《模流分析基础入门》

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Moldflow的模流分析入门实例要点

Moldflow的模流分析入门实例要点

Moldflow的模流分析入门实例要点Moldflow是一款流行的注塑工艺分析软件,可以在产品设计阶段对注塑模具和工艺进行模拟,从而有助于优化产品设计和减少制造成本。

本文将介绍Moldflow的基本概念和流程,并演示一个简单的模流分析入门实例。

Moldflow的基本概念和流程什么是Moldflow?Moldflow是一款通过计算机模拟注塑模具和工艺的软件,可以预测零件的尺寸、热变形、缩短时间和熔融等特性,从而帮助用户优化工艺设计和改善质量。

Moldflow的工作原理和流程1.构建几何模型:首先需要将设计好的三维模型导入Moldflow中,并定义注塑件的材料和成型工艺参数。

2.网格划分:模型构建完成后,需要将它离散化成三角形网格,以便计算机进行数值模拟。

3.材料模型:材料模型是与材料性能相关的方程式、曲线及其参数。

Moldflow包含了多种材料模型,用户可以选择最适合自己项目的模型。

4.模拟运行:设置计算条件并运行模拟,在计算过程中,Moldflow会根据模型的精度和计算机性能,自动划分计算网格,利用有限元技术模拟注塑工艺的各种物理现象。

5.结果分析:模拟完成后,可以查看模拟结果,比如注射时间、注塑温度、断面压力、熔接线、应力分布等。

模流分析入门实例注塑模具设计和工艺参数的选择对注塑生产过程中产品的质量和成本产生很大的影响。

在这个入门实例中,我们将模拟一个中空塑料球的生产过程,旨在演示Moldflow的基本功能和流程。

步骤1:构建几何模型首先我们需要构建完整的几何模型,这里我们以一个中空的塑料球为例。

导入模型后,需要进行几何模型的处理,使它符合注塑制造的要求,比如需要添加浇口、排气道等。

步骤2:网格划分然后进行网格划分,即把整个模型划分成数以万计的小三角形,使得计算机能够模拟注塑过程中的各项复杂物理现象。

步骤3:材料模型选择合适的热塑性塑料材料模型,在Moldflow中有多种模型可以选择,用户需根据自己的设计要求和材料特性选择最优模型。

模流分析培训教程

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05
实际应用与挑战
模流分析在产品开发中的角色
优化产品设计
模流分析可以帮助设计师在早期 阶段预测产品的性能和潜在问题,
从而优化设计方案。
提高生产效率
通过模流分析,可以预测生产过 程中可能出现的问题,提前调整
工艺参数,减少生产浪费。
降低成本
模流分析有助于减少试模次数和 缩短产品开发周期,从而降低开
发成本。

03
模流分析软件操作
软件安装与界面介绍
软件安装
选择合适的模流分析软件,按照 安装向导逐步完成安装。
界面介绍
熟悉软件的主界面,了解各功能 模块的布局和用途,掌握常用工 具栏的操作。
前处理设置:网格划分、边界条件设定
网格划分
学习如何创建和调整计算网格,了解 网格质量对模拟精度的影响。
边界条件设定
模流分析培训教程
• 模流分析简介 • 模流分析基础知识 • 模流分析软件操作 • 模流分析案例解析 • 实际应用与挑战 • 总结与展望
01
模流分析简介
定义与目的
定义
模流分析是对模具流动的模拟分析,通过计算机技术对塑料、金属等材料的流 动、填充、冷却等过程进行模拟,以预测模具设计的可行性和优化模具设计。
学习要点
掌握流体动力学、传热学和化学反应动力学 的基本原理;熟悉常用的模流分析软件和操 作流程;理解模型建立、网格划分、边界条 件设置等关键技术;培养对分析结果进行准
确解读和优化的能力。
展望:模流分析技术的未来发展趋势
跨学科融合
随着多物理场耦合问题的增多,模流分析将进一步融合流 体力学、热力学、化学反应工程等多个学科的理论,以解 决更复杂的问题。
目的
模流分析的目的是提高模具设计的成功率,减少试模次数,降低生产成本,缩 短产品上市时间。

