1、内容提要内容提要1. 1.分析说明分析说明一一 - 3- 32. 2.塑料材料塑料材料简简介介 - 4- 43. 3.产品模型产品模型简简介介 - 5- 54. 4.分析分析模型模型简简介介 - 6- 65. 5.原始方案浇注系统设计原始方案浇注系统设计 - 7- 76. 6.原始方案冷却原始方案冷却系统设计系统设计 - 8- 87. 7.原始方案基本成型条件原始方案基本成型条件 - 9- 98. 8.原始方案原始方案分析结果分析结果 - 1030- 10309. 9. 结论与建议结论与建议 1 1 - 31- 3110.10.分析说明分析说明二二 - 32- 3211.11.改善方案改善方案
2、1 1浇注系统设计浇注系统设计 - 33- 3312.12.改善方案改善方案1 1冷却冷却系统设计系统设计 - 34- 3413.13.改善方案改善方案1 1基本成型条件基本成型条件 - 35- 3514.14.改善方案改善方案1 1分析结果分析结果 - 3655- 365515.15.结论与建议结论与建议 2 2 - 56- 5616.16.分析说明分析说明三三 - 57- 5714.14.改善方案改善方案2 2浇注系统设计浇注系统设计 - 58- 5815.15.改善方案改善方案2 2冷却冷却系统设计系统设计 - 59- 5916.16.改善方案改善方案2 2基本成型条件基本成型条件 -
3、60- 6017.17.改善方案改善方案2 2分析结果分析结果 - 6180- 618018.18.结论与建议结论与建议 3 3 - 81- 81分析说明一如下图的产品，为复印机上的零件，对尺寸精度要求较高。采用PPE+PS+40%GF的塑料以热流道成型，产品结构与进浇位置均已确定，客户希望通过调整冷却水路或冷却条件将整个周期时间缩短，因此藉以Moldflow模流分析验证是否可行。因Moldflow材料数据库内暂无客户使用的GEPPE+PS+40%GF塑料，故在分析中使用物性较为相似的AsahiKaseiCorporation的PPE+PS+40%GF塑料来代替，在数值上会与实际试模有差异，但
4、趋势是一致的。此报告中以几种方案进行分析比较，其中Originaln为客户原始设计方案，Revisedn为我们基于Moldflow上的改善方案。塑料材料简介1. Melt Density 1.2827 g/cu.cm2. Solid Density 1.3645 g/cu.cm3. Ejection Temperature 110.000000 deg.C4. Recommended Mold Temperature 75 deg.C5. Recommended Melt Temperature 275 deg.C6. Absolute Max. Melt Temperature 340 de
5、g.C7. Melt Temperature Minimum 250.000000 deg.C8. Melt Temperature Maximum 300.000000 deg.C9. Mold Temperature Minimum 50.000000 deg.C10.Mold Temperature Maximum 100.000000 deg.C11.Maximum Shear Rate 50000.000000 1/s12.Maximum Shear Stress 0.4500000 Mpa产品模型简介产品长宽高约为303*189*58mm，大部分肉厚较为均匀，基本肉厚为2.6mm。
6、但局部区域较厚，达6.0mm以上（如左图），可能会发生严重缩水问题；局部大面积区域较薄，仅0.9mm左右（如右图），可能会发生严重滞流问题。肉厚分布分析模型简介对此薄壳类产品，可使用Moldflow有限元分析网格中的Fusion（双层面网格）或Midplane（中性层网格）进行分析，分析结果一致。前者取外壳双层网格，外表形状与3D模型相同，前处理时间较短，但网格数目是后者的两倍以上，分析时间较长；后者取中间单层网格，局部区域形状需做等效处理，前处理时间较长，但分析时间较短。本分析采用后者。Fusion网格Midplane网格原 始 方 案 浇 注 系 统 设 计 原始方案为三板模，一模一穴，采
