第一章 注塑成型相關知識new

1、Autodesk Moldflow 培訓教材培訓教材李昭敏李昭敏海卓睿信息科技有限公司上海卓睿信息科技有限公司 2012 PiMold2前前 言言 由于塑料制品的應用日益廣泛，傳統(tǒng)的手工設計、制造已越來越難以滿足市場激烈競爭的需要。計算機輔助技術（CAE）的運用，正在各方面取代傳統(tǒng)的手工設計方式，并取得了顯著的經(jīng)濟效益，Moldflow就是行業(yè)中的佼佼者之一。 Moldflow是由美國Autodesk公司（收購了原Moldflow公司）發(fā)行的世界上最著名的塑料成型CAE分析軟件。 2012 PiMold3 Moldflow通過計算機數(shù)值模擬方法結合有限元分析方法來求解

2、塑料熔體在模腔內(nèi)流動、保壓、冷卻過程中各個物理量的變化，從而得出塑料熔體溫度場、壓力場、速度場的分布，進而預測填充、保壓、冷卻過程中潛在的各種問題。 由于其獨特的求解技術和精確的分析結果，使得Moldflow成為業(yè)界獨樹一幟的品牌，廣泛應用于航空航天、汽車、通信、材料、電子、快速消費品等各行各業(yè)，并成為許多大型企業(yè)的首選分析軟件。 2012 PiMold4模流分析為何備受關注？模流分析為何備受關注？產(chǎn)品設計模具設計試驗模具制作試模修模量產(chǎn)模具制作量產(chǎn)試模發(fā)生再次修模修模費用修模費用試模費用模具設計CAE分析量產(chǎn)結構設計試驗模具制作周期量產(chǎn)試模周期量產(chǎn)最終調整CAE驗證（試模）縮短開發(fā)的lead

3、 time減少試驗模具制作費用減少試模費用預先回避量產(chǎn)時可能出現(xiàn)的問題降低PLM的總體成本縮短供貨期 2012 PiMold5Moldflow的價值鏈的價值鏈試模成型,一次80以上成功率成型問題原因分析改善優(yōu)化分析工藝交互前期產(chǎn)品結構設計快速驗證R & D研發(fā)材料供應商熱流道廠商氣輔廠商結構設計詳細評估與工程認證-可行性分析-排位及流道優(yōu)化-水路優(yōu)化-工藝優(yōu)化注塑機廠商模具設計與制造 2012 PiMold6Moldflow 全球用戶超過全球用戶超過10000家家AutomotiveElectronicsMedical ConsumerMaterialsContract Manufac

4、turing 2012 PiMold7第一章第一章 注塑成型相關知識注塑成型相關知識第二章第二章 Moldflow軟件介紹軟件介紹第三章第三章 Moldflow快速入門快速入門 第四章第四章 網(wǎng)格劃分與修理網(wǎng)格劃分與修理第五章第五章 流道與水路建模流道與水路建模第六章第六章 分析類型與工藝設定分析類型與工藝設定內(nèi)內(nèi) 容容 簡簡 介介 2012 PiMold8第七章第七章 分析任務管理分析任務管理第八章第八章 結果解釋與后處理結果解釋與后處理第九章第九章 創(chuàng)建分析報告創(chuàng)建分析報告第十章第十章 數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)庫管理第十一章第十一章 Moldflow結果數(shù)據(jù)輸出接口結果數(shù)據(jù)輸出接口實例講解實例講解內(nèi)

5、內(nèi) 容容 簡簡 介介 2012 PiMold9第一章第一章 注塑成型相關知識注塑成型相關知識 目的 這章目的是回顧 注射成型過程 注射成型產(chǎn)品和模具 注塑機 高分子材料 意義 理解注塑成型和塑料流動行為是開始使用AMI的基礎 理解影響成型和最終產(chǎn)品的材料特性，以便更好地導入分析 2012 PiMold101.1注塑成型工藝原理注塑成型工藝原理注塑成型原理示意圖注塑成型是將塑料在加熱料筒中加熱塑化形成熔融狀態(tài)，然后由螺桿推擠到閉合模具的模腔中成型的一種方法。 2012 PiMold11加料斗加料斗料筒料筒螺桿螺桿模具模具 填充 模具閉合 螺桿向前推進，推動塑料熔體進入模腔 熔體表面冷卻 速度控制

