第一章-注塑成型相关知识new

PiMoldAutodeskMoldflow培训教材李昭敏[e-mail]13714555860上海卓睿信息科技有限公司©2012PiMold2前言由于塑料制品的应用日益广泛，传统的手工设计、制造已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机辅助技术（CAE）的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益，Moldflow就是行业中的佼佼者之一。Moldflow是由美国Autodesk公司（收购了原Moldflow公司）发行的世界上最著名的塑料成型CAE分析软件。©2012PiMold3Moldflow通过计算机数值模拟方法结合有限元分析方法来求解塑料熔体在模腔内流动、保压、冷却过程中各个物理量的变化，从而得出塑料熔体温度场、压力场、速度场的分布，进而预测填充、保压、冷却过程中潜在的各种问题。由于其独特的求解技术和精确的分析结果，使得Moldflow成为业界独树一帜的品牌，广泛应用于航空航天、汽车、通信、材料、电子、快速消费品等各行各业，并成为许多大型企业的首选分析软件。©2012PiMold4模流分析为何备受关注？产品设计模具设计试验模具制作试模修模量产模具制作量产试模发生再次修模修模费用修模费用试模费用模具设计CAE分析量产结构设计试验模具制作周期量产试模周期量产最终调整CAE验证（试模）・缩短开发的leadtime・减少试验模具制作费用・减少试模费用・预先回避量产时可能出现的问题・降低PLM的总体成本缩短供货期©2012PiMold5Moldflow的价值链试模成型,一次80％以上成功率成型问题原因分析改善优化分析工艺交互前期产品结构设计快速验证R&D研发材料供应商热流道厂商气辅厂商结构设计详细评估与工程认证-可行性分析-排位及流道优化-水路优化-工艺优化注塑机厂商模具设计与制造©2012PiMold7第一章注塑成型相关知识第二章Moldflow软件介绍第三章Moldflow快速入门第四章网格划分与修理第五章流道与水路建模第六章分析类型与工艺设定内容简介©2012PiMold8第七章分析任务管理第八章结果解释与后处理第九章创建分析报告第十章数据库管理第十一章Moldflow结果数据输出接口实例讲解内容简介©2012PiMold9第一章注塑成型相关知识目的–这章目的是回顾•注射成型过程•注射成型产品和模具•注塑机•高分子材料意义–理解注塑成型和塑料流动行为是开始使用AMI的基础–理解影响成型和最终产品的材料特性，以便更好地导入分析©2012PiMold101.1注塑成型工艺原理注塑成型原理示意图注塑成型是将塑料在加热料筒中加热塑化形成熔融状态，然后由螺杆推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。©2012PiMold11加料斗料筒螺杆模具填充模具闭合螺杆向前推进，推动塑料熔体进入模腔熔体表面冷却速度控制保压熔体继续填充模腔，直到填满螺杆对熔体保持一定压力冷却发生浇口冻结压力控制注塑成型过程©2012PiMold12冷却制件继续冷却直到足够硬到能抵住顶出力为止螺杆回退，为下次注塑储存熔体开模模具打开顶出制件螺杆停止运动循环重复动作©2012PiMold13周期时间:填充时间:保压时间:冷却时间:开合模时间:22Sec.19102注射成型周期每一次重复动作所需要的时间©2012PiMold14塑料流动动力来源通过注塑压力驱动熔体流动熔体从高压到低压流动注塑压力顺着流长降低主流道压力流道浇口制品前进的流动前沿流动长度©2012PiMold15注塑压力注塑压力是推熔体到模腔所需的压力，由注塑机提供注塑机的最大注塑压力取决于液压缸容量通常140–180Mpa左右(20,000–26,000psi)高速电动注塑机可以达到300Mpa(43,500psi)制品成型所需要的注塑压力，主要由制品尺寸决定©2012PiMold16定模（母模）动模（公模）模具是将熔融塑料成型为具有一定形状制品的工具1.2模具和成型品©2012PiMold17PartCavityPolymerEntrancePointSecondaryRunnerGateColdSlugWellPrimaryRunnerSprue注塑成型品——经模具复制出来的塑料产品（包括制件和流道）©2012PiMold181.3注塑机简介加料斗螺杆(Ram)料筒液压单元模具将塑料熔化并注射到模具的设备©2012PiMold19结构详细图©2012PiMold20止逆阀工作原理双向功能©2012PiMold21热塑性高分子材料展望1.4高分子材料由分子量较高（10000~1000000）的化合物构成的材料©2012PiMold22单词“polymer”是希腊语:“poly”(很多)和“mer”(部分)的结合高分子聚合物被形象化地为描述为重复单元体的长链接构©2012PiMold23高分子材料的分类热塑性高分子单词“thermoplastic”是希腊语“therm”（热）and“plastikos”（塑造性）的结合材料被生成后能被加热后重复使用热固性高分子单词“thermoset”是希腊语“therm”（热）和“sets”(固定)的结合一旦材料被生成后将不能被熔融,再加热将使材料分解©2012PiMold24形态上的分类无定型高分子在成型过程中分析保持同以结构结晶型高分子冷却是紧密结构，加热时无定型结构©2012PiMold25CAE分析代表性特性:成型条件模具温度熔融温度最大剪切应力最大剪切速率流变特性黏度Juncturelossmethodcoefficients（接合点消失法系数））转变温度流动系数(MFR)热性能比热热传导系数物理性能融体密度固体密度压力体积温度特性曲線(pvT曲線)机械性能弹性模量泊松比剪切模量热膨胀系数收缩性能收缩模式测试平均收缩率测试收缩率范围©2012PiMold26A.