工程分析MPA培訓教材.doc
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1、Moldflow Plastics Advisers工程分析MPA培訓教材工程分析MPA培訓教材目 录第一章 Part Adviser简介-13第二章 开始分析-45第三章 塑料流动行为-6第一节 塑料射出成型品的设计-616第二节 解决充填问题-1724第四章 分析结果-2544第五章 Part Adviser操作练习-45第一节 Part Adviser操作界面介绍-4564第二节 充填可行性修正-6572第三节 表面品质改善-7385第六章 Mold Adviser操作介绍-85第一节 Mold Adviser操作界面介绍-8593第二节 操作范例练习一:单模穴流道系统建立-9397第三
2、节 操作范例练习二:自然平衡流道系统建立-97100第四节 操作范例练习三:平衡非自然平衡流道系统-101105第五节 操作范例练习四:家族模穴-106109 - 116 -第一章 Moldflow Part Adviser简介 塑料射出成型是一项工业中重要的制程,制造出数以千万计的产品。其过程所牵涉到的部门单位复杂众多,具有对技术应用依赖度高,及地域不同所产生需求差异的特性。在这样的情形之下,塑件的成型仿真无疑提供了一绝佳的附加价值。然而,虽然如此,却只有少数的设计分析在时间与专业技术的背景限制下,进行制程前的仿真作业。现在,“Moldflow Part Adviser (MPA)”解除了您
3、这些限制。MPA是“Moldflow Plastic Adviser”系列中第一个产品。除了专业的模具射出人员,MPA带给非专业性的使用者(如产品设计人员)丰富的塑料特性及射出成型制程的知识一、产品设计评估 Every Part Design Evaluated首先,设计人员可以快速评估每个薄壳射出塑件的制造可行性,产品设计概念得以在最初的阶段即加以改善。MPA将产品设计及模具修改所需花费的时间与金钱降至最低,并缩短产品上市时间。二、仿真制造过程 Virtual Manufacturing Insight MPA对于设计人员的主要制造顾虑提供实用的建议,并能迅速的修改影响产品制造品质的设定与性
4、质,例如薄板厚度、浇口位置、补强肋的位置及原料的选择。三、先进的科技 Advance Technology MPA是以非牛顿、非等温的理论解析,及实际注模行为的仿真为基础,所以结果非常的可靠、可信。另外,Moldflow丰富的原料数据库(Database)包括了全球各大商牌七千多种原料之各项详细精确的材质特性数据,并随时更新,供设计人员充分利用。四、软件特性工业界最佳CAD整合软件 Industry Best CAD integrationMPA可以用集成中CAD环境下的Moldflow 菜单进行格式转换,或是接受STL档案,单独使用。通过MPA使得CAD实体模型可以被真实地仿真出来。实体基础
5、 Solid BasedMPA是以实体为基础,在杂乱的资料转换、网格的建立、实体模型的mid-plane各方面需要下评估。因此,即使再复杂的产品,也可以在很快的时间内完成。操作极其简便 Extreme ease of use通过模型操作工具列、线上教学和直觉式图形使用者接口(GUI),使得MPA操作相当简便,只需要几分钟时间就可以学会,而且不需有分析或塑料的相关经验。独特的线上顾问 Unique On-line Adviser线上顾问及时在塑料产品制造限制和如何控制塑料行为上提供建议。充填可行性 Confidence of fillConfidence of fill帮助设计者毫不费力的检视压
