注塑成型工艺优化实验指导书

注塑机可以按照系统默认，或者按照自己需求进行选择。在此实验选择材料为：，初设工艺参数如下：塑料温度(˚C)，充填时间(Sec)、保压时间(Sec)、冷却时间(Sec)、开模时间(Sec)、注射压力(Mpa)和保压压力(MPa)，其他工艺参数：。
（可以查询文献资料）
（三）分析流程选择及工艺设置
本实验选取热塑性塑料的冷却+充填+保压+翘曲的工程分析指令。
3、选用材料为ABS/PC，制造商与牌号可以自己拟定，建议模具温度50-100度，塑料熔体温度230-300度，在Moldflow 材料数据库即可选用分析，详见附1材料工艺参数推荐，也可查阅ABS/PC材料特性表，针对卡扣塑料平板，不像使用在机械结构上需要强大的机械强度，其较注重为注塑成形后的几何公差，以及翘曲变形程度。
图6冷却设定
充填与保压设定页面中如图7所示，充填控制有流速、螺杆速度与注射时间可选择，在此选择注射时间进行仿真，而速度/压力切换也有依射压、液压、锁模力…等等可选择，这里选择依射压来进行切换，保压控制上直接选择保压压力vs 时间来控制，可以选择编辑曲线可弹出曲线设定的对话框，依照所需要设定给予的保压压力和保压时间来控制保压压力曲线。
(3)压力分布(pressure distribution)
多点入浇时可评估浇口压力问题，找出较佳入浇位置
(4)剪切应力分布(shear stress distribution)
检查剪切应力分布是否均匀，如不均匀可能产生压力集中，而造成翘曲产生
(5)剪切率分布(shear rate distribution)
熔料温度 280～310℃.
料筒恒温 220℃/ S9
模具温度 80～110℃
注射压力 因为材料流动性差，需要很高的注射压力：130～180MPa（1300～1800bar）
保压压力 注射压力的40％～60％；保压越低，制品应力越低
背压 10～15MPa（100～150bar）
注射速度 取决于流长和截面厚度：薄壁制品需要快速注射；需要好的表面质量，则用多级慢速注射
B3
C1
D2
E3
F2
G1
实验16
A3
B1
C3
D2
E3
F1
G2
实验17
A3
B2
C1
D3
E1
F2
G3
实验18
A3
B3
C2
D1
E2
F3
G1
4、实验结果
（1）计算机仿真数据结果分析
由控制因子对质量特性的因子反应分析结果可得知，控制因子对质量特性产生效应大小依序为:
由表2可以得到优化参数，如表10中有底色标注的参数所示，其依序组合为:
在Modflow 翘曲分析中可以得到总翘曲量和x、y、z 分别的翘曲量，此研究中不针对总变形量探讨，主要以改善影响质量的区域作为量测依据。
（五）应用田口实验计划法
田口方法在于使所设计的产品质量稳定、波动性小，使生产过程对各种噪声不敏感。在产品设计过程中，利用质量、成本、效益的函数关系，在低成本的条件下开发出高质量的产品，田口方法以实验手段来决定设计参数，设计的目标在追寻最佳产品或是工艺过程，且能持续维持稳健性，使受到外在干扰因子的影响降到最小，在田口方法的构想中，依照控制因子及水平数选择适当的直交表，并以S/N(Signal toNoise)比作为实验数据的来源，再加以探讨选定的控制因子对于质量特性影响的多少，使外在的干扰因子对质量特性减至最小，称为稳健设计。
图7充填与保压设定
翘曲设定页面如8所示，不同的网格划分方式会有不一样的成型条件设置，此研究采用双层网格依照可选择的项目说明如下:（1）考虑模具热膨胀:在射出成形过程中，模具温度会随着熔体温度升高而升高，因此模具会产生热膨胀，引起模具模腔膨胀，致使塑件翘曲变形。（2）分离翘曲原因:引起翘曲的因素有三个，选择此选项可在分析结果列出每一种因素(收缩、冷却、分子取向)对翘曲变形量的影响。（3）考虑转角影响:由于模具的限制会使塑件锐角区域的厚度方向比平面方式的收缩更大，此选项就是考虑了模具的限制对分析结果的影响。
表1 控制因子水平
因素
水平1
水平2
水平3
A塑料温度
A1
A2
A3
B充填时间
B1
B2
B3
C保压时间
C1
C2
C3
D冷却时间
D1
D2
D3
E开模时间
E1
E2
E3
F注射压力
F1
F2
F3
G保压压力
G1
G2
G3
3、挑选适当直交表
