如何看懂一份模流分析報告

產品設計要確保所設計的零件是可以開模的,現在可以藉助CAE軟件(Moldflow、C-Mold、Z-Mold等),對塑料件的注塑、保壓、冷卻以及翹曲等工藝過程進行有限元模擬。開模檢討時,模具廠商一般都會提供模流分析報告,作為產品設計工程師,我們要如何去解讀一份模流分析報告呢?

首先要理解結果的定義,並知道怎樣使用結果,下面將列出常用結果的定義及怎樣使用。

工藝過程參數的設置:工藝過程參數(Process Setting)包括了整個注塑週期內有關模具、注塑機等所有相關設備及其冷卻、保壓、開合模等工藝的參數。因此,過程參數的設定實際上是將現實的製造工藝和生產設備抽象化的過程。過程參數的設定將直接影響到產品注塑成型的分析結果。

1. 充填分析

1)充模時間(Fill Time

充模時間顯示的是熔體流動前沿的擴展情況,其默認繪製方式是陰影圖,使用雲紋圖更容易解釋結果。雲紋圖以等值線形式顯示結果,等值線間距比較均勻,稀疏的等值線表示流速緩和,密集的等值紅表示流速湍急。產品上的任意位置,都可以顯示熔體到達該位置的時間。對大多數分析,充模時間是一個非常重要的關鍵結果。

較為均衡的填充過程主要體現在:熔體基本上在同一時刻到達型腔各個遠程。

利用充模時間結果可以發現以下一些注塑過程中出現的問題:

1)短射(Short Shot)和遲滯(Hesitation),短射部位以灰色顯示,非常明顯,還有一種情況,當等值線密集在一個很小的區域內時往往會發生遲滯現象,從而導致短射。

2)過保壓(Overpacking),如果熔體在某一個方向的流路中上首先充滿型腔,就有可能發生過保壓的情況,過保壓可能會導致產品不均勻的密度分佈,從而使產品超出設計重量,浪費材料,更為嚴重的是導致翹曲發生。

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2)熔接線(Weld lines

當兩股熔體的流動前沿彙集到一起,或一股流動前沿分開後又合到一起時,就會產生熔接線,如熔體沿一個孔流動。當有明顯的流速差時,也會形成熔接線,如厚壁處的材料流得快,薄壁處流得慢,在厚薄交界處就可能形成熔接線。熔接線可與充模時間一起顯示,也可與溫度圖和壓力圖一起顯示。 減少水口的數量可以消除掉一些熔接線,改變水口位置或改變產品的壁厚可以改變熔接線的位置。

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3)包風(Air traps

當材料從各個方向流向同一個節點時就會形成包風。包風顯示在其真正出現的位置,當包風位於分型面時,氣體可以排出,存在包風的位置應該在模具上設置排氣槽。產品上的包風應該消除,改變產品的壁厚、水口位置和注射時間都有助於消除包風。

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4)流動前沿溫度(Temperature at flow front

流動前沿溫度是聚合物熔體充填一個節點時的中間流溫度。因為它代表的是截面中心的溫度,因此其變化不大。流動前沿溫度圖可與熔接線圖結合使用。熔接線形成時熔體的溫度高,則熔接線的質量就好(在一個截面內熔接線首先形成的地方是截面的中心,因此,如果流動前沿的溫度高,熔接線強度通常都高)。熔體前端溫度的變化應該小於30F。過高的溫度變化可以導致零件內部產生殘餘應力,而殘餘應力的存在會導致零件發生翹曲。

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5充模結束時壓力(Pressure end of filling

充模結束時壓力(Pressure end of filling)屬於單組資料,該壓力圖是觀察產品的壓力分佈是否平衡的有效工具。因為充模結束時的壓力對平衡非常敏感,因此,如果此時的壓力圖分佈平衡,則產品就很好地實現了平衡充模。不平衡的壓力分佈可能會使產品材料收縮不一致,更高的殘餘應力,甚至可以導致部分區域的保壓不足或過保壓。

