工藝技術(shù)注塑工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇

1、第5章注塑工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇注塑工藝參數(shù)包括模具溫度、熔體溫度、注射壓力、保壓壓力、注射時(shí)間等 66。前面的注塑成型過(guò)程分析比較都是在統(tǒng)一的注塑工藝參數(shù)下進(jìn)行的，沒有考慮到注塑工藝參數(shù)對(duì)注塑成型過(guò)程的影響。 即使?jié)沧⑾到y(tǒng)保持不變，流動(dòng)過(guò)程也 會(huì)隨著注射時(shí)間、熔溫和模溫等注塑工藝參數(shù)的變化而發(fā)生變化。為確保流動(dòng)過(guò)程的合理性，就需要考慮注塑工藝參數(shù)的影響。 在注塑成型過(guò)程中，注塑成型工 藝參數(shù)如熔體溫度、模具溫度、注射壓力、保壓壓力、注射時(shí)間和保壓時(shí)間等都 會(huì)對(duì)塑件注塑成型后的成型周期、 塑件質(zhì)量、體積收縮率等有著很大的影響。 其 中塑料熔體溫度和模具溫度對(duì)注塑過(guò)程的影響尤其顯著，塑料熔體溫度和模

2、具溫 度的變化會(huì)直接影響到熔體在型腔內(nèi)的流動(dòng)情況。如果塑料熔體溫度升高，流動(dòng)速率可能會(huì)增加，這樣就有利于充模；但是如果塑料熔體溫度過(guò)高就可能會(huì)引起 塑件燒焦甚至材料降解670模具溫度變化也會(huì)直接影響制品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量， 如果模溫過(guò)高可能會(huì)延長(zhǎng)塑件注塑成型周期，就會(huì)降低生產(chǎn)效率；如果模溫過(guò)低 就可能會(huì)發(fā)生熔體滯留，造成欠注和熔接痕等缺陷68。在傳統(tǒng)的塑件注塑成型中，注塑工藝參數(shù)的確定一般需要經(jīng)過(guò)多次試模， 而 通過(guò)Moldflow的模擬分析就可以一次性確定注塑工藝參數(shù)。Moldflow中的注塑 工藝參數(shù)優(yōu)化包括兩種方法，一種是在 DOE模塊進(jìn)行優(yōu)化分析，一種是在流動(dòng) 分析模塊進(jìn)行優(yōu)化分析。DO

3、E模塊的優(yōu)化分析主要是對(duì)塑料熔體溫度和模具溫 度進(jìn)行優(yōu)化分析，但是不能夠?qū)ζ渌淖⑺芄に噮?shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，這個(gè)也是目前軟件在DOE模塊開發(fā)方面的限制，有待科技的進(jìn)一步發(fā)展。DOE模塊的優(yōu)化 分析是根據(jù)設(shè)置的變量情況，軟件自動(dòng)運(yùn)用類似正交實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)分析塑料熔體 溫度和模具溫度對(duì)塑件各方面的影響情況，然后經(jīng)過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析比較來(lái)確 定塑料熔體溫度和模具溫度。流動(dòng)分析的優(yōu)化方法是在流動(dòng)分析模塊對(duì)注塑工藝 參數(shù)如保壓壓力、注塑速率等進(jìn)行優(yōu)化選擇的方法。這種方法通過(guò)對(duì)被注塑工藝 參數(shù)影響較大的流動(dòng)過(guò)程描述量如充填時(shí)間、體積收縮率、殘余應(yīng)力和鎖模力等 的比較分析來(lái)確定優(yōu)化的注塑工藝參數(shù)。 下面將通過(guò)這

4、兩種方法來(lái)對(duì)注塑工藝參 數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析。5.1 DOE模塊的熔體溫度和模具溫度優(yōu)化選擇下面將通過(guò)對(duì)重要描述量如循環(huán)時(shí)間、體積收縮率、注射壓力等進(jìn)行分析來(lái) 優(yōu)化選擇熔體溫度和模具溫度。5.1.1 DOE （流動(dòng)）實(shí)驗(yàn)設(shè)置材料推薦的熔體溫度為 255C,模具溫度65c為中間值，熔體溫度范圍在 235C-275c之間，模具溫度范圍在 45C-85c之間；以5c變化來(lái)設(shè)置，這樣產(chǎn) 生9組水平（數(shù)值），設(shè)為1-9;設(shè)熔體溫度為因子A,模具溫度為因子Bo設(shè)置 如表5-1參量，然后在軟件中根據(jù)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)置。表5-1數(shù)據(jù)設(shè)置、水 因、【123456789A210C215 c220 c225 c230

