Moldflow 残余应力优化分析技术与应用

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优化后
残余应力改善案例之一
试模结果
– 应力痕得到彻底改善
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残余应力改善案例之二
汽车连接器 主要问题：中间断裂 解决方案：改变浇口位置和数量 材料：PA66
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CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之二
Moldflow 应用指标
改善方向
Moldflow分析结果
筋、凸台与底面的冻结时间 1）Frozen layer fraction
冻结时间差 差异控制在一定范围内
2) Time to reach ejection
temperature
应
温度梯度越小，应力痕越不
力 温度梯度 明显 痕
Bulk temperature
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分析结果：体积收缩
体积收缩差值越大，产品表面易产生应力痕
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分析结果：体积收缩（3D）
体积收缩差值越大，产品表面易产生应力痕
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剂的易脆性材料）
强 残余应力 越小越好
2）Stress，Mises-Hencky
度 不
主要是未加填充剂的易脆性
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材料）
足
剪切应力 不超过材料许 Shear stress
用值
熔接痕
夹角越大，远 Weld lines 离受力区域
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分析结果：残余应力分布
残余应力对电镀或喷漆工艺有较大的影响 一般用冰醋酸测试
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电镀层开裂、脱落
电镀件改善案例
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Size before:1.5*1*0.2 mm
Size after:3*1*0.28mm
a
c
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应力分布
两种方案的最大应力及分布相近，加厚Boss的方案 产品应力分布更均匀，且受力位置强度增强，有利 于改善开裂问题
原始方案
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Boss柱加厚
应力分布—改善结果
改善效果对比
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残余应力改善案例之一
产品肉厚分布
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残余应力改善案例之一
问题分析
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t=1.5 mm
t=1.0 mm
残余应力改善案例之一
实际产品问题
两条亮线 39
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残余应力改善案例之一
改善对策
肉厚平缓过渡
t=1.5 mm
t=1.0 mm
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残余应力改善案例之一
改善效果
– 应力痕得到解决
优化前
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原始产品分析结果
温度超过材料允许的最大 熔融温度
剪切应力超过材料允许 的最大剪切应力
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剪切速率超过材料允许 的最大剪切速率
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残余应力改善案例之二
优化对比
优化前
优化后
1gate
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2 gates
成型材料
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电镀层开裂、脱落
电镀件改善案例
之前应力：0.33MPa
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之后应力：0.25MPa
残余应力改善案例之一
产品：电子器件Up housing 材料： PC+ABS 模具形式：二板模 冷流道 问题点：应力痕，调机无法解决
优化对比—剪切速率
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剪切超标
OK
•材料推荐的最大剪切速率：60000 1/s •优化前：筋条上剪切速率大部分超标 •优化后：薄筋条位置剪切速率均匀且整体较低。
最终断裂问题得到解决！
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谢谢！
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导致制品在成型之后产生残余内应力。
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残余应力解决方案
针对残余应力产生的原因，提供相应的解决方案
1）降低流动应力值
常用方法：减小注射速度、适当增加加工温度、升高模具 温度改善制品结构、增加浇口尺寸及数量等
2) 减小热应力值
常用方法：改善制品结构、调整制品壁厚、优化设计模具
残余应力概念解释
残余应力---是指注塑件出模后残余在制品中未松弛的各种应力 之和，通常认为残余应力包括流动残余应力和热残余应力
1）流动残余应力 流动残余应力是熔融塑胶料填充流动过程中的剪切应力shear stress。如果这种剪切应力过大或分布不均匀，会造成尺寸变 化、分子链断裂、局部残余应力过大、制品强度下降
折射率变化
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相位差
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裂痕瑕疵个案研究
手机 材料：PC
保压压力值（MPa）
小
大
Packing pressure
收缩变形
大
小
shrinkage/warpage
裂痕发生风险
低
高
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裂痕瑕疵个案研究
