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(大朗模具设计培训)以CAE模流分析解决夹线问题

(大朗模具设计培训)以CAE模流分析解决夹线问题

分类:
技术论坛
来源:
www.xcjysj.com
2020/04/16 09:18
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   大朗模具设计培训:以CAE模流分析解决夹线问题

   ●以流动波前分布判断发生缝合线位置。注意熔接位置是否容许逃气,是否位于产品外观面或受力位置。

  以温度分布判断熔接温度。在高温区域产生的缝合线强度较低温者强。

  在可能发生熔接区域设置感测节点以得知熔接发生过程的温度及剪切应力变化历程。

利用模流分析结果找出造成缝合线的关键因素(材料、设计、成形条件),评估不同设计方案对缝合线问题改善的可行性。 

肉厚设计与缝合线

  图8显示一电话听筒塑件的原始肉厚设计及模流分析结果。采用塑料为PC。由于原始设计厚度分布平均变化自3~6mm,厚度差异所造成流动阻力的差异,使塑料在肉厚-肉薄区域所形成领先-落后流动,塑件中央区域形成缝合线。

  设计变更方案根据模流分析结果对产品肉厚进行局部掏除及修改,设变案的肉厚分布及模流分析结果见图9。可以发现中央握柄区域的不平衡流动现象已经克服,缝合线问题也获得改善。在变更成品局部厚度以移除逢合线时,亦须考虑制品内部组件配合空间与模具结构,再进行修模。   

材料考虑 

流动性较佳、容易维持料温的塑料熔接强度较强。

熔接线对于掺拌补强材料(Reinforcements)如玻纤(GF)、碳纤(CF)以及填料(Filler)较为敏感,减量使用 可使熔接强度增加。尤其对于长纤及高填充率者,由于纤维在熔接区域配向不良(几乎互相平行), 缝合线特别明显,强度也最弱。因此对于多点进浇或缝合线数目较多的塑件,避免采用高填充剂 含量及补强纤维含量,最好控制在10%-25%左右,以避免缝合线强度问题。 

回收料(Recycled Material)、润滑剂(Lubricant)、脱模剂(Mold Releases)及某些阻燃剂(Flame Retardant)容易包入空气及污染熔接面,造成熔接强度降低。 

对于未补强的非晶性塑料,提高料温是增加缝合强度较为有效的方法;模温一般设在塑料的玻璃转移温度以下,因此对熔接强度效果较有限。

对于结晶或半结晶性塑料,料温、模温、射速、脱模后的回火(Annealing)对于缝合强度均有所影响。
成形条件考虑: 温度效应 

提高料温使熔接温度增加以提升熔接强度。通常温度是影响熔接强度以及外观最明显的成形因
素。这是由于高温增加塑料分子链的活动力(Mobility),使熔接区域的分子扩散(Molecular Diffusion)
、缝合(Knitting)及纠缠(Entanglement)现象提升,破坏在熔接面的分子链平行配向情形,增加分子链
间相互穿插渗透的程度,因此使熔接强度随之增加。图1说明料温、模温对于熔接强度的影响。在
塑料成形温度范围内,提高料温使熔接强度增加,但若料温过高会造成塑料劣化(Degradation),反
使熔接强度下降。

提高模温以避免塑料冷却过快,使塑料因缓冷而有较长时间可以填满熔接痕处的缝隙,促使分子
链相互纠缠,破坏分子链配向,提高熔接强度。由图1可以看出提高模温较有利于熔接强度增加,
但效果未如料温明显。冷却液节流也有相同效果。   

成形条件考虑: 速度效应

缩短充填时间或提高射速以避免塑料过度冷却,并利用黏滞加热升高料温。

充填速度太快会使塑料波前分子链配向及排气不及问题加剧,反使熔接强度降低,如图2所示

成形条件考虑: 压力效应 

充填压力不足会产生较明显及较弱的缝合线,因此提高射压/保压、螺杆前进时间、保压时间,以增加缝合线接口有效压力(Effective Pressure),也会使熔接强度获得改善。

过高的充填压力会阻碍塑料分子链的配向松弛及纠缠现象,同时会使融接处的微观V形缺口尖锐化,造成应力集中,反使熔接强度降低,如图3所示。

由于温度越高,分子链间的活动力(Mobility)及扩散(Diffusion)越明显,熔接强度越强,因此应尽量让熔接发生于高温区域。 

避免冷熔接为第一优先,热熔接其次。 

成形条件考虑: 特殊设计 

采用延伸射嘴(Extended Nozzle)或热浇道(Hot Runner)可以更有效控制料温,提高熔接强度。

真空排气(Vacuum Venting):抽真空以协助排气并增加熔接强度。采用抽真空通常也有缩短成形时间的额外好处。

对于结晶性或半结晶性塑料可利用回火(Annealing)提高缝合强度。

采用特殊设计,如SCORIM射出机(Shear Controller Orientation Injection Molding Machine)、抽拉式射出机(Push-Pull Molding Machine),以及往复式心形销(Reciprocating Pin)等设计。基本观念就是在缝合线形成但未完全固化前,以机械方式强迫塑料在缝合线区域往复流动,以破坏缝合线界面分子链排向,增加分子链相互交错纠缠,以提升熔接强度。

CAE网格与分析技巧 

 ※要正确仿真出由产品设计所造成的缝合线问题,需注意肉厚要正确给定。

对于尺寸极小的顶销或心形销,若尺寸与使用元素相当,在建图时可予以忽略,因其对流动影响
 较小,同时所产生的缝合线也较不明显。

但若顶销或心形销两支以上成排或成列出现,即有可能形成缝合线而使强度变差,在分析时应加
 以考虑。

靠破孔位置的小孔影响流动甚巨,分析时不可忽略。

可利用Moldex[结果]显示中的[范围]功能,设定充填结束前(95%98%)的波前分布,以方便判
 读缝合线位置。亦可将充填过程利用[影音]功能制成动画文件,以方便找出可能产生熔接的位置。

 

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