注塑工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第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、注射時間等66。前面的注塑成型過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)對注塑成型過程的影響。即使?jié)沧⑾到y(tǒng)保持不變，流動過程也會隨著注射時間、熔溫和模溫等注塑工藝參數(shù)的變化而發(fā)生變化。為確保流動過程的合理性，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、注射時間和保壓時間等都會對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注塑過程的影響尤其顯著，塑料熔

2、體溫度和模具溫度的變化會直接影響到熔體在型腔內(nèi)的流動情況。如果塑料熔體溫度升高，流動速率可能會增加，這樣就有利于充模；但是如果塑料熔體溫度過高就可能會引起塑件燒焦甚至材料降解67。模具溫度變化也會直接影響制品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，如果模溫過高可能會延長塑件注塑成型周期，就會降低生產(chǎn)效率；如果模溫過低就可能會發(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)過多次試模，而通過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，一種是在流動分析模塊進(jìn)行優(yōu)化分析。DOE模塊的

3、優(yōu)化分析主要是對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，軟件自動運用類似正交實驗的方法來分析塑料熔體溫度和模具溫度對塑件各方面的影響情況，然后經(jīng)過對模擬結(jié)果的分析比較來確定塑料熔體溫度和模具溫度。流動分析的優(yōu)化方法是在流動分析模塊對注塑工藝參數(shù)如保壓壓力、注塑速率等進(jìn)行優(yōu)化選擇的方法。這種方法通過對被注塑工藝參數(shù)影響較大的流動過程描述量如充填時間、體積收縮率、殘余應(yīng)力和鎖模力等的比較分析來確定優(yōu)化的注塑工藝參數(shù)。下面將通過這兩種方法來對注塑工藝參數(shù)

4、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)化選擇下面將通過對重要描述量如循環(huán)時間、體積收縮率、注射壓力等進(jìn)行分析來優(yōu)化選擇熔體溫度和模具溫度。5.1.1 DOE（流動）實驗設(shè)置材料推薦的熔體溫度為255，模具溫度65為中間值，熔體溫度范圍在235-275之間，模具溫度范圍在45-85之間；以5變化來設(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B。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)行實驗設(shè)置。表5-1 數(shù)據(jù)設(shè)置子平因水123456789A210215220225230235240245250B17.522.527.532.537.542.

5、547.552.557.55.1.2 熔體溫度查看分析結(jié)果熔體溫度是熔體注塑時的溫度，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循環(huán)時間、體積收縮率、注射壓力和制品質(zhì)量四個量的影響。(1) 循環(huán)時間循環(huán)時間指注塑成型周期，主要包括充填時間、保壓時間、冷卻時間等。循環(huán)時間可以看出注塑效率，循環(huán)時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循環(huán)時間的影響。圖5-1 隨熔體溫度變化的循環(huán)時間從圖5-1可以看出，隨著熔體溫度的增加，循環(huán)時間先減小，當(dāng)熔體溫度到達(dá)某個點時，循環(huán)時間最小，然后隨著熔體溫度的升高，循環(huán)時間也變大。從圖表看出，當(dāng)熔體溫度在258時循

6、環(huán)時間最小，此時注塑周期最短，生產(chǎn)效率最高。所以從熔體溫度角度來說，選擇258熔體溫度。(2) 體積收縮率體積收縮率指塑件固化收縮時體積的變化率。體積收縮率越小，則塑件的變形會越好，塑件質(zhì)量會越好。下面將分析熔體溫度的變化對體積收縮率的影響。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時體積收縮率最大，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時體積收縮率最大，熔體溫度在235時體積收縮率最小。熔體溫度235時體積收縮率最小，此時塑件變形會最小，塑件質(zhì)量最好。所以從體積收縮率角度來說，選擇235作為

7、熔體溫度。(3) 注射壓力注射壓力是注塑時注塑機對型腔施加的壓力。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。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275時，注射壓力最小。在注射壓力最小時，注塑機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，從注射壓力角度來說，選擇熔體溫度為275。 (4) 制品質(zhì)量制品質(zhì)量是軟件根據(jù)分析情況對塑件作的綜合質(zhì)量評價。制品質(zhì)量評價指數(shù)越高，制品就越好71。制品質(zhì)量隨熔體溫度的變化情況如圖5-4