6、 保壓 熔體繼續(xù)填充模腔，直到填滿 螺桿對熔體保持一定壓力 冷卻發(fā)生 澆口凍結 壓力控制注塑成型過程注塑成型過程 2012 PiMold12 冷卻 制件繼續(xù)冷卻直到足夠硬到能抵住頂出力為止 螺桿回退，為下次注塑儲存熔體 開模 模具打開 頂出制件 螺桿停止運動循環(huán)重復動作 2012 PiMold13周期時間:填充時間:保壓時間:冷卻時間:開合模時間:22Sec.19102注射成型周期注射成型周期每一次重復動作所需要的時間 2012 PiMold14塑料流動動力來源塑料流動動力來源 通過注塑壓力驅動熔體流動 熔體從高壓到低壓流動 注塑壓力順著流長降低主流道主流道壓力壓力流道流道澆口澆口制品制品前進

7、的前進的流動前沿流動前沿流動長度流動長度 2012 PiMold15注塑壓力注塑壓力 注塑壓力是推熔體到模腔所需的壓力，由注塑機提供 注塑機的最大注塑壓力 取決于液壓缸容量 通常140 180 Mpa左右 (20,000 26,000 psi) 高速電動注塑機可以達到300 Mpa (43,500 psi) 制品成型所需要的注塑壓力，主要由制品尺寸決定 2012 PiMold16定模（母模）定模（母模）動模（公模）動模（公模）模具是將熔融塑料成型為具有一定形狀制品的工具1.2 模具和成型品模具和成型品 2012 PiMold17Part CavityPolymer Entrance Point

8、Secondary RunnerGateCold Slug Well Primary RunnerSprue注塑成型品經(jīng)模具復制出來的塑料產(chǎn)品（包括制件和流道） 2012 PiMold181.3 注塑機簡介注塑機簡介加料斗加料斗螺桿螺桿 (Ram)料筒料筒液壓單元液壓單元模具模具將塑料熔化并注射到模具的設備 2012 PiMold19結構詳細圖結構詳細圖 2012 PiMold20止逆閥工作原理止逆閥工作原理雙向功能雙向功能 2012 PiMold21熱塑性高分子材料展望熱塑性高分子材料展望1.4 高分子材料高分子材料由分子量較高（100001000000）的化合物構成的材料 2012 PiM

9、old22 單詞 “polymer”是希臘語 : “poly” (很多) 和“mer” (部分)的結合 高分子聚合物被形象化地為描述為重復單元體的長鏈接構 2012 PiMold23高分子材料的分類高分子材料的分類 熱塑性高分子 單詞 “thermoplastic” 是希臘語 “therm”（熱） and “plastikos” （塑造性）的結合 材料被生成后能被加熱后重復使用 熱固性高分子 單詞 “thermoset” 是希臘語“therm” （熱）和“sets” (固定) 的結合 一旦材料被生成后將不能被熔融,再加熱將使材料分解 2012 PiMold24形態(tài)上的分類形態(tài)上的分類 無定型高

10、分子 在成型過程中分析保持同以結構 結晶型高分子 冷卻是緊密結構，加熱時無定型結構 2012 PiMold25CAE分析分析代表性特性代表性特性: :成型條件模具溫度熔融溫度最大剪切應力最大剪切速率流變特性黏度Juncture loss method coefficients（接合點消失法系數(shù)）轉變溫度流動系數(shù) (MFR)熱性能比熱熱傳導系數(shù)物理性能融體密度固體密度壓力體積溫度特性曲線 (pvT曲線)機械性能彈性模量泊松比剪切模量熱膨脹系數(shù)收縮性能收縮模式測試平均收縮率測試收縮率范圍 2012 PiMold26A.成型條件成型條件模具溫度樹脂接觸模具時模具的溫度n融化溫度- 樹脂開始進入型腔時