5、c235 c240 c245 c250 cB17.5C22.5 C27.5 C32.5 C37.5 C42.5 C47.5 C52.5C57.5 C5.1.2 熔體溫度查看分析結(jié)果熔體溫度是熔體注塑時(shí)的溫度，熔體溫度是重要的注塑工藝參數(shù)之一。 下面 將分析熔體溫度的變化對(duì)循環(huán)時(shí)間、體積收縮率、注射壓力和制品質(zhì)量四個(gè)量的 影響。（1）循環(huán)時(shí)間循環(huán)時(shí)間指注塑成型周期，主要包括充填時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間等。循 環(huán)時(shí)間可以看出注塑效率，循環(huán)時(shí)間越短則注塑效率越高，企業(yè)生產(chǎn)效益就越好 69。下面將分析熔體溫度變化對(duì)循環(huán)時(shí)間的影響。圖5-1隨熔體溫度變化的循環(huán)時(shí)間從圖5-1可以看出，隨著熔體溫度的增加，

6、循環(huán)時(shí)間先減小，當(dāng)熔體溫度到 達(dá)某個(gè)點(diǎn)時(shí)，循環(huán)時(shí)間最小，然后隨著熔體溫度的升高，循環(huán)時(shí)間也變大。從圖 表看出，當(dāng)熔體溫度在258c時(shí)循環(huán)時(shí)間最小，此時(shí)注塑周期最短，生產(chǎn)效率最 高。所以從熔體溫度角度來(lái)說(shuō)，選擇 258c熔體溫度。(2)體積收縮率體積收縮率指塑件固化收縮時(shí)體積的變化率。體積收縮率越小，則塑件的變 形會(huì)越好，塑件質(zhì)量會(huì)越好。下面將分析熔體溫度的變化對(duì)體積收縮率的影響。圖5-2隨熔體溫度變化的體積收縮率從圖5-2可以看出，隨著熔體溫度的增加體積收縮率也變大，熔體溫度增加 到某點(diǎn)時(shí)體積收縮率最大，然后隨著熔體溫度的增加，體積收縮率又變小。從圖 表看出，當(dāng)熔體溫度在255 c時(shí)體積收縮率

7、最大，熔體溫度在 235 c時(shí)體積收縮 率最小。熔體溫度235c時(shí)體積收縮率最小，此時(shí)塑件變形會(huì)最小，塑件質(zhì)量最 好。所以從體積收縮率角度來(lái)說(shuō)，選擇 235c作為熔體溫度。(3)注射壓力注射壓力是注塑時(shí)注塑機(jī)對(duì)型腔施加的壓力。注射壓力是由液壓壓力提供 的，注射壓力越小則所需的液壓壓力就越小，越能節(jié)省能量 70 0工 its irruj & 工也* *11 ，總井 工神/ irctji mm 界JrtumA rrtm圖5-3隨熔體溫度變化的注射壓力從圖5-3可以看出熔體溫度變化時(shí)注射壓力的變化情況。從圖表中看出，隨 著熔體溫度的增加，注射壓力基本成直線變小，在熔體溫度為275c時(shí)，注射壓力最小。

8、在注射壓力最小時(shí)，注塑機(jī)所施加的液壓壓力最小，所需的能量最小， 最能提高企業(yè)效益。所以，從注射壓力角度來(lái)說(shuō)，選擇熔體溫度為275 C o(4)制品質(zhì)量制品質(zhì)量是軟件根據(jù)分析情況對(duì)塑件作的綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)。制品質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù) 越高，制品就越好710制品質(zhì)量隨熔體溫度的變化情況如圖5-4所示。t.hp * . * mis 1， ；*-.孔16I-.,.- nm Z4U Hdui moLU nLD ju-B 工 tuzjijb圖5-4隨熔體溫度變化的制品質(zhì)量從圖5-4可以看出熔體溫度變化時(shí)，制品質(zhì)量的變化情況。從圖表看出，隨 著熔體溫度的增加，制品質(zhì)量指數(shù)也是基本呈直線下降，熔體溫度為 235C時(shí)制 品質(zhì)