使用的最大壓力應低於注射機的壓力極限,很多注射機的壓力極限為140 MPa (20,000 psi)。模具的設計壓力極限最好為100 MPa (14,500 psi)左右。如果所用注塑機的壓力極限高於140MPa,則設計極限可相應增大。模具的設計壓力極限應大約為注射機極限的70%。假如分析沒有包括澆注系統,設計壓力極限應為注射機極限的50%。

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2. 保壓分析

1)凝固層百分比(Frozen layer fraction

凝固層百分比仿真了產品從冷卻開始到凝固開模的整個過程,紅色區域表示最先凝固的區域,一般最薄處最先凝固,最厚處最後凝固,如果凝固層百分比的值為1,則表示截面已完全凝固。凝固層百分比是中間資料結果。觀察產品和水口凝固的時間非常有用。如果產品靠近水口的一些區域凝固得早,就會使遠離水口的區域具有高的收縮率;如果較厚區域周圍先行凝固而切斷了保壓路徑,就會致使較厚區域得不到有效保壓。通常,在關鍵位置(如水口)創建XY圖來觀察凝固層百分比變化的情況。一般來說,充模結束時的凝固層百分比需要達到80%以上才可開模頂出。

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2)水口位置壓力XY圖(Pressure at injection location: XY Plot

水口位置壓力XY圖為產品水口位置的壓力在注射、保壓、冷卻整個過程中的變化圖。水口節點是觀察2維XY圖的常用節點。通過水口位置壓力的XY圖可以容易地看到壓力的變化情況。當熔體被注入型腔後,壓力持續增高。假如壓力出現尖峰(通常出現在充模快結束時),表明產品沒有很好達到平衡充模,或者是由於流動前沿物料體積的明顯減少使流動前沿的速度提高。

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體積收縮率是以百分率表示的、由於保壓而引起的製件體積的減少。體積收縮率是中間數據結果,它顯示產品在保壓和冷卻過程中收縮率的變化。通常不使用這個結果,因為頂出時(at ejection)的收縮率才是製件最終的體積收縮率。頂出時的體積收縮率是單組資料結果。整個型腔的收縮率應該均勻,但通常難以實現,可通過調整保壓曲線使收縮率均勻一些。

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4)縮痕指數(Sink Index

縮痕指數給出了產品上產生縮痕的相對可能性,其值越高,表明縮痕或縮孔出現的可能性越大。計算縮痕指數時將同時使用體積收縮率和產品壁厚的值。在比較不同的方案時,縮痕指數圖是非常有用的相對工具。

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5)鎖模力XY圖(Clamp force: XY Plot

鎖模力XY圖表示鎖模力隨時間而變化的情況。鎖模力對充模是否平衡、保壓壓力和體積/壓力控制轉換時間等非常敏感。對這些參數稍加調整,就會使鎖模力發生較大的變化。最大鎖模力不可超過用於生產該零件的注塑機的最大鎖模力。

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3. 翹曲分析(Deflection

翹曲分析的結果分為四類:總體變形、冷卻因素導致的變形、收縮因素導致的變形和分子取向導致的變形。每一類變形又分為總變形量和X、Y、Z三個方向上的分量。影響產品翹曲的主要因素因該是材料的收縮,而不是冷卻不充分、分子取向等因素。

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  1. 總體變形

  2. 材料收縮變形

  3. 冷卻因素變形

  4. 分子配向因素變形

5)產品模面溫度(Temperature, part

產品母模面(Top)顯示為藍色,產品公模面(Bottom)顯示為紅色。模面溫度要在設定值附近,且分佈均勻,變化範圍不可超過30F。

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6)產品公母側溫差(Temperature difference, part

這個結果描述了產品母模面溫度與公模面溫度的差異,其值為母模面溫度減去公模面溫度的差值。模溫差不可超過20F,超過20F可能引起翹曲。

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