8、所示。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，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235時制品質(zhì)量指數(shù)最大，此時制品質(zhì)量最好。所以，從制品質(zhì)量角度來說，選擇235為熔體溫度。綜上所述，從循環(huán)時間角度來說熔體溫度為258時最好，從體積收縮率來說熔體溫度為235最好，從注射壓力來說熔體溫度為275最好，從制品質(zhì)量來說熔體溫度235最好。從循環(huán)時間圖表可以看出，熔體溫度的變化對循環(huán)時間影響很小，綜合考慮選擇熔體溫度為235。5.1.3 模具溫度查看結(jié)果和分析比較(1) 循環(huán)時間圖5-5 隨模具溫度變化的循環(huán)時間從圖

9、5-5可以看出，隨著模具溫度的增加，循環(huán)時間的變化情況。從圖表看出，隨著模具溫度的增加，循環(huán)時間成直線變小，當(dāng)模具溫度在85時循環(huán)時間最小，此時注塑周期最短，生產(chǎn)效率最高。所以從模具溫度角度來說，選擇85模具溫度。(2) 體積收縮率變化圖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85時體積收縮率最小，此時塑件變形會最小，塑件質(zhì)量最好。所以從體積收縮率角度來說，選擇85作為模具溫度。(3) 注射壓力模具溫度對注射壓力的影響如圖5-7所示。圖5-7 隨模具溫度變化的注射壓力從圖5

10、-7可以看出模具溫度變化時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85時，注射壓力最小。在注射壓力最小時，注塑機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，從注射壓力角度來說，選擇模具溫度為85。(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，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45時制品質(zhì)量指數(shù)最大，此時制品質(zhì)量最好。所以，從制品質(zhì)量角度來說，選擇45為模具溫度。綜上所述，從循環(huán)時間角度來說模具溫度為

11、85時最好，從體積收縮率來說模具溫度為85最好，從注射壓力來說模具溫度為85最好，從制品質(zhì)量來說模具溫度45最好。從制品質(zhì)量圖表可以看出，模具溫度的變化對制品質(zhì)量影響很小，綜合考慮選擇模具溫度為85。5.2 流動模塊參數(shù)優(yōu)化選擇流動模塊注塑工藝參數(shù)分析主要是對注射壓力、注射時間、保壓壓力、保壓時間進(jìn)行優(yōu)化選擇。注射壓力主要用來克服塑料熔體流動阻力；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，注塑機設(shè)置的注射壓力只是額定注射壓力72。由于充填階段的注射壓力變化的不確定性，一般充填過程都采用注射速率控制方式來控制充

12、填過程，所以充填階段的注塑工藝參數(shù)優(yōu)化選擇只能對注射速率進(jìn)行而不能對注射壓力和注射時間進(jìn)行優(yōu)化選擇；注射壓力和注射時間是通過對優(yōu)化的注射速率進(jìn)行流動分析后確定的。充填完成后進(jìn)入保壓階段，流動過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。保壓階段就需要對保壓壓力進(jìn)行優(yōu)化選擇，而保壓時間通過優(yōu)化的保壓壓力可以確定。下面將通過對流動過程重要描述量如充填時間、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）等的分析來對注射速率和保壓時間進(jìn)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間注入模腔內(nèi)的樹脂量，一般用每秒注入多少的體積來表示，單位為c

13、m3/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/s。以5cm3/s的變化來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量進(jìn)行分析。下面將從充填時間和流動前沿處溫度來分析注塑速率對充填階段的影響，以確定最佳注射速率。(1) 充填時間比較分析通過充填時間的比較分析可以找出最小充填時間所對應(yīng)的注射速率，這時的注射速率從充填時間角度來說是最好的。不同注射速率的充填時間如圖5-9

