塑料工艺分析

武夷学院实验报告课程名称：塑料成型工艺及其模具设计项目名称：注塑成型工艺参数优化姓名：高志鹏专业：机械设计班级：2班学号：20124222038时间：2015.6.10一、实验预习部分：1.实验目的：（1）．了解注塑成型过程和成型工艺条件；（2）．掌握注塑成型工艺参数的确定以及它们对制品结构形态的影响；（3）．掌握模流分析软件的使用；（4）．了解不同材料不同工艺的塑料产品工程分析方法。2.实验内容：以卡扣塑料平板为例，应用正交试验法，结合AutodeskMoldflow模流工程分析软件，有系统的进行实验，探讨注塑成型工艺参数与工艺条件对制品翘曲变形的影响，进而求得最小翘曲量的注射成型工艺参数。3.实验条件：（1）.电脑（2）.MOLDFLOW软件（3）.正交试验法教程（4）.模具分析软件使用教程（5）.塑料卡扣平板实验案例（含建模）3.实验原理与方法本实验使用Moldflow模流分析软件，通过数值模拟可以描述塑料在注塑成型时，遭受热力历程与行为变化，以及在模具内产生的速度分布、应力分布、温度分布、压力分布，并藉此探讨冷却固化、翘曲变形和加工参数及模具设计参数的关系，本实验仿真卡扣塑料平板注射成型过程，Moldflow快速模拟加工工艺参数来寻求最佳成型参数，下图模流分析流程:实验预习成绩（百分制）__________实验指导教师签字：__________二、实验过程记录部分：（一）前处理在MoldflowPlasticsInsight)前处理过程主要是制品模型创建及导入模具分析软件，并进行模型、网格划分与修改、材料选择、浇道系统设计与进浇位置选择和创建冷却系统。制品划分网格后的有限元模型如图2，图3为三种不同的成型工艺方案。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，在此选择方案一。（二）实验材料图4试验材料选择选用材料为奇美一般级ABSPolylacPA-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。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：ABS，初设工艺参数如下：塑料温度(˚C)220，充填时间(Sec)1.5、保压时间(Sec)18、冷却时间(Sec)18、开模时间(Sec)2、注射压力(Mpa)75和保压压力(MPa)50（三）分析流程选择及工艺设置本实验选取热塑性塑料的充填+冷却+充填+保压+翘曲的工程分析指令。图5选择分析流程充填与保压设定页面中如图6所示，充填控制有流速、螺杆速度与注射时间可选择，在此选择注射时间进行仿真，而速度/压力切换也有注射压力、液压、锁模力…等等可选择，这里选择注射压力来进行切换，保压控制上直接选择保压压力vs时间来控制，可以选择编辑曲线可弹出曲线设定的对话框，依照所需要设定给予的保压压力和保压时间来控制保压压力曲线，如图7图8：图6充填与保压设定图7保压压力和保压时间来控制（阶段保压）图8保压压力和保压时间来控制（单一保压）冷却设定页面图9包含了熔胶温度、开模时间，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。图9冷却设定翘曲设定页面如图10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。图10翘曲设定（四）初始模拟分析结果依照所建构之几何模型与仿真参数设定可按照分析需求进行以下各阶段分析：1.充填流动分析与保压分析:(1)流动波前(meltfrontadvancement)检查有无短射、包风和熔合线…等等问题(2)温度分布(temperaturedisturbution)可依据热量集中位置进行冷却改善(3)压力分布(pressuredistribution)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(shearstressdistribution)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(shearratedistribution)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(volumetricshrinkagedistribution)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3.翘曲分析(1)位移分布(displacementdistribution)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(volumetricshrinkagedistribution)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）变形翘曲量在Modflow翘曲分析中可以得到总翘曲量和x、y、z分别的翘曲量，此研究中不针对总变形量探讨，主要以改善影响质量的区域作为量测依据。（五）应用田口实验计划法因子又称为自变量，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(controlfactor)、信号因子(signalfactor)和干扰因子(noisefactor)或误差因子(errorfactor)。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。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。实验操作成绩（百分制）__________实验指导教师签字：__________三、实验结果与讨论：（1）计算机仿真数据结果分析由控制因子对质量特性的因子反应分析结果可得知，控制因子对质量特性产生效应大小依序为: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3A塑料温度220230240B充填时间1.523C保压时间182025D冷却时间182124E开模时间233.5F注射压力758085G保压压力506065表2实验数据表所在列1234567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12201.51818275500.4970实验222022021380600.4758实验3220325243.585650.4450实验42301.51818385650.4423实验5230220213.575500.4252实验623032524280600.3971实验72401.518183.580650.3965实验824022021285500.3806实验924032524375600.4972实验102201.51818380500.4911实验11220220213.585600.4730实验1222032524275650.4378实验132301.51818285600.4413实验1423022021375650.4223实验15230325243.580500.3926实验162401.518183.575600.3956实验1724022021280650.3809实验1824032524385500.3540（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：实验报告成绩（百分制）__________实验指导教师签字：__________