模流分析基础入门教程

模流分析基础入门教程

《模流分析基础入门》目录第一章、计算机辅助工程与塑料射出成形1-1 计算机辅助工程分析1-2 塑料射出成形1-3 模流分析及薄壳理论1-4 模流分析软件的未来发展第二章、射出成形机2-1 射出机组件2-1-1 射出系统2-1-2 模具系统2-1-3 油压系统2-1-4 控制系统2-1-5 锁模系统2-2 射出成形系统2-3 射出机操作顺序2-4 螺杆操作2-5 二次加工第三章、什么是塑料3-1 塑料之分类3-2 热塑性塑料3-2-1 不定形聚合物3-2-2 (半)结晶性聚合物3-2-3 液晶聚合物3-3 热固性塑料3-4 添加剂、填充料与补强料第四章、塑料如何流动4-1 熔胶剪切黏度4-2 熔胶流动之驱动--射出压力4-2-1 影响射出压力的因素4-3 充填模式4-3-1 熔胶波前速度与熔胶波前面积4-4 流变理论第五章、材料性质与塑件设计5-1 材料性质与塑件设计5-1-1 应力--应变行为5-1-2 潜变与应力松弛5-1-3 疲劳5-1-4 冲击强度5-1-5 热机械行为5-2 塑件强度设计5-2-1 短期负荷5-2-2 长期负荷5-2-3 反复性负荷5-2-4 高速负荷及冲击负荷5-2-5 极端温度施加负荷5-3 塑件肉厚5-4 肋之设计5-5 组合之设计5-5-1 压合连接5-5-2 搭扣配合连接5-5-3 固定连接组件5-5-4 熔接制程第六章模具设计6-1 流道系统6-1-1 模穴数目之决定6-1-2 流道配置6-1-3 竖浇道尺寸之决定6-1-4 流道截面之设计6-1-5 流道尺寸之决定6-1-6 热流道系统6-2 流道平衡6-2-1 流道设计规则6-3 浇口设计6-3-1 浇口种类6-3-2 浇口设计原则6-4 设计范例6-4-1 阶段一:C-mold Filling EZ 简易充填模拟分析6-4-2 阶段二:执行C-mold Filling & Post Filling 最佳化6-5 模具冷却系统6-5-1 冷却孔道的配置6-5-2 其它的冷却装置6-6 冷却系统之相关方程式6-6-1 冷却系统之设计规则第七章、收缩与翘曲7-1 残留应力7-1-1 熔胶流动引发的残留应力7-1-2 热效应引发之残留应力7-1-3 制程引发残留应力与模穴残留应力7-2 收缩7-3 翘曲7-4 收缩与翘曲的设计规则第八章、问题排除8-1 包风8-2 黑斑、黑纹、脆化、烧痕、和掉色8-3 表面剥离8-4 尺寸变化8-5 鱼眼8-6 毛边8-7 流痕8-8 迟滞效应8-9 喷射流8-10 波纹8-11 短射8-12 银线痕8-13 凹陷与气孔8-14 缝合线与熔合线第九章C-MOLD软件介绍(暂缺)附录A射出机成形条件之设定附录B常用塑料之性质附录C档案格式第一章计算机辅助工程与塑料射出成形1-1 计算机辅助工程分析计算机辅助设计(Compu ter-Aided Design, CAD)是应用计算机协助进行创造、设计、修改、分析、及最佳化一个设计的技术。

《中文版Moldflow模流分析从入门到精通 2021版》读书笔记思维导图

《中文版Moldflow模流分析从入门到精通 2021版》读书笔记思维导图
2
3.2 网格的划 分
3 3.3
Autodesk Moldflo...
4 3.4
Autodesk Moldflo...
5 3.5
CADdoctor模 型修复医生
3.1.1 有限元 网格类型
3.1.2 认识网 格单元
3.2.2 生成网格
3.2.1 设置网格密 度
3.2.3 网格统计
3.3.1 网格诊 断技术
《 中 文 版 最新版读书笔记,下载可以直接修改 Moldflow模流分 析从入门到精通 2021版》
思维导图PPT模板
本书关键字分析思维导图
参数
文件
模流
模具
方法
浇口
解决
分析
工艺
成型 位置
气辅
案例
网格
缺陷
双色
创建
设计
教学
01 文前内容
目录
02 第1章 Autodesk Moldflo...
03 第2章 创建分析模型
2.1.1 创建节点
2.1.3 创建区域
1
2.2.1 平移实 体
2
2.2.2 旋转实 体
3
2.2.3 3点旋 转实体
4
2.2.4 缩放实 体
52.2Biblioteka 5 镜像实 体2.3.2 创建冷却系 统几何
2.3.1 创建浇注系 统几何
2.3.3 创建模具镶 件几何
第3章 网格规划与缺陷修复
1
3.1 有限元网 格概述
04
1.4.4 选 择分析类型
06
1.4.6 设 置工艺参数
05
1.4.5 选 择成型材料
1.4.7 设置注射 (进料口)位置

模流分析基本课程

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模流分析的流程
Professional CAE for Injection Molding
分析技巧

比较分析 曲线分析
Professional CAE for Injection Molding
判图知识

充填
肉厚效应 充填迟滞效应 縫合線
• 潛流效應
包封(排气)

保压
粘滞加热效应
Professional CAE for Injection Molding
縫合線

縫合線不僅影響塑件外觀﹐同時由于微觀結構的松散﹐易造成應力集中 而成為產品機械強度弱點所在。
一般而言﹐在高溫區域產生熔接的縫合線強度較佳﹐因為高溫情形下﹐高分

子鏈活動性較佳﹐可以互相穿透糾纏﹐增加熔接區域的強度﹔ 反之在低溫區域﹐熔接強度較差。依熔接位置區分﹐可將熔接現象分為冷熔 接和熱熔接兩類﹕
Professional CAE for Injection Molding
塑料壓力分布(Pressure Distribution)