11、樹脂的溫度注射溫度材料能夠阻止被注射的溫度最大剪切應力材料發(fā)生降解時的最大剪切應力最大剪切速率材料發(fā)生降解時的最大剪切速率 2012 PiMold27B.流變特性流變特性黏度() 材料阻止流動的系數(shù)Juncture loss method coefficients計算當熔體經(jīng)過一個尺寸變化較大的通道時壓力的損失,如從流道進入澆口，n轉變溫度高分子冷卻，固化發(fā)生時的溫度無定型樹脂符合玻璃轉化溫度 (Tg)結晶型樹脂符合結晶溫度 (Tc)流動系數(shù) (MFR)描述融體流動難易程度的行業(yè)標準問題:低剪切速率時是間斷點每分鐘流經(jīng)固定通道的樹脂質量 (g/10 min) 2012 PiMold28黏黏度影

12、響因素度影響因素 黏性被如下因素影響 剪切速率 剪切時更容易流動 溫度 升高黏性降低 對薄壁產(chǎn)品很重要材料 黏性水 10-1 10聚合物 10,000玻璃 1020增加溫度剪切速率 (1/s)黏度(Pa-s)低流動阻力高流動阻力 2012 PiMold29C.熱性能熱性能比熱容 (Cp)材料保存熱量的能力. 用來衡量材料將熱量轉換為實際溫度升高的參數(shù)熱傳導系數(shù) (k)材料傳導熱量的能力. 衡量材料散熱速率的參數(shù)熱擴散系數(shù) ()熱傳導系數(shù)與熱量的比值Cpk 2012 PiMold30冷卻時間對材料的影響冷卻時間對材料的影響 冷卻時間決定于樹脂的熱傳導系數(shù),密度, 比熱容 這些特點決定了材料的熱擴

13、散能力密度(p)比熱容(Cp)熱傳導系數(shù)(k)冷卻時間變化 2012 PiMold31D.物理特性物理特性融體密度(m)材料熔融狀態(tài)下的密度固體密度(s)材料固體狀態(tài)下的密度特性曲線 (pvT 曲線描述材料在成型過程中壓力，體積，溫度關系的曲線 (pvT) 2012 PiMold32壓力體積溫度關系（壓力體積溫度關系（pvT 特性特性） p- 壓力 v- 體積 T- 溫度 描述改變壓力和溫度時材料體積的收縮膨脹性 保壓時材料的收縮隨壓力的增加減小 保壓時材料的收縮隨溫度的減小增加壓力溫度體積 2012 PiMold33 無定型樹脂符合玻璃轉化溫度 (Tg) 結晶型樹脂符合結晶溫度(Tc)無定型

14、材料pvT曲線0.800.850.900.951.001.051.10050100150200250300350溫度 C體積 cm3/g結晶型材料pvT 曲線050100150200250300350溫度 CP=0MPaP=50MPaP=100MPaP=150MPaP=200MPa 2012 PiMold34E.E.機械特性機械特性彈性模量(E)需要預測材料的拉伸剪切模量(G)材料特性極限內(nèi)剪切應力與剪切應變的比值泊松比()側向于軸向變形的比值. 理論上, 各向同性材料有一預測泊松比0.25.表示變形無太大改變( n的最大值是0.5）被用來描述剪切模量和彈性模量熱膨脹系數(shù)(CTE)材料的熱膨脹

15、性能和機械特性數(shù)據(jù)一起表述模型平行和垂直流動方向上的變化 2012 PiMold35F.收縮特性收縮特性a. 用于中性面和雙層面模型的收縮模型仿真時使用收縮模型. 最好使用材料默認的設定a. 殘余應變收縮預測方法需要收縮數(shù)據(jù)b. 殘余應力收縮預測方法未修正沒有收縮資料修正 (CRIMS)需要收縮數(shù)據(jù) 用于3D模型的收縮預測方法 2012 PiMold36b. 測試的平均收縮率顯示平行和垂直于流動方向平均收縮率,c. 測試的收縮率范圍顯示平行和垂直于流動方向最大最小收縮率 2012 PiMold371.5 常用塑料性能和用途常用塑料性能和用途 PP（聚丙烯） 俗稱百折膠，原料為類似白色蠟狀顆粒，

16、半透明，吸水性低于0.02%，屬半結晶材料。具有優(yōu)良的抗吸濕性、抗酸堿腐蝕性、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。 主要應用：薄膜制品、日用品、周轉箱、建筑材料、日常生活用品、家用電器外殼、汽車保險杠、車門、醫(yī)療器械、容器n ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 ） ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學單體合成，是非結晶性材料。每種單體都具有不同特性；丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。 主要應用：各種工業(yè)和家用電器外殼、內(nèi)筒和部件（空調機、電冰箱內(nèi)襯、打字機、照相機殼，電視機

