【正文】 (217) (218) (219)高保壓壓力能夠降低產(chǎn)品收縮的機會,補充模穴的塑料越多,越可避免產(chǎn)品的收縮。因此，冷卻階段模腔內(nèi)物料的壓力和溫度變化歷程可由如下方程進行描述，模腔內(nèi)物料沿厚度方向的溫度變化控制方程為:δT/δt=α(δ2u/δy2) (210)初始條件：t=0，T=T0邊界條件: y=士b，T=Tw；y=0，δT/δy =0式中，α為聚合物材料的導熱系數(shù)(m/s2)。(2)模壁溫度保持不變。 冷卻過程控制方程從實質(zhì)上說，冷卻階段是恒定模腔體積、恒定制品重量下的冷卻收縮與壓力自然釋放過程。由這些方程加上描述材料特性的本構(gòu)關系和適當邊界條件可以準確描述注射成型充填過程。(7)忽略模腔內(nèi)壁的邊界層效應。(3)在充模流動過程中，可認為熔體是不可壓縮的，=0。因此雖然薄殼成型過程模擬采用精度較高的Cross_WLF模型，但模擬結(jié)果和實際實驗結(jié)果還存在一定的誤差。T 是一個參考溫度，通常被認為是材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，DAA2為模型常數(shù)，D2則對應著低壓下的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，D3是壓力影響系數(shù)，表示粘度的壓力依賴性，其準確數(shù)值要通過特定的粘度測試方法和數(shù)據(jù)分析程序才能獲得?，F(xiàn)代注射成型技術尤其是薄殼成型技術的出現(xiàn),已使注射壓力高達300MPa，如此高的壓力對粘度有著極其重要的影響，高壓作用下粘度明顯增加,粘度模型中如不考慮壓力對粘度的影響，模擬結(jié)果的誤差將隨著壓力的提高而不斷增大，因此Cross模型為多數(shù)流動模擬軟件所采用。因此注射成型越來越依賴于CAE分析技術，而開發(fā)分析軟件的一個先決條件是明確熔體剪切粘度與溫度、壓力、剪切速率等諸因素的關系，建立材料的粘度模型。Moldflow先如今還沒有廣泛應用于注塑成型工業(yè)，如果MoldFlow廣泛的應用于注塑成型工業(yè)，那么它必將取代傳統(tǒng)的憑經(jīng)驗或者手冊確定成型工藝參數(shù)的方法。本文中使用Moldflow軟件對設計的產(chǎn)品進行模具相關方面的設計和成型工藝方面的優(yōu)化分析。 MoldFlow軟件介紹Moldflow公司是專業(yè)從事注塑成型CAE軟件和咨詢公司，自1976年發(fā)行了世界上第一套流動分析軟件以來，一直主導塑料成型CAE軟件市場。影響注塑產(chǎn)品質(zhì)量的工藝參數(shù)很多,如果僅根據(jù)經(jīng)驗或者參考手冊,難以做到綜合考慮并合理搭配,難以設計出最佳注射工藝方案。這些都會帶動塑料工業(yè)的發(fā)展。最后針對結(jié)果使用正交試驗優(yōu)化了影響塑件翹曲的成型工藝參數(shù)，并提出了進一步優(yōu)化的方法。在成型過程中，工藝參數(shù)直接影響到模具內(nèi)熔體的流動狀態(tài)和產(chǎn)品的最終質(zhì)量，因此獲取最優(yōu)的工藝參數(shù)成為提高注塑制品質(zhì)量的前提條件。注射成型能一次成形狀復雜、尺寸精確的制品，適合高效率、大批量的生產(chǎn)方式，己發(fā)展成為熱塑性塑料最主要的成型加工方法。首先分析了注塑行業(yè)的現(xiàn)狀及趨勢，其次分析了Moldflow軟件模擬注塑過程的理論基礎，然后使用軟件進行模擬得出結(jié)果。保守估計，目前僅汽車行業(yè)就需要各種塑料制品200萬噸，電冰箱、洗衣機和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過2000萬臺，彩電的年產(chǎn)量己超過5000萬臺，到2010年，在建材行業(yè)，塑料門窗的普及率為30%，塑料管的普及率將達到50%。 注塑成型技術的現(xiàn)狀不同的工藝方案對注塑產(chǎn)品質(zhì)量有明顯影響。日本使用普及率達75%以上，美國和德國在60%以上，而我國則不足10%。Moldflow中的模擬分析工具主要有MPI/Flow模塊、MPI/Cool模塊、MPI/Warp模塊、MPI/Stress模塊、MPI/Shrink模塊、MPI/Optim模塊、MPI/Gas模塊、MPI/Fiber模塊和MPI/Reactive Molding模塊。這篇論文的最主要目的就是解決實際生產(chǎn)問題。注射成型過程中，非牛頓塑料熔體在模腔中做非等溫瞬態(tài)流動，熔體一方面因與低溫模具接觸而快速冷卻，另一方面因高速剪切作用又產(chǎn)生熱量，整個成型過程熔體同時承受著來自注射機的高壓壓力和模具的高速剪切，并伴隨著熔體固化、體積收縮、分子取向和可能的結(jié)晶過程，成型過程相當復雜。同時這兩種模型都是壓力敏感模型,都考慮了壓力對粘度的影響。