Professional CAE for Injection Molding
分子配向性(Molecular Chain Orientation)

分子鏈配向性的成因
高分子塑料是由長鏈高分子(long chain macromolecules)組成﹐在外力作

用下﹐高分子鏈會為流場所排向。分子鏈的配向行為來自于作用在高分子鏈 局部的外力差異﹐也就是速度差異。如圖所示。 由于剪切率(shear rate)是流場速度梯度的度量﹐表示單位距離內的速度變 化大小。因此剪切率大小對分子配向性影響甚大。剪切率越高的區域﹐分子 鏈配向性情形越嚴重。

模流分析基本课程

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CAECAECAECAE内容摘要内容摘要分析技巧与步骤分析判图背景知识流动分析判图知识保压分析判图知识冷却分析判图知识翘曲分析判图知识典型案例介绍案例制作指导CAECAE模流分析的流程模流分析的流程CAECAE分析技巧分析技巧比较分析曲线分析CAECAE判图知识判图知识充填肉厚效应充填迟滞效应缝合线??潜流效应包封排气保压粘滞加热效应冷却翘曲纤维配向效应CAECAE流动分析技术指引流动分析技术指引Theoretical Notes of Flow AnalysisTheoretical Notes of Flow Analysis??充填相关背景知识??充填结束瞬间变量分布情形??充填过程中变量变化历程CAECAETheoretical Backgrould of Filling充填的基本流动方式Basic Flow Pattern in Filling平板间流动径向辐射型流动充填相关背景知识充填相关背景知识CAECAE充填过程全为压力推动塑料熔胶前进由于压力差使塑料波前melt front前进填充模穴。

充填过程压力来源为浇口压力最高越远离浇口位置由于流体流动摩擦损耗压力使压力逐渐降低至熔胶波前位置压力为最低。

推动熔胶流动的主要力量即为此压力差pressure difference一般而言塑料在模穴中的充填行为是趋向阻力最小的部分流动单位时间内塑料流动距离越大代表该区域的流动阻力较小反之若移动越慢波前等位线越密集代表该区域流动阻力越大塑料缓慢流动CAECAE由于塑料本身具有粘度粘度越高代表流动越困难.因此塑料局部粘度大小可以视作是流动阻力的量度.塑料粘度受温度及剪切率影响较大因此局部温度大小热传速率以及塑件肉厚均影响局部粘度大小也就是流动阻力大小.CAECAECAECAECAECAE肉厚肉厚thickess of partthickess of part的效应的效应肉厚较厚处流动阻力较小塑料比较容易流动。

Moldflow的模流分析入门实例要点

Moldflow的模流分析入门实例要点

基于MOLDFLOW的模流分析技术上机实训教程主编:姓名:年级:专业:南京理工大学泰州科技学院实训一基于Moldflow的模流分析入门实例1.1Moldflow应用实例下面以脸盆塑料件作为分析对象,分析最佳浇口位置以及缺陷的预测。

脸盆三维模型如图1-1所示,充填分析结果如图1-2所示。

图1-1 脸盆造型图1-2 充填分析结果(1)格式转存。

将在三维设计软件如PRO/E,UG,SOLIDWORKS中设计的脸盆保存为STL格式,注意设置好弦高。

(2)新建工程。

启动MPI,选择“文件”,“新建项目”命令,如图1-3所示。

在“工程名称”文本框中输入“lianpen”,指定创建位置的文件路径,单击“确定”按钮创建一新工程。

此时在工程管理视窗中显示了“lianpen”的工程,如图1-4所示。

图1-3 “创建新工程”对话框图1-4 工程管理视图(3)导入模型。

选择“文件”,“输入”命令,或者单击工具栏上的“输入模型”图标,进入模型导入对话框。

选择STL文件进行导入。

选择文件“lianpen.stl”。

单击“打开”按钮,系统弹出如图1-5所示的“导入”对话框,此时要求用户预先旋转网格划分类型(Fusion)即表面模型,尺寸单位默认为毫米。

图1-5 导入选项单击“确定”按钮,脸盆模型被导入,如图1-6所示,工程管理视图出现“lp1_study”工程,如图1-7所示,方案任务视窗中列出了默认的分析任务和初始位置,如图1-8所示。

