注塑工藝之模具溫度優(yōu)化

2017-01-07 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

在注塑成型過(guò)程中,模具溫度是我們比較關(guān)注的一個(gè)注塑參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)試模時(shí),工藝工程師都必須要求模具溫度達(dá)到一定要求的時(shí)候才開(kāi)始試模。在模具設(shè)計(jì)時(shí),工程師也要求盡可能的設(shè)計(jì)好冷卻系統(tǒng)加強(qiáng)對(duì)模具溫度的控制、改善產(chǎn)品質(zhì)量及注塑成型周期,可見(jiàn)模具溫度的重要性。本期將重點(diǎn)討論具溫度對(duì)成型影響及如何有效的控制優(yōu)化模具溫度。

模具溫度形成原理

1. 注塑模的熱量傳輸。在注塑成型過(guò)程中,塑料在成型機(jī)料筒里通過(guò)加熱形成熔體后注入模腔內(nèi)部,在后續(xù)存在四種基本的熱傳輸方式:強(qiáng)制對(duì)流、自然對(duì)流、傳導(dǎo)和熱輻射。注塑模熱量的輸入和輸出下圖所示。由塑料帶入注塑模的熱量,其中80%~95%通過(guò)模具金屬傳導(dǎo)至冷卻水管壁,然后遣散到冷卻水管中去。傳導(dǎo)至注塑機(jī)模板的熱量和從模具表面對(duì)流出去的熱量?jī)H占總量的5%~15%,部分熱量通過(guò)熱輻射到周圍空間。在采用熱流道的情況下,也會(huì)向模具輸入熱量。在有些情況下,冷卻液的溫度大大高于環(huán)境溫度,此時(shí)冷卻液不是從模具吸收熱量,而是向模具輸入熱量。

2. 控制模具溫度的預(yù)備條件。模具溫度控制系統(tǒng)由模具、模溫機(jī)、導(dǎo)熱流體三部分組成。為了確保熱量能加給模具或移走,系統(tǒng)各部分必須滿足以下條件:首先是在模具內(nèi)部,冷卻通道的表面積必須足夠大,流道直徑要匹配泵的能力。型腔中的溫度分布對(duì)零件變形和內(nèi)在壓力有很大的影響。合理設(shè)置冷卻通道可以降低內(nèi)在壓力,從而提高了注塑件的質(zhì)量。它還可以縮短循環(huán)時(shí)間,降低產(chǎn)品成本。其次是模溫機(jī)必須能夠使導(dǎo)熱流體的溫度恒定在1℃-3℃的范圍內(nèi),具體根據(jù)注塑件質(zhì)量要求來(lái)定。第三是導(dǎo)熱流體必須具有良好的熱傳導(dǎo)能力,最重要的是,它要能在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)入或?qū)С龃罅康臒崃俊?

模具溫度對(duì)成型的影響

1. 模溫對(duì)產(chǎn)品外觀的影響。
較高的溫度可以改善樹(shù)脂的流動(dòng)性,從而使制件表面平滑、有光澤,有效消除產(chǎn)品表面熔接痕、銀紋、表面浮纖等注射成型缺陷。特別是提高玻纖增強(qiáng)型樹(shù)脂制件的表面美感。

模具溫度低模具溫度高

而對(duì)于蝕紋面,如果模溫較低的話,融體較難充填到紋理的根部,使得制品表面顯得發(fā)亮,“轉(zhuǎn)印”不到模具表面的真實(shí)紋理,提高模具溫度和料溫后可以使制品表面得到理想的蝕紋效果

2.模溫對(duì)制品內(nèi)應(yīng)力的影響。
成型內(nèi)應(yīng)力的形成基本上是由于冷卻時(shí)不同的熱收縮率造成,當(dāng)制品成型后,它的冷卻是由表面逐漸向內(nèi)部延伸,表面首先收縮硬化,然后漸至內(nèi)部,在這過(guò)程中由于收縮快慢之差而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)塑件內(nèi)的殘余內(nèi)應(yīng)力高于樹(shù)脂的彈性極限,或在一定的化學(xué)環(huán)境的侵蝕下時(shí),塑件表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。