6、力、温度和充填的结果,用以控制产品的充填品质。让非专业人员也能够有效地进行仿真分析是Moldflow的一个重要的策略,其显示结果若在绿色区,则代表有高度充填可行性,而红色或黄色的区域即代表必须要重新设计或选择其它的材料再重新进行仿真。气孔 Air traps气孔是由不完全充填和保压所造成的,其表面会有类似烧焦的污点,设计师可以应用MPA显示的结果来预防气孔的发生,或设定气孔的位置。熔接线和熔合线 Weld lines and Meld lines熔接线和熔合线在塑料产品上会导致结构上的问题和外观的缺陷,假如可以预知它们会在哪里发生,设计者可以做一些改善再重新评估或移动这些线。充填模式 Fill
7、 patternFill Pattern告诉设计者产品如何充填,并帮助他们了解熔接线和气孔是如何形成及其它潜在的问题,像过度保压、迟滞现象也可以很明显的确认出来。广泛的塑料成型仿真 Process Wide plastics Simulation“Plastics Adviser series”是Moldflow广泛的塑料成型仿真策略中重要的一环,它带来各方面的知识,如产品和模具设计应用于制造上的限制,连接塑料仿真和实际机器控制,确认和控制工厂的生产参数。广泛的塑料成型仿真可促使生产流程中每一阶段的沟通和缩短及跨越不同领域知识上的差异鸿沟,使得产品和模具的设计能落实到生产过程,并可快速的设定机
8、器,有效率的生产高品质的产品。第二章 开始分析一、MPA的分析步骤:如下列的流程图所示在CAD软件读入model从CAD软件中将MPA启动从桌面启动MPA读入model目前的model会自动传到MPA选择塑料改变成型条件(選擇性的)设定浇口位置开始分析显示结果使用Advice的内容决定结果是否符合标准选择改变1. 塑料2. 浇口位置3. 成型条件4. 成品外型进一步分析完成否否将模型转到MPI分析是是二、 Model外形要求由于数值方法的限制,model的外形最好是薄壳及由平面的SURFACE组成,这样Adviser 才可以做最准确的计算。一般的规则是,在model中应尽量避免出现实心的圆锥形
9、或圆柱形结构,等等但假如以上的特征占model 的比例不是很大,就不需要做修改。由以上的观念可知在model里直接加入流道系统是不适当的。由以上得知唯有薄壳件,MPA的表达式才能精却的分析,但薄壳件的定义是什么呢?考虑model局部区域的长度和圖2圖1宽度的平均(如图1, 25和15的平均是20),确认厚度小于长宽平均数的1/4(如图1,3小于20的1/4),所以这个model是可接受的。如图2,左图是附合标准的,而右图是不合标准的。但若由人力判断model的分析的适合性是很费时的工作,MPA在分析时会自动的帮忙做这件事,如下图:第三章 塑料流动行为第一节 塑料射出成型品的设计一、塑料如何充填
10、模穴射出成型射出成型的过程可分为三个阶段: 充填阶段; 加压阶段; 补偿阶段。1、充填阶段充填阶段时塑料被射出机的螺杆挤入模穴中直到正好填满。当我们要设计一个产品必须要使用到射出成型的制程时,最重要的是了解塑料充填的过程。当塑料进入模穴时,塑料接触模壁时会很快的凝固,这会在模壁和熔融塑料之间形成凝固层。下列的图显示塑料波前如何随着塑料往前推挤时而产生的扩张。当流动波前到达模壁并凝固时,塑料分子在凝固层中没有很规则排列,一旦凝固,排列的方向性也无法改变。红色箭头代表熔融塑料的流动方向,蓝色层代表凝固层,而绿色箭头代表熔融塑料向模具的传热方向。2、 加压阶段:在模穴充填满之后紧接着是加压阶段,虽然