图1-6 脸盆模型图1-7 工程管理视窗图1-8 方案任务视窗(4)网格划分。

网格划分是模型前处理中的一个重要环节,网格质量好坏直接影响程序是否能够正常执行和分析结果的精度。

双击方案任务图标,或者选择“网格”,“生成网格”命令,工程管理视图中的“工具”页面显示“生成网格”定义信息,如图1-9所示。

单击“立即划分网格”按钮,系统将自动对模型进行网格划分和匹配。

网格划分信息可以在模型显示区域下方“网格日志”中查看,如图1-10所示。

模流基础知识

模流基础知识

模流基础知识1、报告内容1、Mold flow 发展历史2、Mold flow 简介与应用目的3、Mold flow职责4、Mold flow功能介绍5、Mold flow基本步骤6、Mold flow前处理功能7、Mold flow有限元求解功能8、Mold flow后处理2、Mold flow 发展历史早期(1970~),由CAD (Computer Added Design)领域先驱 Mr . Colin Austin(柯林奥斯汀先生)在墨尔本创立,只能进行简单的2D流动分析;1980年开始,随着电脑技术的飞跃发展,Mold flow 技术在世界很多发展中国家开始突破发展。

1985年,模流被引进到中国;1990年,清华大学张荣语老师研究完成软体设计,从此,模流在全国开始推广;3、Mold flow 简介与应用目的所谓模流分析,就是利用现有的CAE (Computer Added Engineer)辅助软件Mold Flow,对塑料件的注塑、保压、冷却以及翘曲等工艺过程进行有限元模拟。

目的辅助产品前期评估设计,提前发现产品结构或模具系统潜在问题点,并且配合产品设计或则模具设计工程师提出解决方案;提升模具开发能力,降低开发成本;缩短模具开发周期;4、Mold flow 职责客户模具设计 结构设计模流分析项目工程师+项目要求信息反馈任务建立报告提交任务建立任务提交前期评估与设变评估配合结构设计师做好产品开模前期评估;或则模具后续的设变评估;模流软件功能介绍功能分析可得到结果1 填充填充动画、结合线、困气点、剪切率等结论2 填充+保压在《1》基础上可以做保压优化,得到压力分布、体积收缩等结论等;3 填充+保压+翘曲在《2》基础上还可以了解以及优化产品变形趋势;4 冷却+填充+保压+翘曲在《3》基础上做冷却系统效果测试;5 浇口位置快速了解单点进胶最佳平衡点;又称为:有限元基本处理步骤,主要有以下4点:1、前处理功能:首先就是把连续的3D零件有限元网格化,划分成很多个小三角形单元或则四面体单元,单元之间通过有限个节点进行连接。

模流分析基础资料

模流分析基础资料
相对流动元素间运动 之典型速度分布曲线
二、熔胶剪切黏度
另一方面,在塑件中心层因为对称性流动,使得材料之间的相对移 动趋近于零,剪变率也接近零,如图1-3 ( b)所示。 剪变率是一项重要的流动参数,因为它会影响熔胶黏度和剪切热 (黏滞热)的大小。 射出成形制程的典型熔胶剪变范围在102 ~105 1/s之间。
一、塑料如何流动?
除了这两种的材料流动行为,还有剪切和拉伸两种
流动变形,如图1-1 (a)与(b)。
(a)剪切流动
(b)拉伸流动
一、塑料如何流动?
在射出成形的充填阶段,热塑性塑料之熔胶的流动以剪切流动为 主,如图1-1(c)所示,材料的每一层元素之间具有相对滑动。
另外,当熔胶流经一个尺寸突然变化的区域,如图1-1(d), 拉伸流动就变得重要多了。
Pa)。
以简易之剪切流动说明聚合物熔胶黏度的定义
二、熔胶剪切黏度
水是典型的牛顿流体,牛顿流体的黏度与温度 有关系,而与剪变率无关。
但是,大多数聚合物熔胶属于非牛顿流体,其
黏度不仅与温度有关,也与剪切应变率有关。
二、熔胶剪切黏度
聚合物变形时,部份分子不再纠缠,分子链之间可以 相互滑动,而且沿著作用力方向配向,结果,使得聚合物 的流动阻力随着变形而降低,此称为剪变致稀行为
梯度,以维持聚合物熔胶速度,如图1-6所示。
图1-6熔胶速 度与压力梯度 的关系
三、熔胶流动之驱动--射出压力
根据古典流体力学的简化理论,充填熔胶输送系 统(竖浇道、流道和浇口)和模穴所需的射出压力 与使用材料、设计、制作过程参数等有关系。
三、熔胶流动之驱动--射出压力
压力分布如图1-7所示。
图1-7显示射出压力与各参数的函数关系。

