MoldFlow在优化产品的保压曲线上的应用

MoldFlow在优化产品保压曲线上的应用Moldflow广州办事处工程部李建1、引言产品的尺寸和材料的类型决定了产品收缩的范围，通常大尺寸的产品会有大的收缩范围。产品的体积收缩决定了产品的可能的变形量和产品尺寸的稳定性，因为翘曲的主要原因就是收缩的差异。如果产品的收缩是均匀的，那么我们仅仅只需要改变产品的尺寸大小就可以获得合格的产品。但是，注塑成型的产品收缩都不可能是均匀的。体积收缩在产品上的分布情况直接影响到产品的变形情况。正常情况下，浇口附近区域会比填充末端获得更好的保压，从而具有教小的体积收缩。从填充末端到浇口的体积收缩的差异是引起产品翘曲的主要因数。为了获得均匀的体积收缩，必须控制成型过程中产品型腔内的压力分布，体积收缩可以间接描述胶料凝固时的压力情况，压力越大，体积收缩就越小。产品上出现收缩不一致的主要原因是在成型过程中型腔内存在较大的由于材料的粘度所引起的压力梯度，压力梯度使得产品的填充末端压力小于浇口附近的压力，从而使的填充末端的体积收缩远大于浇口附近的收缩。通过控制成型过程中产品型腔内的压力的变化可以减少产品上各区域的收缩差异。保压曲线的设计还要考虑到产品及浇口的尺寸，材料类型，填充工艺参数，产品壁厚变化等因数的影响。我们常见的两种保压曲线分别是：使用恒定压力进行保压使用保压曲线进行保压恒定压力保压就是在成型时在指定的时间内一直使用恒定的压力保压产品。使用保压曲线进行保压时，在恒定压力保压后，压力会随着时间进行线性的降低，如图1。如果保压曲线设计合理，产品可获得均匀的体积。事实上，保压曲线的设计目标就是获得可接受的产品填充末端的收缩量，同时使整个产品的收缩与产品填充末端的收缩达到一致。保压方式01020304050607080024681012Time[Sec]Pressue[MPa]图1.保压方式如果产品的壁厚变化过于急剧，那么保压曲线对优化产品的收缩不会有太明显的效果，因为要实现均匀的收缩，厚壁区域比薄壁区域需要更大的保压压力。使用保压曲线的主要目的就是降低产品因为不均匀收缩而引起的翘曲变形。2、产品及成型工艺分析如图2所示，产品单重为18g，产品壁厚基本均匀为1.6mm。材料为：EltexPTV274（PP）。图2：Moldflow的分析模型原始方案成型工艺参数：模具温度：40度，熔料温度：240度降低恒定压力曲线恒定压力填充时间：1.4s采用恒定压力保压，保压压力65MPA，保压时间15秒。通过Moldflow的保压分析，可直观的获得产品最终的体积收缩的分布情况，如图3；和成型过程中产品内部的压力分布情况如图4。图3：产品最终的体积收缩率的分布图4：在成型过程中产品内部的压力分布从图3的体积收缩可以看出，收缩在产品上的分布不均匀收缩的范围为1%~9%，靠近浇口处的收缩在1%以上，填充末端的收缩在9%以内。靠近浇口的区域有过保压现象发生，这会导致产品因为不均匀收缩而发生翘曲。同时通过产品上不同位置上的压力曲线也可了解到产品各区域上的压力梯度分布也不均匀。3、通过Moldflow确定保压曲线的方法(1)确定压力开始衰减的时刻我们以位于填充末端的压力监测点N532的压力变化作为决定第一段保压压力即恒定压力结束的判断依据。一般是以填充末端的压力曲线的顶点时间与压力降低到零的时间，两者之间时间差值的一半作为保压曲线中恒定压力结束的初始值在Moldflow中由图4的结果可以直接测量到远端的压力最高时刻为1.9秒压力降低到零的时刻为7.6秒平均值为(1.9+7.6)/2=4.75秒因此保压恒定压力作用的时间为4.75-1.4（填充时间）=3.35秒(2)确定保压结束的时刻保压曲线中保压压力的衰减速度应与产品上的压力梯度保持一致，这样才能使各区域在凝固时具有相同的保压压力，从而获得均匀的体积收缩。保压压力的结束是以浇口凝固的时间做为界定标准，在Moldflow中可通过凝固层系数有效的判断出浇口凝固的具体时间，浇口的凝固时间为14秒，如图5。图5：浇口的凝固时间确定保压第一段恒定压力的大小第一段保压压力与原始方案保持一致，仍使用65Mpa的压力进行保压。(4)新确定的保压曲线如下：图6：通过Moldflow优化后的保压曲线原始方案与优化后的产品压力分布及体积收缩对比，见图7。持续时间压力(MPA)0653.35659.250Profiles015304560759002468101214Time[sec]Pressure[MPa]Prof1图7：保压方案1和原始方案的对比通过采用保压曲线的方式，产品获得了较为均匀的体积收缩，同时产品内各区域的压力梯度也较原始方案均匀了许多。但产品填充末端的收缩偏大，同时，产品的体积收缩明显分为三个区域，靠近浇口的区域和填充端的体积收缩较大，产品中间区域的体积收缩较小。因此需要进一步调整保压曲线，使产品获得更均匀的收缩。4、保压曲线进一步调整的一般原则(1)、调整填充末端的体积收缩改变恒定压力作用的时间缩短：增大体积收缩延长：减小体积收缩ShortenLengthen(2)、调整产品浇口附近区域的体积收缩改变压力衰减的速度缓慢：减小体积收缩快速：增大体积收缩(3)、调整产品中间区域的体积收缩改变压力在拐点以前的衰退速度缓慢：减小体积收缩快速：增大体积收缩5、保压曲线的进一步优化(1)、延长恒定压力作用的时间从保压曲线方案一的结果中我们可以看出，产品填充末端的体积收缩增大，因此，需要延长恒定压力作用的时间；(2)、提高产品中间区域凝固时压力的衰减速度为了增加产品中间区域的体积收缩，使整个产品的体积收缩尽量的均匀，就必须加快产品中间区域在凝固时的压力衰减速度，使该区域获得与填充末端一致的体积收缩。(3)、进一步调整后的保压曲线图8：方案二的保压曲线原始方案与优化后的产品压力分布及体积收缩对比，见图9。持续时间压力(MPA)06556522570FasterSlowerDecreaseIncreaseProfiles015304560759002468101214Time[sec]Pressure[MPa]Prof1Prof2图9：保压曲线方案1和方案2的体积收缩的对比从结果对比可以看出，经过进一步的优化保压曲线，产品的体积收缩进一步减小，同时产品各区域上的体积收缩分布更加均匀。这样可有效降低产品因为体积收缩的不一致所引起的应力、密度等差异和收缩不均所导致的翘曲变形。6、结束语本文介绍了如何通过Moldflow进行产品的保压曲线的设定和优化。通过Moldflow用户可以直观实时的了解到保压曲线的变化对产品收缩的影响情况，帮助用户设定并优化保压中的各项参数。参考文献1、MPI培训手册