3.模溫對(duì)產(chǎn)品變形的影響
如果模具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或模具溫度控制不當(dāng),塑件冷卻不足,都會(huì)引起塑件翹曲變形。對(duì)于模具溫度的控制,應(yīng)根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)特征來(lái)確定陽(yáng)模與陰模、模芯與模壁、模壁與嵌件間的溫差,從而利用控制模塑各部位冷卻收縮速度的不同,塑件脫模后更趨于向溫度較高的一側(cè)牽引方向彎曲的特點(diǎn),來(lái)抵消取向收縮差,避免塑件按取向規(guī)律翹曲變形。對(duì)于形體結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱的塑件,模溫應(yīng)相應(yīng)保持一致,使塑件各部位的冷卻均衡。

4.模溫對(duì)成型周期的影響。
出去對(duì)成本的考慮,企業(yè)都希望模溫越低越好,這將降低塑膠冷卻的時(shí)間,從而降低整個(gè)成型周期。但在具體的項(xiàng)目中,高模溫對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量,如縫合線,流痕等外觀有改善作用,所以既要考慮外觀又要考慮成型周期的改善,兩者要兼顧起來(lái)。如果產(chǎn)品是結(jié)構(gòu)件,不考慮外觀,相應(yīng)的就可以選擇較低的模具溫度降低成型周期。而如果產(chǎn)品是外飾件或者家電類產(chǎn)品,就可能要選擇較高的模具溫度來(lái)先滿足外觀要求。

應(yīng)用Moldflow優(yōu)化設(shè)計(jì)改善模具溫度。

模具溫度的優(yōu)化最終的目標(biāo):獲得均勻的冷卻效率。理想情況下,產(chǎn)品需要在同樣的時(shí)間冷卻,從而保證同樣的收縮降低收縮差異,其次獲得相同的目標(biāo)模溫保證產(chǎn)品外觀質(zhì)量均勻。實(shí)際情況下保證絕對(duì)的模溫均勻是很困難的,但是獲得相對(duì)均勻的模具溫度是可行的。

優(yōu)化冷卻水路改善浮纖。
下圖由于產(chǎn)品內(nèi)部模溫差太大導(dǎo)致產(chǎn)品表面浮纖,原方案內(nèi)外溫差相差90deg.c. 經(jīng)過(guò)增加冷卻鈹銅鑲件及改善冷卻水路設(shè)計(jì),模溫內(nèi)部分布較均勻解決了浮纖問(wèn)題。

優(yōu)化冷卻水路改善成型周期。

優(yōu)化冷卻之后成型周期改善,新方案只需要90秒全部冷卻。

優(yōu)化冷卻水路改善變形。

通過(guò)精確把握不同冷卻水路帶來(lái)的冷卻效率區(qū)別改善變形。如下是一個(gè)汽車產(chǎn)品的冷卻分流蓋。

運(yùn)用高光成型技術(shù)(RHCM)改善產(chǎn)品外觀及成型周期。

高光成型技術(shù)也稱為高速高溫成型,在成型過(guò)程中的充填階段采用快速升高模溫,因模具的溫度高,可以保持充分的樹(shù)脂流動(dòng)性,從而實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂的快速注塑和填充;可以抑制樹(shù)脂在模具型腔表面產(chǎn)生凝固層,實(shí)現(xiàn)高光潔度的外觀,克服如扭曲變形、表面凹陷、溶接痕、流痕、波紋、銀條紋等不良成型缺陷。在冷卻階段,可使模具溫度快速降低,縮短了厚壁成形的注塑周期60‐70%。如下為應(yīng)用Moldflow優(yōu)化模具溫度得到傳統(tǒng)注塑與高光成型注塑結(jié)果對(duì)比。

傳統(tǒng)注塑高光成型(RHCM)

通過(guò)Moldflow最新技術(shù)模擬異形水路精確改善模具溫度。

Moldflow最新版本提供了針對(duì)復(fù)雜水路的的冷卻仿真分析,也即隨形冷卻,可根據(jù)產(chǎn)品的形狀特征優(yōu)化冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì),獲得更均勻的模具溫度分布。如下為傳統(tǒng)冷卻水路及隨形冷卻獲得的冷卻效果對(duì)比。

傳統(tǒng)冷卻效果

隨形冷卻效果

模具溫度優(yōu)化總結(jié)

模具溫度是決定產(chǎn)品質(zhì)量及生成成本非常重要的因素之一,優(yōu)化模具溫度不僅要了解熱量的來(lái)源及熱傳輸過(guò)程,也要了解模具溫度如何影響產(chǎn)品的質(zhì)量和成型周期,通過(guò)Moldflow分析優(yōu)化在兩者之間找到最佳的平衡點(diǎn),從而獲得最佳的成型窗口。

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