7、用外热式热流道系统，两点进浇（浇口直径为3.0mm）。详细尺寸请参考2D模具图。 原 始 方 案 冷 却 系 统 设 计 原始方案共设计十条水路，其中母模侧六条，公模侧四条，蓝色管道为10mm的直通水路，黄色管道为16mm的挡板水路，详细尺寸请参考2D模具图。 原 始 方 案 基 本 成 型 条 件注射机设定：Machine maximum clamp force: 350 tonneMaximum pressure:216.00 MPaMaximum injection speed:422.52 cm3/sScrew diameter:58.00 mm充填条件:Mold temperatur
8、e :70.00 deg.CMelt temperature(Hot Runner):280.00deg.CInjection time :2.0 secPart volume to be filled :255.8 cm3Part Weight(Solid) :349gTotal projected area :390.4 cm2冷却条件:Coolant Temperature(Cavity)60 deg.CCoolant Temperature(Core)60 deg.CPRESSURE %HP STEP DURATION sec 28.0 0.0 28.0 4.0 0.0 0.0 0.0
9、 25.5 0 4.0 29.5t(s)P(%HP)保压曲线:原始方案分析采用与实际试模相近的成型条件（HP约为190MPa），成型周期为43s（包括11.5s的开模时间）。28原始方案分析结果以下解析的包括冷却、充填、保压、翘曲分析的较为重要的结果。由图中可知，水温升高较小（进出口水温差在两度以内），冷却水路的长度设计是可以达成冷却要求的。成型时不要为了省事而将水路串联起来，否则会导致水路过长水温持续升高而降低冷却效果。冷却水温变化左图表示产品公模侧表面温度分布，右图表示产品母模侧表面温度分布。从图中可知，表面温度分布不太均匀，冷却效果不太理想。公母模侧表面温度分布从图中可知，公母模侧表面温
10、差较大，会使产品公母模侧收缩不均一而导致翘曲变形问题。公母模侧表面温差上面两图表示的是从循环周期开始到产品完全凝固所需要的时间。开模时圈示的几个区域仍未凝固（如右图，大部分区域在16s内就可以凝固），而最长凝固时间竟达80s左右（也正是产品上最厚的区域），故必将有严重缩水发生。产品凝固需要的时间充填时间约为2.2秒，充填流动不太平衡。箭头指示处为最后充填区域。圈示处的薄肋发生严重滞流现象，导致产品短射。归因于此肋太薄（仅0.9mm左右），而浇口又距离此肋太近，塑料流动到该处时受到极大阻力而停滞不前并迅速凝固了。实际试模中用GEPPE+PS+40%GF的塑料可能勉强填满，但成型窗口很窄，仍可能短
11、射，对此应高度重视。充填时间（点击Filltime图面即可播放动画）充填流动过程此图表示的是从循环周期开始到开模期间波纤的配向状况。从图中可知，红色线条分布区域代表波纤配向较为严重，而蓝色线条分布区域代表波纤配向较弱。波纤配向分布（点击图面即可播放动画）上面两图表示的是充填过程中流动波前温度的分布，大部分区域较为均匀，均在280度左右。但圈示区域（即0.9mm左右的薄肋）塑料因发生严重滞流，流动波前温度急剧下降至145度，已接近于凝固温度，阻碍了后续塑料再进入该区域，导致短射发生。流动波前温度分布点击上面两图可动态演示从循环周期开始到开模期间产品厚度方向上的温度变化。循环周期温度变化（点击图面
12、即可播放动画）充填压力（点击Pressure图面即可播放动画）左图为充填/保压切换时所需的注射压力，压力较大，达104MPa，但对所使用的350t注射机来说，此压力是安全的。点击右图可动态演示从循环周期开始到开模期间的压力变化。缝合线位置&包风分布左图的红线表示缝合线位置，其中圈示的缝合线较为明显，但对此产品来说可能并不重要。右图的粉红色小圈表示可能的包风位置，注意设置相关机构排除，特别是标示的位置。冷却凝固过程这六个图表示的是产品的冷却凝固过程，红色区域表示最先凝固的区域，一般最薄处最先凝固，最厚处最后凝固。从图中可看出，较厚区域周围先行凝固而切断了保压回路，致使较厚区域得不到有效保压。50
