注塑成型工艺优化实验指导书
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
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
D3பைடு நூலகம்
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
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。
剪切率与分子配向有关,若剪切率过高会拉断塑料高分子链,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
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。
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。
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
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。
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。
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。
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
(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)
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;
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。
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。
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
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。
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