17、殼），汽車（儀表板，工具艙門，車輪蓋，反光鏡盒等）和飛機的儀表部件與裝飾器材，以及文化辦公用品等 2012 PiMold38n AS（丙烯腈-苯乙烯共聚物 ） 又稱SAN，是一種堅硬、透明的材料。苯乙烯成份使AS堅硬、透明并易于加工；丙烯腈成份使AS具有化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。AS具有很強的承受載荷的能力、抗化學反應能力、抗熱變形特性和幾何穩(wěn)定性。 AS的應用大部分是利用其透明性，如燈具類、筆、透鏡、信號燈與車燈外殼、打火機、速度表玻璃、玩具、酒杯、工藝品、裝飾品及包裝材料等.n PS（聚苯乙烯） 大多數(shù)PS都是透明的、非晶體材料。PS具有非常好的幾何穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光學透過特性、電絕緣特性以

18、及很微小的吸濕傾向。它能夠抵抗水、稀釋的無機酸，但能夠被強氧化酸如濃硫酸所腐蝕，并且能夠在一些有機溶劑中膨脹變形。 主要應用：電視機、錄音機以及各種電器儀表零件、殼體、公用建筑透明部件、光學儀器、燈罩、儀器罩殼、包裝容器、日常用品、盒子、牙刷柄、圓珠筆桿、學習用具、兒童玩具 2012 PiMold39n PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯） 俗稱亞加力，有機玻璃，是透明的、非晶體材料。PMMA具有優(yōu)良的光學特性及耐氣侯變化特性。白光的穿透性高達92%。PMMA制品具有很低的雙折射，特別適合制作影碟等。PMMA具有室溫蠕變特性。隨著負荷加大、時間增長，可導致應力開裂現(xiàn)象。PMMA具有較好的抗沖擊特性。

19、主要應用：照明器具零件、透明板、防風玻璃、汽車尾燈、廣告燈、燈座、廣告牌、眼鏡、假牙、光學零件、醫(yī)療用品 n PC（聚碳酸脂） PC是一種非晶體工程材料，具有特別好的抗沖擊強度、熱穩(wěn)定性、光澤度、抑制細菌特性、阻燃特性以及抗污染性，同時具有非常好的透光性。 主要應用：計算機零件、電氣零件、精密機械零件、螺帽、齒輪、軸承、家庭用品、軟片、果汁機、吹發(fā)機、奶瓶、安全帽、汽車尾燈、眼鏡、光學零件 2012 PiMold40n PA（尼龍） 聚酰胺，又叫尼龍，與一般的塑料相比，它具有耐磨、強韌、質輕、耐藥品、耐熱、耐寒、易成型、自潤滑、無毒、易染色等優(yōu)點。室溫下PA具有較高的拉伸強度和沖擊強度，而且使

20、用溫度廣泛，一般可達-40-100。另外，它流動性好的特點。 主要應用：電飯鍋、電動吸塵器、高頻電子食品加熱器，電器產(chǎn)品的接線柱、開關和電阻器、汽車發(fā)動機汽缸蓋罩、散熱器水缸、醫(yī)療器械及精密儀器、傳動齒輪、摩托車頭盔、辦公用椅的角輪、座和靠背，冰鞋、釣魚線n POM （聚甲醛） 俗稱塑鋼， 是一種高結晶聚合物，具有表面光滑、有光澤、吸水性小尺寸穩(wěn)定、耐磨、強度高、自潤滑性好、著色性好，耐油、耐過氧化物。POM具有較好的綜合性能，其抗張強度、彎曲強度、耐疲勞強度，耐磨性和電性能都十分優(yōu)良，可在-40-100之間長期使用。 主要應用：汽車上的半軸、水泵葉輪、齒輪外殼、各式開關、軸承支架、調節(jié)器手柄