9、量指數(shù)最大，此時(shí)制品質(zhì)量最好。所以，從制品質(zhì)量角度來(lái)說(shuō)，選擇235C為熔體溫度。綜上所述，從循環(huán)時(shí)間角度來(lái)說(shuō)熔體溫度為258c時(shí)最好，從體積收縮率來(lái)說(shuō)熔體溫度為235c最好，從注射壓力來(lái)說(shuō)熔體溫度為275c最好，從制品質(zhì)量來(lái)說(shuō)熔體溫度235c最好。從循環(huán)時(shí)間圖表可以看出，熔體溫度的變化對(duì)循環(huán)時(shí) 間影響很小，綜合考慮選擇熔體溫度為 235C 05.1.3 模具溫度查看結(jié)果和分析比較 (1)循環(huán)時(shí)間畀5修5I- -J圖5-5隨模具溫度變化的循環(huán)時(shí)間從圖5-5可以看出，隨著模具溫度的增加，循環(huán)時(shí)間的變化情況。從圖表看出，隨著模具溫度的增加，循環(huán)時(shí)間成直線變小，當(dāng)模具溫度在85c時(shí)循環(huán)時(shí)間最小，此時(shí)注

10、塑周期最短，生產(chǎn)效率最高。所以從模具溫度角度來(lái)說(shuō)，選擇 85 c模具溫度。(2)體積收縮率變化II倆.皿 tr|1 r?D4Mi jvui SJ MboSju ati) i a事 a*iqL-一一 - - - - - - - - - - 3 - - - - - - 一 圖5-6隨模具溫度變化的體積收縮率從圖5-6可以看出，隨著模具溫度的增加，體積收縮率的變化情況。從圖表 看出，隨著模具溫度的增加，體積收縮率成曲線變小，當(dāng)模具溫度在85c時(shí)體積收縮率最小，此時(shí)塑件變形會(huì)最小，塑件質(zhì)量最好。所以從體積收縮率角度來(lái) 說(shuō)，選擇85 c作為模具溫度。(3)注射壓力看靠且界箕* BII即r1I皿圖5-7隨

11、模具溫度變化的注射壓力UM模具溫度對(duì)注射壓力的影響如圖5-7所示。從圖5-7可以看出模具溫度變化時(shí)注射壓力的變化情況。從圖表中看出，隨著模具溫度的增加，注射壓力成曲線變小，在模具溫度為85c時(shí)，注射壓力最小。在注射壓力最小時(shí)，注塑機(jī)所施加的液壓壓力最小，所需的能量最小，最能提高企業(yè)效益。所以，從注射壓力角度來(lái)說(shuō)，選擇模具溫度為85Co（4）制品質(zhì)量制品質(zhì)量隨模具溫度的變化情況如圖5-8所示圖5-8隨模具溫度變化的制品質(zhì)量從圖5-8可以看出模具溫度變化時(shí)，制品質(zhì)量的變化情況。從圖表看出，隨 著模具溫度的增加，制品質(zhì)量指數(shù)呈曲線下降，模具溫度為45c時(shí)制品質(zhì)量指數(shù)最大，此時(shí)制品質(zhì)量最好。所以，從制

12、品質(zhì)量角度來(lái)說(shuō)，選擇45c為模具溫度。綜上所述，從循環(huán)時(shí)間角度來(lái)說(shuō)模具溫度為85C時(shí)最好，從體積收縮率來(lái)說(shuō)模具溫度為85c最好，從注射壓力來(lái)說(shuō)模具溫度為 85c最好，從制品質(zhì)量來(lái) 說(shuō)模具溫度45c最好。從制品質(zhì)量圖表可以看出，模具溫度的變化對(duì)制品質(zhì)量 影響很小，綜合考慮選擇模具溫度為 85 C。5.2 流動(dòng)模塊參數(shù)優(yōu)化選擇流動(dòng)模塊注塑工藝參數(shù)分析主要是對(duì)注射壓力、注射時(shí)間、保壓壓力、保壓時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化選擇。注射壓力主要用來(lái)克服塑料熔體流動(dòng)阻力；充填階段的注射 壓力變化非常復(fù)雜，受到塑件形狀結(jié)構(gòu)、厚度分布、流道粗糙度等很多因素的影 響，所以充填階段的注射壓力是不可確定的因素， 注塑機(jī)設(shè)置的注射壓力

13、只是額 定注射壓力720由于充填階段的注射壓力變化的不確定性，一般充填過(guò)程都采用注射速率控制方式來(lái)控制充填過(guò)程，所以充填階段的注塑工藝參數(shù)優(yōu)化選擇只能 對(duì)注射速率進(jìn)行而不能對(duì)注射壓力和注射時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化選擇；注射壓力和注射時(shí)間是通過(guò)對(duì)優(yōu)化的注射速率進(jìn)行流動(dòng)分析后確定的。充填完成后進(jìn)入保壓階段， 流動(dòng)過(guò)程的控制就從注射速率控制進(jìn)入壓力控制，也就是V （注射速率）/P （保壓壓力）切換。保壓階段就需要對(duì)保壓壓力進(jìn)行優(yōu)化選擇，而保壓時(shí)間通過(guò)優(yōu)化的保壓壓力可以確定。下面將通過(guò)對(duì)流動(dòng)過(guò)程重要描述量如充填時(shí)間、 體積收縮 率和殘余應(yīng)力（此處的描述量和 DOE模塊的是不同的）等的分析來(lái)對(duì)注射速率 和保壓時(shí)間進(jìn)