11、所有的流动路径在上一个阶段都已经充填完成,但其实边缘及角落都还有空隙存在。为了完全充填整个模穴,所以必须在这个阶段加大压力将额外的塑料挤入模穴。在下列图标中显示,模穴在充填阶段未期及加压阶段未期的差异,我们可以在左图的蓝色圆圈内看到未充填的死角。注意: 有时候“Confidence of Fill”的结果不能正确地预测短射,仍然显示良好的充填品质,但事实上可能有些区域不能被完全的充填。这是因为浇口位置不适当而不能使全部的区域都能得到足够的保压。3、补偿阶段:塑料从熔融状态冷凝固到固体时,会有大约25%的高收缩率,因此必须将更多的塑料射入模穴以补偿因冷却而产生的收缩,这是补偿阶段。二、 产品肉厚
12、如何影响塑料流动“A flow leader and A flow deflector”定义:“A flow leader” 是指增加流动路径的肉厚以增加该路径的塑料流速。“A flow deflector” 是指减少流动路径的肉厚以减少该路径的塑料流速。Flow leaders 和Flow deflectors:Flow leaders 及Flow deflectors常常用来使模穴内各流动路径能在相同的时间内充填完(即流动平衡)。通常最佳的浇口位置不一定能定义等长的流动路径,并且在多浇口的模具系统会产生不希望出现的熔接线,因此在设计允许的范围内改变厚度,可以改善流动的平衡状态。在下列范例中
13、,浇口位置设定在中央,流动路径1大于流动路径2,而流动路2大于流动路径3。第一个图为等厚度,但第二图为沿着流动路径1设置flow leader,沿着流动路径3设置flow deflector。在下图以颜色表示厚度,红色区域比绿色区域厚,绿色区域比蓝色区域厚。“flow leaders”和“flow deflectors”将会使各区域的充填时间更平衡,若精密的计算厚度会使流动更加平衡。注意: 假如可能,尽量使用”flow deflectors”代替”flow leaders”,如此可以达到相同的效果,又可以减少材料的使用。三、浇口位置(Polymer injection location)定义:
14、浇口位置即塑料射入模穴的位置。在MPA中因无流道系统,所以在各浇口会以相同的压力将塑料注入模穴,这压力在射出的过程会以指数的方式增加。浇口位置的主要考虑因素是流动平衡,也就是各流动路径在同一时间充填满。这可以预防先充满的区域发生过保压的现象。在下列的model中,这三个可能的浇口位置显示如何以改变浇口位置平衡塑料流动。改变浇口位置也可以用来改变熔接线及气孔的位置,减少滞流现象及其它的成型问题发生。在以上的范例中,浇口1及浇口2会在model的右方形成熔接线,当浇口移到3的位置时则会在右下方造成熔接线。 在一些案例中也许可以选择一个以上的浇口,再将产品均匀划分成几个区域,再分别指定浇口使各区域同
15、时充填满。注意: 在一般的规则中,浇口应该设定在较厚的区域,而不设定在较薄的区域。其它方法也可能用来平衡流动路径,包括flow leaders 与flow deflectors。四、 脱模角度(Tapering Walls)在射出成型的过程完毕后,为确保塑料件需顺利的顶出,平行于脱模方向的平面必须做斜角。假如没有设脱模角度:在图中蓝色圆圈里的部份没有设脱模角度。当顶出针(绿色)尝试将完成的塑料件(红色)顶岀模穴时,必须克服模壁与塑料件之间的摩擦力。摩擦力在顶出行程过程中,对塑料件顶出造成妨碍,并且造成变形及划伤。假如设了脱模角度:下面的范例为塑料件的相关平面加上脱模角度。这表示摩擦力的妨碍:一
16、开始顶出的时候就减少了。一旦塑料移动后摩擦力就消失了。注意: 一般而言1度的脱模角度就足够使塑料件顺利顶出。五、结晶性(Crystallinity)塑料分子是由原子组成的长链。下面的图标可知,长分子链能规则排列(结晶),无规则排列(非结晶),或是部分有规则(半结晶)。收缩、翘曲与结晶如果产品在所有的区域和方向上保持收缩一致,则它就不会产生翘曲。若产品在不同方向上收缩,就会产生翘曲。通常,结晶材料比非结晶材料收缩要大。这意味着产品在不同方向上结晶,也就会在不同方向上收缩,因此会产生翘曲。结晶的产生半结晶材料有着结晶的倾向,但是在成型中,结晶度受熔体冷却速率的影响。熔体冷却速率越快,结晶度就低,反