模流分析培训教程PPT课件

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最好的效果是 全部为0。
C、进入到简化模块→ 处理圆角〔Fillet〕 →处理C角 → 处理台阶 ,简化圆角、C角等时所需要简化数字范 围可以根据产品大小来选择,移除小于壁厚1/2的圆角、C角;移 除R3以下小孔;移除1mm以下台阶,直径2mm以下的柱子 。 D、导出文档〔UDM格 式〕。
〔 注意:前处理的目的是为了使模型里的自由边,干 预,破孔等错误尽可能的少,这样就能使我们在MF中 修复网格的时间缩短;另外在CAD DOCTOR中亦可修 复产品,这样修复要比在MF中修复要快很多;像很多 产品在CAD DOCTOR中去除圆角时会有很多面丧失掉, 这样的话就得不偿失了,建议可以在3D文档中处理掉 一些特征再到CAD DOCTOR 中简化产品。〕
d.修补塌陷面
塌陷面
删除塌陷面
修补后网格
塌陷面改变了模型的厚度,如果不加修改,会影响熔融塑胶的流动。
修补方法1:
A、删除塌陷的网格,形成漏洞。注意保存对面层 的网格。 B、“节点层〞出于开启状态,选择漏洞上一点。 C、单击“搜索〞按钮,自动选中漏洞边界上其它的 点,漏洞的轮廓成蓝色高亮显示。 D、单击“应用〞按钮,完成补洞。 注意:〞搜索“按钮只能应用于搜索边界明确的漏洞 边界点,复杂的轮廓需要手动捕捉节点。






塌陷面
修补后网格
塌陷面改变了模型的厚度,如果不加修改,会影响熔融塑胶的流动。
修补方法2:
A、选择“对齐节点〞工具。 B、选择两个正确的位置作为参照①③。 C、再选取需要对齐的点②,这些待对齐的点会落 在参照点确定的直线上,到达对齐的目的。 D、单击“应用〞按钮,完成节点对齐。
总之,通过诊断出来的网格问题,可以通过多种途径修补。

模流分析经典教材-1

模流分析经典教材-1

2
模流分析经典教材
5-1-3 疲劳 5-1-4 冲击强度 5-1-5 热机械行为 5-2 塑件强度设计 5-2-1 短期负荷 5-2-2 长期负荷 5-2-3 反复性负荷 5-2-4 高速负荷及冲击负荷 5-2-5 极端温度施加负荷 5-3 塑件肉厚 5-4 肋之设计 5-5 组合之设计 5-5-1 压合连接 5-5-2 搭扣配合连接 5-5-3 固定连接组件 5-5-4 熔接制程 第六章 模具设计 6-1 流道系统 6-1-1 模穴数目之决定 6-1-2 流道配置 6-1-3 竖浇道尺寸之决定 6-1-4 流道截面之设计 6-1-5 流道尺寸之决定 6-1-6 热流道系统 6-2 流道平衡 6-2-1 流道设计规则 6-3 浇口设计 6-3-1 浇口种类 6-3-2 浇口设计原则 6-4 设计范例 6-4-1 阶段一:C-mold Filling EZ 简易充填模拟分析 6-4-2 阶段二:执行 C-mold Filling & Post Filling 最佳化 6-5 模具冷却系统 6-5-1 冷却孔道的配置 6-5-2 其它的冷却装置 6-6 冷却系统之相关方程式
射出机自从 1870 年代初期问世以来,累历了多次重大的改良,主要的里程碑包括回转式螺杆(recipr ocating screw)射出机的发明、各种替代加工制程的发明,以及塑件计算机辅助设计与制造的应用。尤其 是回转式螺杆射出机的发明,协对于热塑性塑料射出成形的多样性及生产力造成革命性的冲击。
现今的射出机,除了控制系统与机器功能有显著改善以外,从柱塞式机构改变为回转式螺杆是射出成形机 最主要的发展。柱塞式射出机本质上具有简单的特色,但是纯粹以热传导缓慢地加热塑料,使其普及率大 大地受到限制。回转式射出机则借着螺杆旋转运动所造成的摩擦热可以迅速均匀地将塑料材料塑化,并且, 也可以像柱塞式射出机一般向前推进螺杆,射出熔胶。图 1-1 是回转式螺杆射出机的示意图。