14、行優(yōu)化選擇。5.2.1 注射速率優(yōu)化選擇注射速率指單位時(shí)間注入模腔內(nèi)的樹脂量， 一般用每秒注入多少的體積來(lái)表 示，單位為cm3/s73。材料的注射速率范圍一般為148cm3/s到168cm3/s,推薦的 注射速率是159cm3/so以5cm3/s的變化來(lái)劃分注射速率范圍以設(shè)置注射速率量， 這樣設(shè)置的變量為 148cm3/s、153cm3/s、158cm3/s、163cm3/s、168cm3/s。注射速 率主要對(duì)充填階段影響，所以這里將列舉充填階段被注射速率影響比較大的幾個(gè) 量進(jìn)行分析。下面將從充填時(shí)間和流動(dòng)前沿處溫度來(lái)分析注塑速率對(duì)充填階段的 影響，以確定最佳注射速率。(1)充填時(shí)間比較分析通

15、過(guò)充填時(shí)間的比較分析可以找出最小充填時(shí)間所對(duì)應(yīng)的注射速率，這時(shí)的注射速率從充填時(shí)間角度來(lái)說(shuō)是最好的。不同注射速率的充填時(shí)間如圖5-9。圖5-9不同注射速率下的充填時(shí)間(a)注射速率為148cm3/s (b)注射速率153cm3/s (c)注射速率158cm3/s (d)注射速率163cm3/s時(shí)的充填時(shí)間(e)注射速率為168cm3/s從圖5-9可以看出隨著注射速率的增加，充填時(shí)間的變化情況。具體的變化情況如表5-2。表5-2充填時(shí)間隨注射速率變化注射速率(cm3/s)148153158163168充填時(shí)間(s)5.6985.5065.3335.1695.01從表5-2中可以看出，隨著注射速率

16、的不斷增加，充填時(shí)間不斷減小。注射速率為148cm3/s時(shí)的充填時(shí)間最小，生產(chǎn)效率最高。從充填時(shí)間角度來(lái)說(shuō)，選 擇148cm3/s為注射速率。(2)流動(dòng)前沿處溫度比較分析流動(dòng)前沿處溫度越高，塑件的熱膨脹就會(huì)越嚴(yán)重，塑件變形就會(huì)越大，塑件 質(zhì)量會(huì)越差；流動(dòng)前沿處最高最低溫度差異越大， 塑件的變形也會(huì)越大，質(zhì)量也 會(huì)越差。不同注射速率的流動(dòng)前沿處溫度如圖 5-10所示。圖5-10不同注射速率下的流動(dòng)前沿處溫度(a)注射速率為148cm3/s (b)注射速率153cm3/s(c)注射速率158cm3/s (d)注射速率163cm3/s時(shí)的充填時(shí)間 (e)注射速率為168cm3/s從圖5-10中可以看

17、出注射速率增加時(shí)流動(dòng)前沿處溫度的變化情況。具體的如表5-3。表5-3流動(dòng)前沿溫度隨注射速率變化注射速率(cm3/s)148153158163168最大流動(dòng)前沿處溫度(C)262.3262.2262.1261.9261.8最小流動(dòng)前沿處溫度(C)254254.8254.8254.8254.8最高最低溫度差異(C)8.37.47.37.17從表5-3中可以看出，隨著注射速率的增加，最大流動(dòng)前沿處溫度降低，最 高最低溫度差異也降低。這樣在注射速率為168 cm3/s時(shí)的最高流動(dòng)前沿處溫度最低，最高最低溫度差異最小，此時(shí)的塑件因溫度引起的變形會(huì)最小， 塑件質(zhì)量 最好。所以，從流動(dòng)前沿處角度來(lái)說(shuō)，選擇1