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热残余应力产生过程
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6
残余应力的测量
如果塑料制品透明，可以通过透光程度的不同来观察 残余应力的大小和分布。下面几个图片是透明件的透 光照片，暗处是应力比较高的地带。
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根据分析检查证实
Packing Mpa
保压时间Sec， Durating
2.0 180
170 0.5
良品条件
1 st条件
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170MPa, 0.5sec,0.7mm 成为类似产品的标准
0.7
1.0
厚度mm：Thickness
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Boss柱强度改善
冷却系统、保持模具温度均匀等
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残余应力缺陷分析及优化
残余应力缺陷通常表现为 应力痕 开裂、强度不足，皮层脱落（电镀、涂装产品） 光学产品双折射
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应力痕Moldflow应用指标
应力痕问题
残余应力测量原理
由于流动过程中剪切应力存在差异，剪切应力大的地 方分子更多的沿着流动方向排列，导致此处结晶程度 加大，结晶程度的差异会导致透光率的差异，从而反 应出亮度不同的光泽
结晶度高的区域，与其他部位相比，分子排列更加紧
密，分子之间的相互作用力加大，致使这里的密度、
刚性和强度都增加。这种物理和机械性能的不均匀，
残余应力分布
Gate
17 Gate
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分析结果：残余应力分布
最大剪切应力—Shear stress
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光学产品双折射
双折射可能会导致严重的产品缺陷
成像模糊 重影 差的化学特性
Moldflow分析
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Moldflow 残余应力优化 分析技术与应用
新科益系统与咨询（上海）有限公司 Moldflow Consultant Jerry
报告大纲
一、残余应力概念解释及表现 二、残余应力相关缺陷分析及优化 三、案例分享
2
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制品开裂
充气阀门 制品局部残余应力集中，受力后开裂
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制品开裂改善—充气阀门
调整成型工艺改善参与应力—适当降低加工温度、模具温 度，减小保压压力值，从而减小热应力
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电镀层开裂、脱落
3
方向性密度(Orientation intensity)
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流动残余应力产生过程
4
CAD-IT 15th User Conference
4
热残余应力概念解释
2) 残余热应力 是由于制品收缩不均产生的内应力，不仅影响制品 的力学、光学性能，而且在很大程度上决定制品的 最终几何形状
裂痕研究实验
[配向方向 1st残余应力结果]
[相等IPA] 药水试验
10-15MPa （同条件实际模型）
Isopopanol IPA
裂痕实验
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受到约10MPA 的夹差之后，裂痕产生
残余应力发生原因是：非剪切，而是收缩
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收缩变形、确定避免裂痕条件
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体积收缩值越小越均匀，应
体积收缩 力痕越不明显
Volumetric shrinkage
残余应力
残余应力差越大，应力痕越 Stress in first principal
明显
direction
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分析结果：到达顶出温度的时间
Boss先冻结，底面后冻结，在结合处产生应力，当 应力足够大时，将产生应力痕
残余应力改善案例之二
优化对比—流动模式
优化前
优化后
滞流
OK 46
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残余应力改善案例之二
优化对比—温度
温差大
47 温度均匀
• 最大熔融温度：280 ℃ • 优化前：薄筋条位置超过最大熔融温度，且温差大 • 优化后：薄筋条位置没有超过最大熔融温度，温度均匀
分析结果：残余应力
残余应力差越大，应力痕越明显
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开裂 、强度不足
开裂、强度不足问题
Moldflow 标准指标
改善方向
Moldflow分析结果
开
1）Stress in first principal direction（主要是未加填充
裂、
在boss柱位置切面体积收缩的差异加大
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
应力分布
在boss位置的根部均有应力集中现象，但为断裂的 两个boss在根部的肉厚要多，所以强度要好
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应力分布
左图为原始方案的应力分布，右图为均匀冷却条件下 应力分布，均匀冷却使Boss柱根部应力集中减弱
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残余应力改善案例之二
优化对比—剪切应力
应力超标
48 OK
•材料推荐的最大剪切应力：0.5MPa •优化前：薄筋条位置剪切应力明显超标 •优化后：薄筋条位置剪切应力没有超标
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残余应力改善案例之二
两处Boss柱有轻微滞 留，料温低，射速慢 时会加大滞留影响
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流动前沿温度
流动的迟滞使得断裂处的两个Boss比对面的两个Boss温 度要低，温差大会加大冷却过程的收缩应力
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体积收缩