模流分析基础入门

模流分析基础入门

《模流分析基础入门》目录计算机辅助工程与塑料射出成形1-1 计算机辅助工程分析1-2 塑料射出成形1-3 模流分析及薄壳理论1-4 模流分析软件的未来发展射出成形机2-1 射出机组件2-1-1 射出系统2-1-2 模具系统2-1-3 油压系统2-1-4 控制系统2-1-5 锁模系统2-2 射出成形系统2-3 射出机操作顺序2-4 螺杆操作2-5 二次加工什么是塑料3-1 塑料之分类3-2 热塑性塑料3-2-1 不定形聚合物3-2-2 (半)结晶性聚合物3-2-3 液晶聚合物3-3 热固性塑料3-4 添加剂、填充料与补强料塑料如何流动4-1 熔胶剪切黏度4-2 熔胶流动之驱动--射出压力4-2-1 影响射出压力的因素4-3 充填模式4-3-1 熔胶波前速度与熔胶波前面积4-4 流变理论第五章材料性质与塑件设计材料性质与塑件设计5-1-1 应力--应变行为5-1-2 潜变与应力松弛5-1-3 疲劳5-1-4 冲击强度5-1-5 热机械行为5-2 塑件强度设计5-2-1 短期负荷5-2-2 长期负荷5-2-3 反复性负荷5-2-4 高速负荷及冲击负荷5-2-5 极端温度施加负荷5-3 塑件肉厚5-4 肋之设计5-5 组合之设计5-5-1 压合连接5-5-2 搭扣配合连接5-5-3 固定连接组件5-5-4 熔接制程第六章模具设计6-1 流道系统6-1-1 模穴数目之决定6-1-2 流道配置6-1-3 竖浇道尺寸之决定6-1-4 流道截面之设计6-1-5 流道尺寸之决定6-1-6 热流道系统6-2 流道平衡6-2-1 流道设计规则6-3 浇口设计6-3-1 浇口种类6-3-2 浇口设计原则6-4 设计范例6-4-1 阶段一:C-mold Filling EZ简易充填模拟分析6-4-2 阶段二:执行C-mold Filling & Post Filling 最佳化6-5 模具冷却系统6-5-1 冷却孔道的配置6-5-2 其它的冷却装置6-6 冷却系统之相关方程式6-6-1 冷却系统之设计规则第七章收缩与翘曲7-1 残留应力7-1-1 熔胶流动引发的残留应力7-1-2 热效应引发之残留应力7-1-3 制程引发残留应力与模穴残留应力7-2 收缩7-3 翘曲7-4 收缩与翘曲的设计规则第八章问题排除8-1包风8-2 黑斑、黑纹、脆化、烧痕、和掉色8-3 表面剥离8-4 尺寸变化8-5 鱼眼8-6 毛边8-7 流痕8-8 迟滞效应8-9 喷射流8-10 波纹8-11 短射8-12 银线痕8-13 凹陷与气孔8-14 缝合线与熔合线第九章C-MOLD软件介绍(暂缺)附录A 射出机成形条件之设定附录B 常用塑料之性质附录C 档案格式第一章计算机辅助工程与塑料射出成形1-1 计算机辅助工程分析计算机辅助设计(Computer-Aided Design, CAD)是应用计算机协助进行创造、设计、修改、分析、及最佳化一个设计的技术。

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6-5-2 其它的冷却装置模具内可能有些远离冷却管路区域,无法达到正常的冷却效果,这些区域可以采用障板管(baffles)、喷流管(bubblers)或热管(thermal pins)来达到均匀的冷却效果。

障板管、喷流管和热管都是冷却孔道的一部份,可以引导冷却剂流进平常难以冷却的区域,如图6-48所示。

图6-48 障板管、喷流管和热管。

障板管实际上,障板管是垂直钻过主要冷却孔道的冷却管路,并且在冷却孔道加入一隔板将其分隔成两个半圆形流路,冷却剂从主要冷却孔道流进隔板一侧,进到末端再回流到隔板的另一侧,最后回流到主要孔道。

障板管提供冷媒最大接触面积,但是其隔板却很难保持在中央位置,公模心的两侧的冷却效果及温度分布可能不同。

将金属隔板改成螺线隔板,可以改善此缺点,也符合制造上的经济效益。

图6-49的螺线隔板让冷媒螺旋式地流到末端,再螺旋式地回流。

另一种设计采用单螺旋或者双螺旋隔板,如图6-49所示,其管径大约在12~50 mm,可以获得均匀的温度分布。

图6-49 (左) 螺线隔板障板管(helix baffle))和(右) 螺旋式隔板障板管(spiral baffle)(2) 喷流管喷流管以小口径的内管取代障板管的隔板,冷却剂从内管流到末端,再像喷泉般喷出,从外管回流到冷却管路。

细长的公模心之最有效的冷却方式是采用喷流管,其内、外管直径必须调整到具有相同的流动阻力,亦即:内管直径/外管直径=0.707目前,喷流管已经商业化,可以用螺纹旋入公模。

外管直径小于4mm的喷流管应该将内管末端加工成斜边,以增加喷流出口的截面积,如图6-50 所示。

喷流管除了应用于公模心,也可以应用于无法钻铣冷却孔道的平面模板。

因为障板管和喷流管的流动面积窄小,流动阻力大,所以应该细心地设计其尺寸。

藉由模流分析软件的冷却分析可以将它们的流动行为和热传行为模式化,并且进行分析模拟。

图6-50 (左)锁进公模心之喷流管;(右)喷流管末端斜面造就较大的流动。

(3) 热管热管是障板管和喷流管以外的选择。

它是一个内部充满流体的密封圆柱体,此流体于吸收热量后蒸发,于释放热量到冷却剂后凝结,如图6-51所示。

热管的热传效率约铜管的10倍。

使用热管时应该避免与模具之间的气隙填入高导热性的密封剂,以确保良好的热传导。

图6-51 热管假如公模心的直径或宽度小于 3 mm,就只能以空气冷却而无法准确地保持固定模温。

空气是在打开模具后从外部吹入公模心,或经由内部的中心孔吹入公模心,如图6-52所示。

尺寸小于5mm细长公模心的冷却以采用高热传导性材料作为镶埋件较佳,例如铜或是铍铜,将之压进公模心深处作为冷却管线,如图6-53。

此镶埋件应尽可能采用大截面积以提高热传效果。

图6-52 使用空气冷却之细长公模心图6-53 使用高导热性材料之细长公模心直径40mm以上的大型公模心应该使用冷却剂冷却,可以在公模心中央钻一深孔接近顶端,将螺旋式障板管插入公模心,再注入冷却剂调节温度,如图6-545。