13、%50%冷却凝固过程（点击图面即可播放动画）点击图面可动态演示从循环周期开始到开模期间产品的冷却凝固情况。红色区域表示最先凝固的区域，请注意圈示的位置。一般来说，产品凝固率需要达到80%以上才可开模顶出，而此方案中开模时最厚区域凝固率才达50%。50%50%体积收缩率与凹陷指数左图表示产品体积收缩率分布，大部分区域收缩较为均匀，而红色处收缩较大。右图的凹陷指数表示缩水凹陷相对于产品肉厚的严重程度，可见标示的部分凹陷十分严重（至少凹陷0.7mm左右）。严重缩水注射压力与锁模力变化曲线左图是整个成型周期中注射压力随时间的变化曲线，右图是锁模力随时间的变化曲线。最大压力为104MPa，最大锁模力为1
14、93ton，350t的成型机是完全可以满足要求的。Max.: 104MPaMax.: 193ton翘曲变形情况放大20倍X&Y&Z方向总变形量X&Y&Z向翘曲变形方向如图中箭头所示，变形量均不大。0.050.410.200.170.150.07导致翘曲的冷却不均因素冷却不均因素对翘曲变形影响较小，变形方向如图中箭头所示。导致翘曲的收缩不均因素收缩不均因素对翘曲变形影响较大（其中Y向均匀变形） ，是导致翘曲变形的主要因素，变形方向如图中箭头所示。0.200.150.120.17导致翘曲的分子配向因素分子配向因素对翘曲变形影响较小，变形方向如图中箭头所示。 结 论 与 建 议 1从分析结果中得知：
15、模穴表面温度分布不太均匀，冷却效果不太理想。使用350t的成型机可以满足该产品的成型要求。有一条薄肋发生严重滞流现象，导致产品短射。归因于此肋太薄（仅0.9mm左右），而浇口又距离此肋太近，塑料流动到该处时受到极大阻力而停滞不前，滞流时间太长，温度急剧下降而迅速凝固。实际试模中用GEPPE+PS+40%GF的塑料可能勉强填满，但成型窗口很窄，仍可能会短射，对此应高度重视。局部区域太厚，周围区域先行凝固而切断了保压回路，致使其得不到有效保压而发生严重缩水凹陷。翘曲变形量不大，其中收缩不均因素为主要因素。分析说明二CAE模流分析将首先在Original1的基础上进行改善，主要改善方向为克服滞流短射
16、问题及缩短冷却时间，改善方案为Revised1。Revised1浇注系统设计由于一侧浇口距离发生滞流短射的薄肋太近，因产品结构已定而不能加厚，故另一改善方法为让浇口远离该区域，避免塑料停滞时间过长。Revised1将靠近薄肋的浇口下移10mm（基于模具结构的限制及流动平衡，不能下移太多），另一浇口位置不变。下移10mmRevised1冷却系统设计 水路设计基本上与相同，其中将图中框示的水路依箭头方向作了平移。左图配合浇口平移5mm；右图平移38mm，远离发生滞流的薄肋。 Revised1基本成型条件注射机设定：Machine maximum clamp force: 350 tonneMaxi
17、mum pressure:216.00 MPaMaximum injection speed:422.52 cm3/sScrew diameter:58.00 mm充填条件（提高料温，提高流速提高料温，提高流速）:Mold temperature :70.00 deg.CMelt temperature(Hot Runner):290.00deg.CInjection time :1.8 secPart volume to be filled :255.8 cm3Part Weight(Solid) :349gTotal projected area :390.4 cm2冷却条件（降低水温降低
18、水温）:Coolant Temperature(Cavity)25 deg.CCoolant Temperature(Core)25 deg.CPRESSURE MPa STEP DURATION sec 120.0 0.0 120.0 1.0 0.0 3.0 0.0 23.7 0 1.0 4.0 27.7t(s)P(MPa)保压曲线:使用保压压力随时间而逐渐降低的保压曲线，保压时间仍为4s，成型周期为41s。120冷却水温变化因冷却水路变化不大，使用常温水，水温升高亦较小（进出口水温差在两度以内）。公母模侧表面温度分布从图中可知，表面温度分布不太均匀，冷却效果亦不太理想。公母模侧表面温差从图
