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MoldFlow---流动行为

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发表于 2008-12-21 21:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
理论:流动行为及设计原则" v9 ~; Q' {* c+ N8 c/ b
. C& z1 u4 p$ S( A
注射成型* }& C3 [  t; K( n  p0 k6 w7 ?; H
注射成型是一种把高分子材料制成复杂形状的产品的成型工艺,整个过程包括材料的加热,射出材料到模具,材料在模具中的冷却及产品的顶出。在此过程中有上百个参数变量,这些参数变量可以大致分为两组:机器参数变量和高分子材料参数变量。机器参数变量是可以在注塑机上设置和调整的,材料参数变量直接由材料的特性决定。
" a$ ~% c2 I  ^. G如,料桶温度是机器变量,但材料实际的熔融温度是材料变量。MPI 主要是依据材料特性工作的,集中关注高分子材料在注射时的流动行为、冷却及最终的形状,或产品从模具中顶出后的变形翘曲情况。
 楼主| 发表于 2008-12-21 21:40 | 显示全部楼层
注射成型机9 X3 B+ J# D6 O- \1 z  f( n; l4 K9 b
注射成型机由很多部分组成,主要组成如下:
9 `# [3 W) a9 ]8 o. w• 料斗:
. i2 R, a3 b: @, y( B/ C颗粒状材料由此装入成型机。
4 _: ^6 `/ ^5 A( p2 s• 料筒,螺杆:
  t/ d( b+ ^8 ^4 @2 z, E9 m9 U料筒及螺杆从料斗获取材料,然后加热塑化,此处涉及到一个材料变量“熔料温度”。3 Q7 \5 D- O% c% B9 P8 [
• 液压单元' F3 x  K1 f5 @- @; A3 ]
液压单元提供一个压力把塑料挤入模具,压力的提供者油压或其它液压是机器的参数,由此产生的塑料压力是材料参数“注塑压力”。液压压力与注塑压力的比值叫做增强比,一般为10:1,可以更高。
 楼主| 发表于 2008-12-21 21:40 | 显示全部楼层
注塑成型工艺
5 j% C& _. _  ?注射成型工艺整个周期主要由4 个部分组成,如下:0 _, ]2 Z4 d! R1 I9 D" m. I  D
• 填充时间:
8 `1 H! d3 G( Z1 A. D( c填充时间开始于模具合模,螺杆向前推进,将材料挤入模具,这个过程一般非常快。材料一接触冷的模壁,马上就粘在上面并凝固,流动通道在凝固层之间,注射的速度对凝固层的厚度有很大影响。大多数情况下,填充是影响产品品质的主要因素。填充分析是成型周期中最短的一部分。8 g7 \. e8 y. o& n7 N" j
• 保压时间:8 A2 e$ I2 m  q( {3 S6 A
模腔充满时,压力仍持续作用于材料上,以便更多的材料可以进入模腔,主要是为了补偿材料在冷却过程中的收缩引起的体积变小。
1 k( Y: R# Y; d% A) _• 冷却时间:
* w" @% K) s/ p, G5 n/ o此时没有压力作用于材料,产品继续冷却凝固,直到冷却到可以顶出为止。当产品冷却时,螺杆已经开始后退加料,为下一个循环做准备了。* h8 Z- O: G' e8 H: O
• 开模时间:5 n# L( P5 P7 @# Q6 l  n% E
模具打开,顶出产品,然后再合模准备下一个循环。
 楼主| 发表于 2008-12-21 21:40 | 显示全部楼层
注射成型周期, `! G# R9 ]- u6 y) R! n; @
在一个典型的注射成型周期中,冷却时间是最长的部分,接下来是保压时间,开模时间,最后是注射时间。冷却时间超过整个循环周期的50%,注射时间仅占约3%到5%。3 r, q+ b3 t6 G6 y  p, I- y. X
具体的参数涉及到产品、材料及成型机。8 M& @  g4 X  X4 G
注塑模
8 g4 g6 a3 V* o! t% P+ l1 I注射模具主要由两部分组成,定模及动模。可能有其它名称,如定模也叫A 模或母模;动模也叫B 模或公模。
 楼主| 发表于 2008-12-21 21:40 | 显示全部楼层
流动行为
% L& n2 i1 N, p7 [8 I成型阶段