若是大口径的圆柱体和圆形塑件也可以使用双螺线隔板障板管搭配中央的喷流管进行冷却,冷却剂从一螺线孔道流到公模心顶端,再从另一个螺线孔道流出。

此设计的公模心壁厚应维持在3mm以上,才能维持足够的强度,如图6-55。

图6-35 大型公模心使用螺旋式障板管冷却图6-36 大型公模心使用双螺线隔板障板管搭配中央喷流管进行冷却6-6 冷却系统之相关方程式 冷却时间理论上,冷却时间与塑件最大肉厚的平方成正比,或是与最大的流道直径的1.6 次方成正比。

())(2熔膠之熱擴散係數最大肉厚冷卻時間∝()()熔膠之熱擴散係數最大流道直徑冷卻時間6.1∝熔胶的热扩散系数的定义为:)()()比熱密度熱傳導係數熱擴散係數=换言之,肉厚增加两倍时,冷却时间就要增加四倍。

冷却剂的流动是否形成扰流,可以用雷诺数Re 判断,请参考表6-3。

雷诺数的定义为:ηρUd(Re)=雷諾數其中,ρ表示冷却剂密度,U 表示冷却剂的平均速度,d 表示冷却孔道的直径,η表示冷却剂的动态黏度。

表6-3 冷却剂流动型态与对应的雷诺数范围6-6-1 冷却系统之设计规则设计冷却系统的目的在于维持模具适当而有效率的冷却。

冷却孔道应使用标准尺寸,以方便加工与组装。

设计冷却系统时,模具设计者必须根据塑件的肉厚与体积决定下列设计参数: 冷却孔道的位置与尺寸、孔道的长度、孔道的种类、孔道的配置与连接、以及冷却剂的流动速率与热传性质。

(1) 冷却管路的位置与尺寸要维持经济有效的冷却时间,就应避免塑件肉厚过大。

塑件所需的冷却时间随其肉厚增加而急速增长。

塑件肉厚应该尽可能维持均匀,例如图6-56的设计。

冷却孔道最好设置是在公模块与母模块内,设在模块以外的冷却孔道比较不易精确地冷却模具。

通常,钢模的冷却孔道与模具表面、模穴或模心的距离应维持为冷却孔道直径的1~2倍,经验要求,钢材冷却孔道要维持1倍直径的深度,铍钢合金要1.5倍直径的深度,铝材要2倍直径的深度。

冷却孔道之间的间距应维持3~5倍直径。

冷却孔道直径通常为10~14 mm (7/16~9/16英吋),如图6-57所示。

图6-37 应尽可能将塑件设计为均匀肉厚图6-57 典型冷却孔道尺寸,d为冷却孔道直径,D为孔道深度,P为孔道间距。

(2) 流动速率与热传塑件两侧的温度应维持在最小的差异,紧配塑件温差应维持在10℃以内。

当冷却剂之流动从层流转变为扰流,热传效果变佳。

层流在层与层之间仅以热传导传热;扰流则以径向方向质传,加上热传导和热对流两种方式传热,结果,热传效率显者增加,如图6-58所示。

应注意确保冷却管路之各部份的冷却剂都是扰流。

图6-58 层流与扰流当冷却剂到达扰流流动状态后,流速的增加对于热传的改善很有限,所以,当雷诺数超过10,000时,就不须再增加冷却剂的流动速率,否则,只会小幅地改善热传,却造成冷却管路的高压力,需要更高的帮浦费用。

图6-59说明了一旦冷却剂变成扰流后,更高的冷媒流动速率并无法改善热传速率或冷却时间,但是压力降与帮浦成本却显著提高。

图6-59 热流动率与冷却剂流动率的关系图冷却剂会向阻力最低的路径流动。

有时候可以尝试使用限流塞(restrictive flow plugs)将冷却剂引导流向热负荷较高的冷却孔道。

气隙会降低热传效率,因此,应尝试消除镶埋件与模板之间的气隙,以及冷却管路内的气泡。

模流分析软件的冷却分析可以协助发现与修正静止冷却管路和快捷方式冷却管路,以及冷却管路的高压力降。

收缩与翘曲塑料射出成形先天上就会发生收缩,因为从制程温度降到室温,会造成聚合物的密度变化,造成收缩。

整个塑件和剖面的收缩差异会造成内部残留应力,其效应与外力完全相同。

在射出成形时假如残留应力高于塑件结构的强度,塑件就会于脱模后翘曲,或是受外力而产生破裂。

7-1 残留应力残留应力(residual stress)是塑件成形时,熔胶流动所引发(flow-induced)或者热效应所引发(thermal-induced),而且冻结在塑件内的应力。