19、中可知，公母模侧表面温差反而变大，翘曲变形可能变大。产品凝固需要的时间产品需要的凝固时间没有特别明显的缩短，产品上最厚的区域也必将严重缩水。充填时间（点击Filltime图面即可播放动画）充填时间约为1.9秒，充填流动没有很明显的改善。圈示处的薄肋仍发生严重滞流，仍导致短射。可见浇口移远10mm及提高料温是没有多大效果的。充填流动过程波纤分布（点击图面即可播放动画）红色线条分布区域代表波纤配向较为严重，而蓝色线条分布区域代表波纤配向较弱。配向分布稍微有变化。流动波前温度分布大部分区域较为均匀，均在290度左右。圈示区域塑料仍因发生严重滞流，流动波前温度急剧下降至145度，接近于凝固温度，阻碍了
20、后续塑料再进入该区域，导致短射发生。循环周期温度变化（点击图面即可播放动画）点击上面两图可动态演示从循环周期开始到开模期间产品厚度方向上的温度变化。充填压力（点击Pressure图面即可播放动画）充填/保压切换时所需的注射压力稍低，为101MPa，保压阶段希望加大压力来加强保压效果。点击右图可动态演示从循环周期开始到开模期间的压力变化。缝合线位置&包风分布缝合线和包风分布与Original1相似。冷却凝固过程保压效果与Original1相似，较厚区域周围先行凝固而切断了保压回路，致使较厚区域得不到有效保压。55%55%冷却凝固过程（点击图面即可播放动画）点击图面可动态演示从循环周期开始到开模期
21、间产品的冷却凝固情况，请注意圈示的位置。55%55%体积收缩率与凹陷指数体积收缩率没有很明显的改善，标示部分缩水凹陷仍十分严重。注射压力与锁模力变化曲线Max.: 120MPaMax.: 220ton最大压力为120MPa，最大锁模力为220ton，350t的成型机也可以满足要求。翘曲变形情况放大20倍X&Y&Z方向总变形量总翘曲变形量比Original1稍大。0.090.540.450.250.470.10导致翘曲的冷却不均因素冷却不均因素对翘曲变形影响亦较小，变形方向如图。导致翘曲的收缩不均因素收缩不均因素仍对翘曲变形影响较大，仍是导致翘曲变形的主要因素。0.500.400.300.500
22、.13导致翘曲的分子配向因素分子配向因素对翘曲变形影响亦较小，变形方向如图。结 论 与 建 议 2从分析结果中得知：降低了水温，整体冷却效果并没有明显的改善，温差反而有所增大。充填流动也没有很明显的改善。0.9mm左右的薄肋仍发生严重滞流而短射。可见浇口移远10mm及提高料温、提高射速是没有多大效果的。根本原因还是此肋太薄，塑料到达该处亦太快，而选用的材料加入了大量的波纤，流动阻力更大。局部较厚区域仍得不到有效保压而发生严重缩水凹陷。翘曲变形量有所增大，收缩不均因素仍为主要因素。分析说明三我们在Original1或Revised1的基础上仍用两点热流道进浇，而对水路和冷却条件作局部调整，经过多
23、次分析，却仍然难以克服滞流短射问题及缩短整体冷却时间，故我们尝试以一点热流道进浇，改善方案为Revised2。Revised2浇注系统设计以一点热流道进浇，浇口位于模具中心线上，距离模具中心30mm。如此模具结构和热流道形式可能需要作相应变更。23.5mm30mmRevised2冷却系统设计 共有十一条水路。局部冷却水路基于模具结构及热流道相应作了调整。其中在发生严重缩水的较厚区域附近(母模侧)增加了10mm的挡板水路(相接的直通管为8mm)，如左上图。 而将发生严重滞流的薄肋下的公模水路移开，如右上图。810Revised2基本成型条件注射机设定：Machine maximum clamp
24、force: 350 tonneMaximum pressure:216.00 MPaMaximum injection speed:422.52 cm3/sScrew diameter:58.00 mm充填条件:Mold temperature :70.00 deg.CMelt temperature(Hot Runner):280.00deg.CInjection time :2.0 secPart volume to be filled :255.8 cm3Part Weight(Solid) :349gTotal projected area :390.4 cm2冷却条件:Coolan