14、。bca ed圖 5-9 不同注射速率下的充填時間 (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時的充填時間 (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，充填時間的變化情況。具體的變化情況如表5-2。表5-2 充填時間隨注射速率變化注射速率(cm3/s)148153158163168充填時間(s)5.6985.5065.3335.1695.01從表5-2中可以看出，隨著注射速率的不斷增加，充填時間不斷減小。注射速率為148cm3/s時的充填時間最小，生產(chǎn)效率最高。從充填時間角度

15、來說，選擇148cm3/s為注射速率。(2) 流動前沿處溫度比較分析流動前沿處溫度越高，塑件的熱膨脹就會越嚴(yán)重，塑件變形就會越大，塑件質(zhì)量會越差；流動前沿處最高最低溫度差異越大，塑件的變形也會越大，質(zhì)量也會越差。不同注射速率的流動前沿處溫度如圖5-10所示。bca ed圖5-10 不同注射速率下的流動前沿處溫度 (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時的充填時間 (e) 注射速率為168cm3/s從圖5-10中可以看出注射速率增加時流動前沿處溫度的變化情況。具體的如表5-3。表5-3 流動前沿溫度隨

16、注射速率變化注射速率(cm3/s)148153158163168最大流動前沿處溫度()262.3262.2262.1261.9261.8最小流動前沿處溫度()254254.8254.8254.8254.8最高最低溫度差異()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時的最高流動前沿處溫度最低，最高最低溫度差異最小，此時的塑件因溫度引起的變形會最小，塑件質(zhì)量最好。所以，從流動前沿處角度來說，選擇168cm3/s為注射速率是最好的。綜上所述，從充填時間角度來說注射速率為148cm3/s時最好

17、，從流動前沿處溫度來說注射速率為168cm3/s最好。從充填時間圖可以看出，注射速率的變化對充填時間影響很小，所以以流動前沿處溫度為依據(jù)選擇注射速率為168cm3/s。5.2.2 保壓壓力優(yōu)化選擇保壓壓力指塑件收縮后補縮時給型腔施加的壓力。塑件冷卻固化時，密度變大，體積收縮，這時為了得到完整的塑件就需要對型腔進(jìn)行補縮，就需要對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的變化量對保壓壓力范圍進(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

18、流動過程的體積收縮率、鎖模力和型腔殘余應(yīng)力影響較大，下面將從這幾個方面進(jìn)行研究。(1) 頂出時的體積收縮率比較分析流道最大體積收縮率塑件冷卻固化后就會產(chǎn)生體積收縮，體積收縮率越大，塑件的變形就會越大，塑件的質(zhì)量就會越差。下面將分析隨著保壓壓力變化，頂出時體積收縮率的變化情況。塑件最大體積收縮率cabed圖5-11 不同保壓壓力下的體積收縮率 (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的變化，體積收縮率變化情況。具體的一些數(shù)據(jù)如表5-4。表5-4 體

19、積收縮率隨保壓壓力變化保壓壓力(MPa)140145150155160頂出時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，塑件頂出時塑件的最大體積收縮率變小。保壓壓力為160MPa時塑件頂出時的最大體積收縮率最小，這時塑件的變形最小，所以從體積收縮率角度來說，選擇保壓壓力為160MPa。(2) 鎖模力比較分析鎖模力指注塑時使動定模合閉所需要的力；將型腔內(nèi)各點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，所耗的能量就會越大74。cbade圖5-12 不同保壓壓力下的鎖模力 (

20、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，鎖模力隨著時間和注塑速率的變化，鎖模力的變化情況。隨著時間的增加，鎖模力先增加到某個最大值，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)保壓壓力為140MPa時，鎖模力最小，這時提供鎖模力的液壓壓力

21、最小，消耗能量最小。所以從鎖模力角度來說，選擇保壓壓力為140MPa時最好。(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。cbaed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塑件第一主方向型腔內(nèi)的最大殘余應(yīng)力(MPa)72.2072.2072.2072.2072.20塑件第一主方向型腔內(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)的最大殘余應(yīng)力不變，塑件第一主方向型腔內(nèi)的最小殘余應(yīng)力變小，最大最小