MoldFlow软件在特殊注塑成型中的应用

青华工作室

文劲松 麻向军  
: t' D7 e4 g/ H（华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程中心SCUT—moldflow高级技术应用培训中心）
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一 前言
$ r5 |' F4 \/ {5 dMPI3.1除了能对传统的注塑成型进行模拟分析外，还能对一些特殊的注塑成型过程进行模拟分析，如共注塑成型（Co-injection Molding）、压注成型（Injection-Compression Molding）、反应注塑成型（Reaction Injection Molding）、微芯片封装（Microchip Encapsulation）、气体辅助注塑成型（Gas-Assisted Injection Molding），其中，气体辅助注塑成型将有专门的文章进行介绍，下面讨论其它的注塑成型模拟分析。
& |3 G  V% D, M二 共注塑成型模拟分析
共注塑成型是指用两个或两个以上注塑单元的注塑成型机，将不同的品种或不同色泽的塑料，同时或先后注入模具内的成型方法，可生产多种色彩或多种塑料的复合制品。MPI/Co-Injection可以模拟先后注射成型过程。 一般用于共注塑的注塑机有两个料筒和一个公用的喷嘴。制品表面的塑料首先注射，由于喷泉效应，塑料熔体喷射到模腔壁，模壁的温度远低于熔体的凝固温度，熔体迅速凝固，形成绝缘层，新的熔体沿着模壁流动，直到覆盖整个模腔表面。随后注射制品内部的塑料，最后再次注射表面塑料。在共注塑过程中，有两个很难控制的工艺参数：
1）两种塑料的最优混合比例。理论上，制品内部塑料最大可占到制品体积的百分之六十七，但实际上很难到达，尤其是复杂制品，工程上内部塑料可达到制品体积的百分之三十。
) B$ j  V1 }; B% F& O( V) W' Q3 v2）两种塑料注射转换的时间控制点。
$ b( i, e  P3 b% W由于模具设计不合理或者两种塑料比例不合适，有可能使内部塑料露出表面，尤其是最后填充的地方。
MPI/Co-Injection根据两种注射塑料的特性，预测它们在模腔中的分布，并给出两种塑料的最佳混合比例以及注射时间控制点，分析结果包括：
: c' @, ^' P, q1）        两种塑料在填充过程中，模腔中任一点在任一时间的体积百分比。
) A% W, c, S3 W- h2）        两种塑料在模腔中的分布情况。
0 X8 f% m) z! ?- m# V2 ~3）        内部塑料在成型过程中厚度的变化情况。
2 N# S2 D" S/ X9 |; A+ n; n4）        两种塑料在填充过程中，模腔中任一点在任一时间的质量变化情况。
5）        根据所选择的分析流程不同，分析结果还包括流动分析结果、冷却分析结果、翘曲分析结果以及应力分析结果等。
三 压注成型模拟分析
+ r. R" ^/ D3 P压注成型简单地说就是首先把塑料注射到比制品尺寸大的模腔，然后通过压缩使成型件达到制品的尺寸要求。采用这种成型方法生产的制品尺寸稳定，残余应力小，锁模力小，特别适合于高精度、低残余应力的制品，如光学零件。在压注成型过程中，注射（包括填充和保压）与压缩既可同时进行，也可是先注射后压缩。
MPI/Injection Compression模块可以在以下方面帮助用户：
1）        最小的压缩力；
+ U+ o/ i% x. [2 ~' k2）        最小的注射压力；
3）        使制品的收缩、变形、残余应力最小。
分析结果包括：
, ~+ _) P5 E3 y" N6 Q2 a+ C0 N1）        压缩力；
2）        压板位移：压板位移为成型结束时压板位置与注射开始时压板位置之差，它应与设定的压板位移值相等（最大不超过设定值），制品最终尺寸等于制品设计尺寸与设定的压板位移值之和减去压板位移，如果成型件尺寸达不到制品尺寸的要求，可采用以下措施：减小设定的压板位移量；减少压板等待的时间；加大压板移动速度；增加压缩力；增加注射时间等。