21、、電扳手外殼、開關手柄，還可制作電話、無線電、錄音機、錄象機、電視機、計算機、傳真機的零部件、計時器零件，錄音機磁帶座、齒輪、滾輪、軸承、輸送帶、彈簧、凸輪、螺栓、各種泵體、殼體、葉輪摩擦軸承座等 2012 PiMold41n PBT（聚對苯二甲酸丁二醇酯 ） PBT是最堅韌的工程熱塑材料之一，它是半結晶材料，有非常好的化學穩(wěn)定性、機械強度、電絕緣特性和熱穩(wěn)定性。 PBT吸濕特性很弱。結晶很迅速，這將導致因冷卻不均勻而造成彎曲變形 主要應用：汽車散熱器格窗、車身嵌板、車輪蓋、門窗部件、食品加工刀片、真空吸塵器元件、電風扇、頭發(fā)干燥機殼體、咖啡器皿、開關、電機殼、保險絲盒、計算機鍵盤按鍵n PE

22、T（聚對苯二甲酸乙二酯） PET具有很好的光學性能和耐候性，非晶態(tài)的PET具有良好的光學透明性，具有優(yōu)良的耐磨耗摩擦性和尺寸穩(wěn)定性及電絕緣性。PET做成的瓶具有強度大、透明性好、無毒、防滲透、質量輕、生產(chǎn)效率高等因而受到了廣泛的應用 主要應用：電氣插座、電子連接器、電飯煲把手、電視偏向軛，端子臺，斷電器外殼、開關、馬達風扇外殼、儀表機械零件、點鈔機零件、電熨斗、電磁灶烤爐的配件、流量控制閥、化油器蓋、車窗控制器、腳踏變速器、配電盤罩、齒輪、葉片、皮帶輪、泵零件、輪椅車體及輪子、燈罩外殼、照明器外殼、排水管接頭、拉鏈、鐘表零件 2012 PiMold42熱塑性材料全稱和縮寫熱塑性材料全稱和縮寫全

23、稱全稱縮寫縮寫Acetals (POM)POM, POM-HIAcrylics (PMMA)PMMA, PMMA+EAAcrylonitrile copolymers (ABS, ASA, .)ABS, AES, AMA, ASA, MABSBlends (PC+PBT, PC+ABS, .)ABS+PA, ABS+PA6, ABS+PA66, ABS+PBT, ABS+PC, ABS+PVC, ASA+PC, EPDM+PP, PA+ABS, PA+PO, PA+PP, PA+PPE, PA6+PA66, PA6+SAN, PA66+PPE, PA6I/6T, PA6T/6I, PBT+AS

24、A, PBT+PC, PBT+PET, PC+ABS, PC+AS, PC+ASA, PC+PBT, PC+PET, PC+PS, PC+PSU, PC+SAN, PEI+PC, PET+PBT, PET+PC, PMI+PMMA, PMMA+PC, PP BLEND, PP+EMPP, PP+EPDM, PP+EPR, PP+ERDM, PP+PA6, PP+PA66, PP+PE, PP+PMMA, PP+PPE, PP+PS, PP+SEBS, PP+TPE, PP+TPO, PPE+HIPS, PPE+PA, PPE+PA6, PPE+PP, PPE+PS, PPE+SB, PPO+P

25、A, PPO+PS, PS+PMAA, PS+PMMA, PVC+ABS, SMA+PPE, TPU+PCCellulosics (CA, CAP, CN, .)CAPCopolyesters (PCTG)PCTGCopolyester (PETG)PETGEthylene copolymers (EP, EPDM, .)E/VA, EMPP, EVA, EVOH 2012 PiMold43PEEK, PKKetone-based resins (PEEK, PAEK, .)PFAFluoropolymers (Teflon, )HCPP, PP, PP(CO), PP(HOMO), PP(I

26、CP), PP(RCP)Polypropylenes (PP)PPE, PPE+PA66, PPO, PPSPolyphenylenes (PPE, PPS, PPO, .)PEI, TPIPolyimides (PI, PEI, .)HDPE, LDPE, LLDPE, LMDPE, MDPE, PE, UHMWPE, VHMWPEPolyethylenes (PE)PBT, PBTP, PCT, PCTA, PETPolyesters (PET, PBT, )PCPolycarbonates (PC)PA, PA11, PA12, PA12/MACMI, PA12/MACMI+PA12, PA12/X, PA46, PA6, PA6+PA6I/6T, PA6/6, PA6/6T, PA