25、t Temperature(Cavity)60 deg.CCoolant Temperature(Core) 60 deg.CPRESSURE %IP STEP DURATION sec 120.0 0.0 120.0 4.0 0.0 0.0 0.0 27.5 0 4.0 29.5t(s)P(%IP)保压曲线:仍使用一段保压，保压时间仍为4s，但保压压力为注射压力的120%，成型周期仍为43s。120冷却水温变化水温升高较小（进出口水温差在一度以内），冷却水路的长度设计也是可以达成冷却要求的。公母模侧表面温度分布从图中可知，表面温度分布仍不太均匀，冷却效果仍不太理想。公母模侧表面温差从图中可知
26、，局部区域表面温差有所减小，这对产品的均匀收缩及减小翘曲是有利。产品凝固需要的时间产品需要的凝固时间仅缩短了一点，产品上最厚的区域也必将严重缩水。可见增加的挡板水路对该区域冷却效果的改善十分有限。充填时间（点击Filltime图面即可播放动画）充填时间约为2.1秒，充填流动有较明显的改善。圈示处的薄肋仍发生轻微滞流现象，但因为浇口远离该区域，使该区域可以成为接近最后充填的区域，塑料停滞时间较短，所以在最后充填阶段加大一点压力便可以充满了。充填流动过程波纤分布（点击图面即可播放动画）因浇口由两个减为一个，流动形式已大大改变，故配向分布有较大变化。流动波前温度分布大部分区域较为均匀，均在280度左
27、右。圈示区域塑料仍发生轻微滞流现象，流动波前温度迅速下降，但来不及下降到凝固温度，后续塑料便在较大压力下充填满该区域了。循环周期温度变化（点击图面即可播放动画）点击上面两图可动态演示从循环周期开始到开模期间产品厚度方向上的温度变化。充填压力（点击Pressure图面即可播放动画）充填/保压切换时所需的注射压力并没有比原始方案的两点进浇增大，仍为102MPa左右，充填/保压切换后加大了压力以保证薄肋的充填及后续的保压效果。点击右图可动态演示从循环周期开始到开模期间的压力变化。缝合线位置&包风分布圈示的缝合线较为明显，相对于原始方案来说已减少了中间一条最明显的缝合线。标示处的包风仍需注意设置相关机
28、构排除。冷却凝固过程较厚区域保压仍然成问题，虽在附近增加了挡板水路，但冷却效果十分有限，难以将凝固时间明显缩短。55%55%冷却凝固过程（点击图面即可播放动画）点击图面可动态演示从循环周期开始到开模期间产品的冷却凝固情况，请注意圈示的位置。55%55%体积收缩率与凹陷深度左图显示浇口处收缩最大，这通过延长保压时间即可改善，但标示部分难以改善，缩水凹陷仍十分严重。右图表示肋根部的凹陷深度，标示处肋根部的凹陷是最严重的。注射压力与锁模力变化曲线Max.: 122MPaMax.: 300ton最大压力为122MPa，充填阶段最大锁模力为220ton，保压阶段最大锁模力为300ton，已达350t的成
29、型机极限锁模力的85%，这对机器来说可能是危险的。不过通过调整保压曲线应可将锁模力降低。翘曲变形情况放大20倍X&Y&Z方向总变形量总翘曲变形量不大，比Original1稍小。0.030.250.100.150.200.150.12导致翘曲的冷却不均因素冷却不均因素对翘曲变形影响亦较小，变形方向如图。导致翘曲的收缩不均因素收缩不均因素仍对翘曲变形影响较大，仍是导致翘曲变形的主要因素。0.250.170.150.100.270.19导致翘曲的分子配向因素分子配向因素对翘曲变形影响亦较小，变形方向如图。结 论 与 建 议 3从分析结果中得知，改为一点进浇后 ：充填流动有较明显的改善，薄肋虽仍发生轻
30、微滞流现象，但因为浇口远离该区域，使该区域可以成为接近最后充填的区域，塑料停滞的时间较短，在最后充填阶段加大一点压力便可以充满。但成型窗口仍较窄，控制不好仍可能会短射，故解决此问题的根本办法是尽可能加厚此薄肋。局部较厚区域附近虽增加了挡板水路，但基于模具结构的限制，对该区域冷却效果的改善十分有限，仍得不到有效保压而发生严重缩水凹陷。对该产品来说，缩水凹陷可能并不是很重要，但这些厚区域需要较长的冷却时间而使整个成型周期难以缩短。翘曲变形量不大，收缩不均因素仍为主要因素。注射压力并不比原始方案大，而锁模力在保压阶段增加很多，但应可以通过调整保压曲线将锁模力降低，仍可用350t注射机成型。相对原始方案，可少用一个热流道，可减少生产成本，而产品质量亦应可达成客户要求。建议考虑采用方案Revised2。 以上结论与建议仅供参考，客户需根据实际情况进行权衡取舍。以上结论与建议仅供参考，客户需根据实际情况进行权衡取舍。