$ ?: O- B! `6 Z1 O3）        压板移动速度：在压缩过程中，压缩力在没有达到预设的压力之前，压板在每个压力增加段的移动速度一样，压力达到预设的压力值，压力不变，但移动速度可能不恒定。
# ^6 j) w( @2 g9 z) _* @6 q$ o3 x1 q" M4）        模腔体积：包括浇道的体积，随着压缩开始，模腔体积不断减小。
5）        根据所选择的分析流程不同，分析结果还包括流动分析结果、冷却分析结果、翘曲分析结果以及应力分析结果等。
0 _7 h7 [1 ^0 Z5 T% C四 反应注塑成型模拟分析
7 D# G* W4 c4 X. _+ P反应注塑成型是将两种具有高化学活性的低相对分子质量液体原料，在高压下经撞击混合，然后注入密闭的模具内，完成聚合、交联、固化等化学反应并形成制品，具有物料混合效率高，节能，产品性能好，成本低等优点，用于热固性塑料注塑成型。
  \, _4 f- A( u. j! x9 J6 c; k反应注塑成型由于要产生化学反应，因而模具设计以及注塑工艺变得很复杂。如填充速度过慢会导致短射，填充过快又可能导致缩孔，模腔温度不当或者制品壁厚不当可能导致成型性变差或制品烧焦。
# m' {2 ~2 d- ^6 [+ jMPI/Reactive Molding模块可提供以下帮助：
1）        模拟流动过程，优化制品设计与浇口位置；
2）        确定正确的注塑压力与锁模力；
0 y8 B: h7 ^# y6 x) i3）        填充过程中，模腔任一点在任一时间的注射压力；
5 h( H) h7 {+ g- V7 ^* w' T( I4）        填充过程中，模腔任一点温度随时间变化情况；
, V1 f" _2 R8 L9 p  _0 B5）        判断是否短射；
6）        预测融合纹与缩孔；
1 N2 Y0 _7 [4 Q4 E/ i; g# G1 ~7）        提供超过50种可反应注塑成型的材料。
五 微芯片封装模拟分析
) L/ v6 R8 \; q' R8 z! Y微芯片封装采用活性树脂，除了起保护作用外，还能提高散热性和导电性。MPI/Microchip Encapsulation模块主要模拟封装过程，提供最佳的工艺，如模具温度、填充时间、螺杆速度曲线、固化时间等，以及封装形式设计、导脚与导线布置。该工艺在大陆还极少使用，本文不作详细介绍，有兴趣的读者可阅读软件的在线帮助。
六 分析前的准备
与流动、冷却、翘曲分析一样，以上分析要作以下准备工作：
" n/ o, z! |6 K+ p& U) E  ~: B% n1）        模型准备。除了微芯片封装可采用中心面或表面模型外，其它的分析只能采用中心面模型；
2）        网格质量与流动等分析相同；
# k5 D2 E4 S6 o( d+ t3）        设定分析流程；
( k4 u: t6 w7 c) V4 ?. F4）        选择材料；
5）        设置浇口；
6）        设置工艺参数。
七 分析实例
, c* u$ V& s7 y6 p1 Z6 ]+ d4 r图1是共注塑成型例子，图2是压注成型例子，图3是反应注塑成型例子，图4是微芯片封装例子。

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      图1 共注塑成型分析                       图2 压注成型分析
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        图3 反应注塑成型分析                        图4 微芯片封装分析
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. J  w. i' Q; y, Y八 结束语
本文简单介绍了MPI3.1在共注塑成型、压注成型、反应注塑成型和微芯片封装中的应用。MPI3.1是一个功能非常强大的软件包，包括了几乎所有的注塑成型方法，本次讲座只是起了一个抛砖引玉的作用，要熟练掌握，还需要实际的操作，尤其是结合实际的产品分析。

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