选定7 个控制因子、3 水平数且不考虑交互作用，采用正交试验法所推荐的 表，如表2 所示。根据表2所设计出实验数据如表3所示。
实验指导书
院系：机电工程学院
专业：机械设计制造及自动化
课程：塑料成型工艺及模具设计
编者：机械教研组
实验一注塑模具拆装……………………………………………………1
实验二注塑成型工艺参数优化……………………………………………3
实验二注塑成型工艺参数优化
一、实验目的：
1．了解注塑成型过程和成型工艺条件；
2．掌握注塑成型工艺参数的确定以及它们对制品结构形态的影响；
2、选定控制因子与水平
选定控制因子为：塑料温度(˚C)，充填时间(Sec)、保压时间(Sec)、冷却时间(Sec)、开模时间(Sec)、注射压力(Mpa)和保压压力(MPa)，分别赋予三水平，控制因子水平如表1所示，相关参数为实际现场依照经验法则测试而定，搭配不同级距产生三组参数来进行计算机仿真。A-G的工艺参数可以根据实际需求进行合理选择。
表1成型工艺参数设定（添加底色注明最优组合）
因素
水平1
水平2
水平3
A塑料温度
B充填时间
C保压时间
D冷却时间
E开模时间
F注射压力
G保压压力
表2实验数据表
所在列
1
2
3
4
5
6
7
翘曲
因素
塑料
温度
充填
时间
保压
时间
冷却
时间
开模
时间
注射
压力
保压
压力
实验
结果
实验1
实验2
实验3
实验4
实验5
实验6
实验7
实验8
实验9
实验10
九、附录
附1
材料工艺参数推荐：
（1）聚碳酸酯（PC）
料筒温度 喂料区70～90℃（80℃）
区1 230～270℃（250℃）
区2 260～310℃（270℃）
区3 280～310℃（290℃）
区4 290～320℃（290℃）
区5 290～320℃（290℃）
喷嘴 300～320℃（290℃）
括号内的温度建议作为基本设定值，行程利用率为35％和65％，模件流长与壁厚之比为50：1到100：1。
图5 选择分析流程
在冷却设定页面图6包含了熔胶温度、开模时间和射出、保压与冷却时间，一般来说熔体温度在Molflow 依照选择的材料里，系统会推荐最佳注射温度，故在设定上熔胶不可超出容许温度，不然塑料容易烧结，开模时间包含了开模+顶出+合模的综合时间，在Moldflow 无法将冷却时间独立出来，需要将注射时间与保压时间一起加总计算。
（2）改变浇注系统与冷却系统参数，对成型质量有如何影响？试用模流分析软件进行分析，并做出总结。
（3）对三种工程塑料进行分析说明，总结优缺点及应用。
七、实验报告要求：
要求提交模流分析结果电子档和纸质版实验报告，模流分析结果按组提交。实验报告中需要体现完整的实验材料参数、实验条件、工艺参数与结果数据。
八、实验总结：
剪切率与分子配向有关，若剪切率过高会拉断塑料高分子百度文库，产生裂解
(6)体积收缩率分布(volumetric shrinkage distribution)
体积收缩取决于保压问题，不均匀收缩容易产生成品变形
2. 冷却分析
(1)塑料温度分布
可判别塑料温度是否以降于顶出温度之下
(2)冷却回路进出口温度分布
依据冷却回路进出口温度可判定回路对于降低模具温度是否平均，进出口温度差异过大，表示冷却回路设计不当，容易产生成品变形
因子又称为自变量，也就是在制程中或产品零组件中会影响质量特性质的参数，因子又分为四种类:分为控制因子(control factor)、信号因子(signal factor)和干扰因子(noise factor)或误差因子(error factor)。
1、选定质量特性
本实验的目的就是为探讨注射成型的成型参数对制品翘曲的影响，其翘曲量为其质量特性，且为望小特征。
图8翘曲设定
（四）初始模拟分析结果
依照所建构之几何模型与仿真参数设定可按照分析需求进行以下各阶段分析：
1. 充填流动分析与保压分析:
(1)流动波前(melt front advancement)
检查有无短射、包风和熔合线…等等问题
(2)温度分布(temperature disturbution)
可依据热量集中位置进行冷却改善
螺杆转速 最大线速度为0.6m/s；使塑化时间和冷却时间对应；螺杆需要大扭矩
计量行程 （0.5～3.5）D5 C B( I3 S9 W) D;