0 n) o+ M) X1 d6 l9 S# B6 h0 v$ d: K成型阶段是从塑料分子角度来看整个注射成型周期,以下是简要说明。% J, @9 |, u7 ?$ |1 K/ a: T
填充阶段8 a9 ^/ ~/ ^4 y1 z' _8 ^1 F1 b7 T
材料进入模具,在速度的控制下填充模具,模具刚好充满时填充阶段结束。填充时,材料进入模腔,凝固并粘在模壁上,材料以喷泉形式向前填充,由于剪切作用产生热量。
7 a' T3 I8 S$ v加压阶段' s/ c2 x. a3 d. X8 d# C% Y
模腔填充满时,螺杆在压力作用下仍向前推动,由于材料的收缩,螺杆还可以继续向前移动一段时间,到填充末时刻最大压力出现时,增压阶段结束。材料的流动与填充阶段很相似,但凝固层迅速加厚,流动速度迅速降低。
) C8 U$ P' r* a2 U补偿阶段
+ o2 c' ?) ~. z此阶段机器螺杆由压力控制继续向前移动,额外的料被挤入模腔,以补偿塑料在熔融料温状态与室温固态之间的体积差。在补偿阶段,由于温度不稳定,所以流动也不稳定,这将会导致产品局部取向性较强,可能引起翘曲。
 楼主| 发表于 2008-12-21 21:41 | 显示全部楼层
喷泉式流动
/ j2 b" h& o6 V. Z  U
喷泉式流动表示了塑料在模具填充时的流动形态,在断面中间层的塑料流动速度最高。当中间的分子流到最前面,然后随波峰流向模壁,冷却凝固并粘在模壁上。先填充进产品的分子大都分布在产品表面,而后填充入的分子大都在产品中心MPI 假设整个填充过程中塑料都以喷泉形式流动,但实际上在设计较差的浇口附近,在短时间内塑料不是以喷泉形式流动的。这种情况用Midplane 和Fusion 是分析不出来的。
22.png
 楼主| 发表于 2008-12-21 21:41 | 显示全部楼层
截面的流动方式 & 分子取向7 V4 f* |- N( [1 I, P) P! d
填充过程中,产品截面上的分子取向、剪切应力及剪切率分布都有很大的差异。剪切率定义为一个分子以多快的速度滑行过另外一个,或在整个距离上的速度差,标准单位是1/秒。剪切应力是作用在某区域上的力,单位是MPa 或psi。当以喷泉形态填充产品时,截面中间的分子移动较快且相对速度比较均匀,因此,此处剪切率低,分子间的剪切拉伸应力也较小;靠近凝固层的分子,速度低,但速度梯度很大,剪切率很高,这导致分子间的剪切应力很大,这里的分子将会沿着流动方向排布。
22.png
 楼主| 发表于 2008-12-21 21:42 | 显示全部楼层
截面上的热传
  c; _- G( |. k# m
由于在凝固层内侧剪切率很高,所以此处由于剪切产生很多热量,流动中间层从注塑机料筒中不断带入新的高温料。模具温度相对塑料温度很低,当塑料进入模腔后,接触模壁,冷却凝固。当流动速率固定时,凝固层厚度很快达到稳定状态。在填充阶段,大部分的热传位于凝固层内侧的高剪切区域。恰当的说,填充阶段传入模具中的热量正好等于剪切产生的热量。截面上有着非常平均的温度分布对保压非常有利,所以填充过程中温度均匀是使用MPI 的首要原则。
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 楼主| 发表于 2008-12-21 21:42 | 显示全部楼层
填充注射速率与凝固层厚度
0 n( y: U! |6 `
填充时,填充速度对凝固层厚度有很大的影响。填充过程中,剪切热的多少依赖于填充速率。填充速率越高或填充时间越短,剪切热就越多,凝固层厚度就越薄;相反,填充速度越低,凝固层越厚。当凝固层很厚时,实际的塑料流动通道不能得到很高的压力;相反凝固层薄时,压力传递就较好。
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 楼主| 发表于 2008-12-21 21:43 | 显示全部楼层
以下图7 描述的是填充时间在0.2 秒与20.0 秒之间的情况。产品壁厚3.0mm,流动长度约900mm,材料是ABS,X 轴是填充时间。当填充很快时,填充所需压力由剪切或注射速率控制,随着时间延长,压力降低。在5 秒左右,压力又开始上升,因为材料温度太低,粘度非常高。 温度则总是下降的。 所有的热塑性塑料都有这个“U”形,也许“U”形的峰值位置会有所变化,但时间-压力的曲线始终是“U”形。上限时的温度约等于材料进入产品时的料温,下限大概下降了20ºC 。
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