假如残留应力高过于塑件的结构强度,塑件可能在射出时翘曲,或者稍后承受负荷而破裂。

残留应力是塑件收缩和翘曲的主因,可以减低充填模穴造成之剪应力的良好成形条件与设计,可以降低熔胶流动所引发的残留应力。

同样地,充足的保压和均匀的冷却可以降低热效应引发的残留应力。

对于添加纤维的材料而言,提升均匀机械性质的成形条件可以降低热效应所引发的残留应力。

7-1-1 熔胶流动引发的残留应力在无应力下,长链高分子聚合物处在高于熔点温度呈现任意卷曲的平衡状态。

于成形程中,高分子被剪切与拉伸,分子链沿着流动方向配向。

假如分子链在完全松弛平衡之前就凝固,分子链配向性就冻结在塑件内,这种应力冻结状态称为流动引发的残留应力,其于流动方向和垂直于流动方向会造成不均匀的机械性质和收缩。

一般而言,流动引发的残留应力比热效应引发的残留应力小一个次方。

塑件在接近模壁部份因为承受高剪应力和高冷却速率的交互作用,其表面的高配向性会立即冻结,如图7-1所示。

假如将此塑件存放于高温环境下,塑件将会释放部份应力,导致.的收缩与翘曲。

凝固层的隔热效应使聚合物中心层维持较高温度,能够释放较多应力,所以中心层分子链具有较低的配向性。

可以降低熔胶剪应力的成形条件也会降低因流动引发的残留应力,包括有:•高熔胶温度。

•高模壁温度。

•长充填时间(低熔胶速度)。

•降低保压压力。

•短流动路径。

图7-1 充填与保压阶段所冻结的分子链配向性,导致流动引发之残留应力。

表示高冷却率、高剪应力或高配向性;(2)表示低冷却率、低剪应力或低配向性。

7-1-2 热效应引发之残留应力热效应引发残留应力的原因包括下列:•塑料从设定的制程温度下降到室温,造成收缩。

•塑料凝固时,塑件从表层到中心层经历了不同的热力历程和机械历程,例如不同的冷却时间和不同的保压压力等。

•由于密度和机械性质变化导致压力、温度、分子链配向性和纤维配向性的改变。

•模具的设计限制了塑件在某些方向的收缩。

塑料于射出成形的收缩可以用自由冷却的例子说明。

假如温度均匀的塑件突然被两侧的冷模壁夹住,在冷却的初期,塑件表层冷却而开始收缩时,塑件内部的聚合物仍然呈高温熔融状态而可以自由收缩。

然而,当塑件中心温度下降时,局部的热收缩受限于已经凝固的表层,导致中心层为拉伸应力,表层为压缩应力的典型应力分布,如图7-2所示。

塑件从表层到中心的冷却速率差异会引发热效应之残留应力。

更有甚者,假如模具两侧模壁的冷却速率不同,还会引发不对称的热效应残留应力,在塑件剖面不对称分布的拉伸应力与压缩应力造成弯曲力矩,使塑件产生翘曲,如图7-3的说明。

肉厚不均匀的塑件和冷却效果差的区域都会造成这种不平衡冷却,而导致残留应力。

复杂的塑件由于肉厚不均匀、模具冷却不均匀、模具对于自由收缩的限制等因素,使得热效应引发之残留应力的分布变得更复杂。

图7-2 塑件冷却不均匀和塑料温度历程的作用,导致热效应引发之残留应力。

图7-3 塑件剖面方向不均匀的冷却,造成不对称热效应引发之残留应力,使塑件翘曲。

图7-4说明了保压之压力历程所造成的凝固层比容变化。

其中,左图是塑件一个剖面的温度分布曲线。

为了方便说明,将塑件沿着肉厚方向分为8层,曲线上显示着各层的凝固时间为t1~t8。

注意,塑件从最外层开始凝固,越往中心层则需要越长的凝固时间。

中间的图形显示各层固化的典型压力历程分别为P1~P8。

充填阶段的压力通常逐渐上升,在保压初期达到最高压力,之后,因为冷却与浇口固化,压力逐渐下降。

结果,塑件表层与中心层在低压时凝固,其它的中间各层在高保压压力时凝固。

右图说明了第5层在PvT图上的比容历程,以及各层于最终凝固时的比容,并且以实心圆点标记。

图7-4 影响凝固层比容的因子已知各层的凝固比容,塑件各层收缩行为会根据PvT曲线发生不同的收缩。

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