实验11
实验12
实验13
实验14
实验15
实验16
实验17
实验18
（3）原始参数模拟分析，制品翘曲变形图：
（4）优化参数结果与Moldflow分析，制品翘曲变形图：
六、实验注意事项：
（1）注意观察模流分析过程中注射成型制品的缺陷，并探讨如何解决。对充填、冷却、翘曲结果进行分析，掌握制品成型质量的工艺影响。
图1 实验分析流程
四、实验条件：
1、电脑
2、MOLDFLOW软件
3、正交试验法教程
4、模具分析软件使用教程
5、塑料卡扣平板实验案例（含建模）
五、实验步骤：
（一）前处理
在Moldflow Plastics Insight)前处理过程主要是制品模型创建及导入模具分析软件，并进行模型、网格划分与修改、材料选择、浇道系统设计与进浇位置选择和创建冷却系统。制品划分网格后的有限元模型如图2，图3为三种不同的成型工艺方案。
2、选用材料为PC，制造商Bayer MaterialScience，牌号Makrolon 1243，为注塑成形所使用塑料，在Moldflow 材料数据库即可选用分析，详见附1材料工艺参数推荐，也可查阅Makrolon 1243材料特性表，针对卡扣塑料平板，不像使用在机械结构上需要强大的机械强度，其较注重为注塑成形后的几何公差，以及翘曲变形程度。
3．掌握模流分析软件的使用；
4．了解不同材料不同工艺的塑料产品工程分析方法。
二、实验内容：
以卡扣塑料平板为例，应用正交试验法，结合Autodesk Moldflow模流工程分析软件，有系统的进行实验，探讨注塑成型工艺参数与工艺条件对制品翘曲变形的影响，进而求得最小翘曲量的注射成型工艺参数。
三、实验原理与方法：
表2实验数据表
所在列
1
2
3
4
5
6
7
翘曲
因素
塑料
温度
充填
时间
保压
时间
冷却
时间
开模
时间
注射
压力
保压
压力
实验
结果
实验1
A1
B1
C1
D1
E1
F1
G1
实验2
A1
B2
C2
D2
E2
F2
G2
实验3
A1
B3
C3
D3
E3
F3
G3
实验4
A2
B1
C1
D2
E2
F3
G3
实验5
A2
B2
C2
D3
E3
F1
G1
实验6
A2
B3
C3
D1
E1
F2
G2
实验7
A3
B1
C2
D1
E3
F2
G3
实验8
A3
B2
C3
D2
E1
F3
G1
实验9
A3
B3
C1
D3
E2
F1
G2
实验10
A1
B1
C3
D3
E2
F2
G1
实验11
A1
B2
C1
D1
E3
F3
G2
实验12
A1
B3
C2
D2
E1
F1
G3
实验13
A2
B1
C2
D3
E1
F3
G2
实验14
A2
B2
C3
D1
E2
F1
G3
实验15
A2
本实验使用Moldflow模流分析软件，通过数值模拟可以描述塑料在注塑成型时，遭受热力历程与行为变化，以及在模具内产生的速度分布、应力分布、温度分布、压力分布，并藉此探讨冷却固化、翘曲变形和加工参数及模具设计参数的关系，本实验仿真卡扣塑料平板注射成型过程，Moldflow快速模拟加工工艺参数来寻求最佳成型参数，下图模流分析流程:
3.翘曲分析
(1)位移分布(displacement distribution)
判别成品在整体变形和x、y、z 方向各别单一的变形量
(2)体积收缩率分布(volumetric shrinkage distribution)
成品在温度降至常温的体积缩收变化，变化越严重表示成品翘曲或变形更大
（3）变形翘曲量
A俯视图
B正视图
C仰视图
D左视图
图2 制品有限元分析模型
方案一
方案二
方案三
图3 制品成型工艺方案
实验过程中提供电子图档有限元分析模型，在此选择方案。
浇注系统形状尺寸如下（详细说明主流道、分流道、浇口）：
冷却系统分布以及形状尺寸如下（型芯，型腔）：
（二）实验材料（选择其一）
图4 试验材料选择
1、选用材料为奇美一般级ABS Polylac PA-757 材质，为注塑成形所使用塑料，在Moldflow 材料数据库即可选用分析，详见附1材料工艺参数推荐，也可查阅PA-757 材料特性表，针对卡扣塑料平板，不像使用在机械结构上需要强大的机械强度，其较注重为注塑成形后的几何公差，以及翘曲变形程度。