17、之亦然。如果产品的某个区域冷却速度慢,则这一区域有高的结晶性,因此收缩也会大一些。两个主要因素将影响熔体的冷却速率l 模温模温越高,维持高熔体温度的时间也越长,这将延迟熔体的冷却。l 几何尺寸肉厚薄的地方冷却快一点,因此收缩比较小。这是由于在注射成型中,厚的区域比薄的区域冷却慢,于是结晶度会大一点,并有大的体积收缩。另一方面,薄的区域冷却的较快,因此结晶度比较小,体积收缩也比用热力学数据(PVT)预测的要低。六、模具类型(Mold Types):两板模(Two-Plate Molds)两板模是最常用的模具类型,与三板模比较,两板模具有成本低、结构简单及成型周期短的优点。单模穴两板模许多单穴模具
18、采用两板模的设计方式,如果你的产品只用一个浇口,不要流道,那么塑料会由竖流道直接流到型腔中。多模穴与家族模穴两板模 你可以使用两板模在一模多穴和家族模穴模中,但是这种结构中限制进浇的位置,因为在两板模中流道和浇口也位于分模面上,这样他们才能随开模动作一起作业。 在你设计多穴模具之前,你应该分析单个成品(分析类型用Part Only)来决定浇口位置。如果分模面与浇口在同一线上,那么就能用两板模。当你设计一模多穴的模具时,到达流动平衡对你设计流道是重要的。对于一模多穴而言,使用常用的两板模结构,使各模穴的流动到达平衡不大可能,因此你或许要用三板模或者用热流道的两板模代替。采用热流道的两板模它能保证
19、塑料以熔融状态通过竖流道、横流道、浇口,只有到了模穴时才开始冷却、凝固。当模具打开时,成品(或冷流道)被顶出,当模具再次关闭时,流道中的塑料仍然是热的,因此可以直接充填模穴,此种模具中的流道可能由冷热两部分组成。采用热流道的两板模可以用来改变成三板模。 在这种模具中,进浇位置必需放在模穴中心,以避免在成品可见侧上留下痕迹,这就意味着流道必需远离分模面。(脱模时避免碰到划伤) 假设你使用热流道模具,流道不需顶出,因此流道远离分模面也不会引起任何问题。 热流道也适用于小产品的一模多穴模具中,假如有许多小产品,常用的流道系统可能会浪费许多材料,如果它不能回收的话。热流道的优点: 较少的废料,无需回收
20、 较不明显的浇口痕迹 可以不要切除浇口 缩短成型周期 可较大程度上控制模穴充填和胶体流动热流道的缺点: 较高的成本 难于改变材料颜色 易于出故障,特别是加热控制系统 对热敏性材料不适用对高数量、高品质的产品,采用热流道系统利大于弊。在有些案中,最好的结果也许是采用热流道与冷流道的结合。三板模(Three-Plate Molds)三板模的流道系统位于与主分模面平行的拨料板上,开模时拨料板顶出流道及衬套内的废料,在三板模中流道与成品将分开顶出。当整个流道系统不可能与浇口放于同一平板上时,使用三板模。这可能因为: 模具包含多穴或家族模穴; 一模一穴较复杂的成品需要多个进浇点; 进浇位置在不便于放流道
21、的地方; 平衡流动要求流道设计在分模面以外的地方。你也可以用热流道的两板模来解决上面的问题,但是三板模有其优势所在:三板模的优点 三板模的缺点比热流道易于制造 因顶出系统的原困,循环周期较长不易出故障 材料浪费较大对热敏性材料不会有劣化作用 需要较大的注射压力七、流道系统设计:浇口: 浇口、流道与竖流道是用来将熔胶从喷嘴传输到每个模穴的进浇位置的工具。下面的图解显示了多模穴两板模的典型流道系统:浇口连接流道与模穴,当你设计浇口时,你应当把下列因素考虑进去: 产品的表面质量 浇口的切除 所用的材料 顶出部分的体积在你设计流道系统之前,你应当对每个模穴运行Part Only分析,以找到最好的浇口位
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