18、68cm3/s為注射速率是最好的。綜上所述，從充填時(shí)間角度來(lái)說(shuō)注射速率為148cm3/s時(shí)最好，從流動(dòng)前沿處溫度來(lái)說(shuō)注射速率為168cm3/s最好。從充填時(shí)間圖可以看出，注射速率的變 化對(duì)充填時(shí)間影響 很小，所以以流動(dòng)前沿處溫度為依據(jù)選擇注射速率為 3.168cm Is。5.2.2 保壓壓力優(yōu)化選擇保壓壓力指塑件收縮后補(bǔ)縮時(shí)給型腔施加的壓力。 塑件冷卻固化時(shí)，密度變 大，體積收縮，這時(shí)為了得到完整的塑件就需要對(duì)型腔進(jìn)行補(bǔ)縮， 就需要對(duì)型腔 施加一定保壓壓力。材料的保壓壓力范圍一般為140 MPa到160 MPa,對(duì)材料保 壓壓力范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以確定最佳保壓壓力。以5MPa的變化量對(duì)保壓壓

19、 力范圍進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置五組數(shù)據(jù)即140MPa、145MPa、150MPa、155MPa、160MPa。 保壓壓力一般對(duì)流動(dòng)過(guò)程的體積收縮率、鎖模力和型腔殘余應(yīng)力影響較大，下面 將從這幾個(gè)方面進(jìn)行研究。(1)頂出時(shí)的體積收縮率比較分析塑件冷卻固化后就會(huì)產(chǎn)生體積收縮，體積收縮率越大，塑件的變形就會(huì)越大， 塑件的質(zhì)量就會(huì)越差。下面將分析隨著保壓壓力變化，頂出時(shí)體積收縮率的變化 情況。圖5-11不同保壓壓力下白體積收縮率(a)保壓壓力為140MPa ( b)保壓壓力為145MPa (c)保壓壓力為150MPa ( d)保壓壓力為155MPa (e)保壓壓力為160MPa從圖5-11可以看出隨著保壓壓力

20、的變化，體積收縮率變化情況。具體的 些數(shù)據(jù)如表5-4表5-4體積收縮率隨保壓壓力變化保壓壓力(MPa)140145150155160頂出時(shí)塑件最大體積收縮率()1.0580.94810.84230.73580.6327從表中可以看出，隨著保壓壓力的增加，塑件頂出時(shí)塑件的最大體積收縮率 變小。保壓壓力為160MPa時(shí)塑件頂出時(shí)的最大體積收縮率最小， 這時(shí)塑件的變 形最小，所以從體積收縮率角度來(lái)說(shuō)，選擇保壓壓力為160MPa。(2)鎖模力比較分析鎖模力指注塑時(shí)使動(dòng)定模合閉所需要的力；將型腔內(nèi)各點(diǎn)的熔體壓力乘以其 在開模方向的投影面積再疊加就可以得到鎖模力； 鎖模力越大則所需要的液壓壓 力就越大，所

21、耗的能量就會(huì)越大740圖5-12不同保壓壓力下的鎖模力(a)保壓壓力為140MPa ( b)保壓壓力為145MPa (c)保壓壓力為150MPa ( d)保壓壓力為155MPa (e)保壓壓力為160MPa從圖5-12可以看出，鎖模力隨著時(shí)間和注塑速率的變化，鎖模力的變化情 況。隨著時(shí)間的增加，鎖模力先增加到某個(gè)最大值，然后降低到零。隨著保壓壓 力的變化，鎖模力也在變化，具體變化情況如表 5-5。表5-5鎖模力隨保壓壓力變化保壓壓力(MPa)140145150155160鎖模力(tonne)16001650175018501900從表5-5可以看出，隨著保壓壓力的增加，鎖模力也增加。當(dāng)保壓壓力

22、為 140MPa時(shí)，鎖模力最小，這時(shí)提供鎖模力的液壓壓力最小，消耗能量最小。所 以從鎖模力角度來(lái)說(shuō)，選擇保壓壓力為 140MPa時(shí)最好。(3)第一主方向的型腔殘余應(yīng)力比較分析隨著保壓壓力的變化，塑件第一主方向型腔殘余應(yīng)力的變化情況如圖5-13 飛3 ”/wMfW ._UMM_: _* . . . . . tlTE . . . 圖5-13不同保壓壓力下的型腔殘余應(yīng)力(a)保壓壓力為140MPa ( b)保壓壓力為145MPa(c)保壓壓力為150MPa ( d)保壓壓力為155MPa (e)保壓壓力為160MPa具體的變化情況可以從表5-6中看出。表5-6型腔殘余應(yīng)力隨保壓壓力變化保壓壓力(MPa)140145150155160塑件 A上方向型腔內(nèi)的最大殘余應(yīng)力(MPa)72.2072.2072.2072.2072.20塑件 A上方向型腔內(nèi)的最小殘余應(yīng)力(MPa)23.2821.9320.419.217.81最大最小殘余應(yīng)力差 (MPa)48.9250.2751.85354.39從表5-6中可以看出，隨著保壓壓力的增加，塑件第一主方向型腔內(nèi)的最