刺激性和腐蚀性气体产生。 (4)结晶度高,结晶对体积变化大,成型收缩范围大,收缩率大。 (5)综合性能较好,强度和刚度高、减磨耐腐蚀性好、吸水小、尺寸稳定性好,但热稳 定性差、易燃烧,在大气中暴晒易老化。 (6)宜采用对料流阻力小的浇注系统,浇口宜小,模具应加热,应注意排气。 (7)成型温度范围为170~200℃。 (8)适于制作减磨耐磨零件、传动零件以及化工和仪表零件等。

2. 常 用 塑 料 的 特 性

PA(聚酰胺) (1) 结晶性料,熔点较高,熔融温度范围较窄,熔融状态时热稳定性差。 (2)坚韧、耐磨、耐油、耐水。吸水性大,需进行干燥处理。 (3)流动性极好,易溢料。 (4)成型收缩范围及收缩率大,取向性明显,易出现缩孔、变形等现象,成型条件应稳 定。 (5)模温按塑件壁厚在20~90℃范围内选取,注塑压力按注塑机类型、料温、塑件形状 尺寸和模具浇注系统选定。树脂粘度小时,注塑和冷却时间应取长。 (6)注塑时间及高压时间对塑件收缩率、凹痕、变形和缩孔影响较大,一般宜取低模温、 低料温和高注塑压力的成型条件以减少收缩、凹痕和缩孔。 (7)成型温度范围为220~300℃。 (8)适于制作一般机械零件、减磨耐磨零件、电器和传送带零件等。


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