成型条件模具温度树脂接触模具时模具的温度融化温度-树脂开始进入型腔时树脂的温度注射温度材料能够阻止被注射的温度最大剪切应力材料发生降解时的最大剪切应力最大剪切速率材料发生降解时的最大剪切速率©2012PiMold27B.流变特性黏度()材料阻止流动的系数Juncturelossmethodcoefficients计算当熔体经过一个尺寸变化较大的通道时压力的损失,如从流道进入浇口，转变温度高分子冷却，固化发生时的温度•无定型树脂符合玻璃转化温度(Tg)•结晶型树脂符合结晶温度(Tc)流动系数(MFR)描述融体流动难易程度的行业标准•问题:低剪切速率时是间断点每分钟流经固定通道的树脂质量(g/10min)©2012PiMold28黏度影响因素黏性被如下因素影响剪切速率•剪切时更容易流动温度•升高黏性降低对薄壁产品很重要材料黏性水10-110聚合物10,000玻璃1020增加温度剪切速率(1/s)黏度(Pa-s)低流动阻力高流动阻力©2012PiMold29C.热性能比热容(Cp)材料保存热量的能力.用来衡量材料将热量转换为实际温度升高的参数热传导系数(k)材料传导热量的能力.衡量材料散热速率的参数热扩散系数()热传导系数与热量的比值Cpk©2012PiMold30冷却时间对材料的影响冷却时间决定于树脂的热传导系数,密度,比热容这些特点决定了材料的热扩散能力密度(p)比热容(Cp)热传导系数(k)冷却时间变化©2012PiMold31D.物理特性融体密度(m)材料熔融状态下的密度固体密度(s)材料固体状态下的密度特性曲线(pvT曲线描述材料在成型过程中压力，体积，温度关系的曲线(pvT)©2012PiMold32压力体积温度关系（pvT特性）p-压力v-体积T-温度描述改变压力和温度时材料体积的收缩膨胀性保压时材料的收缩随压力的增加减小保压时材料的收缩随温度的减小增加压力温度体积©2012PiMold33无定型树脂符合玻璃转化温度(Tg)结晶型树脂符合结晶温度(Tc)无定型材料pvT曲线0.800.850.900.951.001.051.10050100150200250300350温度[ºC]体积[cm^3/g]结晶型材料pvT曲线050100150200250300350温度[ºC]P=0[MPa]P=50[MPa]P=100[MPa]P=150[MPa]P=200[MPa]©2012PiMold34E.机械特性弹性模量(E)需要预测材料的拉伸剪切模量(G)材料特性极限内剪切应力与剪切应变的比值泊松比()侧向于轴向变形的比值.理论上,各向同性材料有一预测泊松比0.25.表示变形无太大改变(n的最大值是0.5）被用来描述剪切模量和弹性模量热膨胀系数(CTE)材料的热膨胀性能和机械特性数据一起表述模型平行和垂直流动方向上的变化©2012PiMold35F.收缩特性a.用于中性面和双层面模型的收缩模型仿真时使用收缩模型.最好使用材料默认的设定a.残余应变收缩预测方法•需要收缩数据b.残余应力收缩预测方法•未修正没有收缩资料•修正(CRIMS)需要收缩数据用于3D模型的收缩预测方法©2012PiMold36b.测试的平均收缩率显示平行和垂直于流动方向平均收缩率,c.测试的收缩率范围显示平行和垂直于流动方向最大最小收缩率©2012PiMold371.5常用塑料性能和用途PP（聚丙烯）俗称百折胶，原料为类似白色蜡状颗粒，半透明，吸水性低于0.02%，属半结晶材料。具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性，抗沖擊強度，來回屈服力非常高，高頻電性能不好，耐溫度性強，耐磨性不高。主要应用：薄膜制品、日用品、周转箱、建筑材料、日常生活用品、家用电器外壳、汽车保险杠、车门、医疗器械、容器ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成，是非结晶性材料。每种单体都具有不同特性；丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。主要应用：各种工业和家用电器外壳、内筒和部件（空调机、电冰箱内衬、打字机、照相机壳，电视机壳），汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等）和飞机的仪表部件与装饰器材，以及文化办公用品等©2012PiMold38AS（丙烯腈-苯乙烯共聚物）又称SAN，是一种坚硬、透明的材料。苯乙烯成份使AS坚硬、透明并易于加工；丙烯腈成份使AS具有化学稳定性和热稳定性。AS具有很强的承受载荷的能力、抗化学反应能力、抗热变形特性和几何稳定性。AS的应用大部分是利用其透明性，如灯具类、笔、透镜、信号灯与车灯外壳、打火机、速度表玻璃、玩具、酒杯、工艺品、装饰品及包装材料等.PS（聚苯乙烯）大多数PS都是透明的、非晶体材料。PS具有非常好的几何稳定性、热稳定性、光学透过特性、电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。它能够抵抗水、稀释的无机酸，但能够被强氧化酸如浓硫酸所腐蚀，并且能够在一些有机溶剂中膨胀变形。主要应用：电视机、录音机以及各种电器仪表零件、壳体、公用建筑透明部件、光学仪器、灯罩、仪器罩壳、包装容器、日常用品、盒子、牙刷柄、圆珠笔杆、学习用具、儿童玩具©2012PiMold39PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）俗称亚加力，有机玻璃，是透明的、非晶体材料。PMMA具有优良的光学特性及耐气侯变化特性。白光的穿透性高达92%。PMMA制品具有很低的双折射，特别适合制作影碟等。PMMA具有室温蠕变特性。随着负荷加大、时间增长，可导致应力开裂现象。PMMA具有较好的抗冲击特性。主要应用：照明器具零件、透明板、防风玻璃、汽车尾灯、广告灯、灯座、广告牌、眼镜、假牙、光学零件、医疗用品PC（聚碳酸脂）PC是一种非晶体工程材料，具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性，同时具有非常好的透光性。