該模型的表達式為： η（T，γP）=η0(T，P) ／{1+[(η0γ/τ*)1n]}] (21) η0(T，P)=D1exp[A1(TT) / {A2+(T T )}] (22)A2=A 2+D3P (23)T =D2+D3P (24)這是一個由7個參數(shù)(n、τ*、DDDAA2)構(gòu)成的粘度模型。如薄殼成型技術模擬過程中要考慮壓力對粘度的影響，甚至要求模型能夠預測成型過程中的材料降解(材料降解影響粘度)，考慮表面張力和模具表面粗糙度對成型過程的影響。(2)在熔體流動方向(x，y方向)上，相對于熱對流項而言，熱傳導項很小，可忽略不計。(6)在充模過程中，熔體溫度變化范圍不大，可以認為熔體的比熱容及導熱系數(shù)為常數(shù)。對于厚度方向尺寸遠小于其他方向尺寸的薄壁塑件,可以使用基于非穩(wěn)態(tài)、非等溫條件下的Hele2Shaw流動模型，建立描述該過程的連續(xù)性方程、運動方程和能量方程。連續(xù)性方程： (25)X方向上的動量方程： (26)y 方向上的動量方程: (27)能量守恒方程： (28) (29)式中, b 為型腔半厚，u、v 分別是 x 、y 方向的平均速度；ρ、Cp、k、t 分別為密度、比熱容、熱導率、時間,P、T 分別為熔體的壓力和溫度；η、V分別表示黏度和剪切速率?；谶@兩方面的原因，采用了Tait狀態(tài)方程，并作如下假定:(1)冷卻過程為沿厚度方向的一維非穩(wěn)態(tài)傳熱，且導溫系數(shù)為常數(shù)。(5)模腔內(nèi)制品不出現(xiàn)縮孔、氣孔等缺陷。M為制品質(zhì)量(Kg)。在較高的保壓力下,可使制件得到較大的密度,使收縮率減小 ,表面質(zhì)量提高。如今的手機變的越來越小，外觀越來越美觀。聚合物熔體在注塑過程中很難充滿薄壁塑件模具的型腔中，所以塑件薄的部分在注塑中很難成型，由此而導致的問題就是在塑件薄壁部分會產(chǎn)生翹曲。綜合考慮，本例使用大賽璐化學工業(yè)有限公司生產(chǎn)的牌號為Novalloy S 1100的ABS/PC材料作為注塑材料。因此也是本次實驗數(shù)據(jù)分析中所采用的主要運算工具。外形見圖33。 網(wǎng)格的狀態(tài)統(tǒng)計本例網(wǎng)格邊長為5mm。模具表面溫度，根據(jù)選擇的材料（PC/ABS）的特性選擇值為75℃。4，速度/壓力切換。保壓及冷卻過程中的壓力控制。6，開模時間。冷卻分析使用這個值來定義模具跟塑料接觸的時間。冷卻分析：用來分析模具內(nèi)的熱傳遞，主要包含塑件和模具的溫度、冷卻時間等。目的是獲得最佳保壓階段設置。利用Moldflow/MPI分析軟件，可以給用戶提供最佳澆口位置的參考。圖35 方案一充填結(jié)果方案二，采用對稱的雙澆口，其澆口位置和充填結(jié)果如圖36所示。因此方案三是合理的，在方案三成型工藝參數(shù)下，得到的結(jié)果也可以接受，這在下文分析中會涉及到。劃分完成后對網(wǎng)格狀態(tài)進行下統(tǒng)計，無誤后即可。本例采用手工創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)。圖39 冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)網(wǎng)格劃分對于設計的冷卻管，必須要進行網(wǎng)格劃分才能進行之后的計算與分析，設定單元網(wǎng)格邊長為15，對于設計的冷卻管進行網(wǎng)格劃分。制品的許多缺陷,如氣穴、熔接痕、短射乃至制品的變形、冷卻時間等,都與樹脂在模具中的流動方式有關。充填時間是一項非常重要的結(jié)果。第二,由于注射時間變長，注射速度減小，熔體各層之間的剪切速率減小，導致粘度加大，最終使得流動長度減小。分析得到的最大注塑壓力和最大鎖模力為我們選擇注塑機提供了參考。但是注射壓力增大會使塑件的殘余應力加大，所以在一定范圍內(nèi)，可以通過提升注射壓力的方式來提高塑料熔體的流動性。處于分型面上的氣泡非常容易通過分型面排出，可以不用考慮這些氣泡。三，由于型腔內(nèi)不可避免地存在氣體，因此熔體在流動過程中會將氣體聚集在型腔內(nèi)的某些部分。判斷氣穴造成的原因，只要觀察塑料制品的氣穴在開模時瞬時出現(xiàn)還是冷卻后出現(xiàn)，如果開模時出現(xiàn)，多半是物料問題，如果是冷卻后出現(xiàn)的則屬于模具或注塑條件問題。(2)至澆口封合為止，留有一定的補充注射料。(二)由于揮發(fā)性氣體的產(chǎn)生而造成的氣穴，解決的方法主要有:(1)充分進行預干燥。圖43給出了熔接痕的分布情況，熔接痕主要集中在塑件孔洞區(qū)域，該區(qū)域為安裝按鍵部分，不影響塑件的外觀效果。提高型腔內(nèi)熔體溫度的方法很多，提高模壁溫度、注射熔體溫度及調(diào)整流道的尺寸(提高摩擦熱)等都可以達到目的。(3)盡量減少脫模劑的使用。冷卻分析結(jié)果主要包括產(chǎn)品上表面溫度、產(chǎn)品下表面溫度、產(chǎn)品的溫度差異、冷凝時間和水路的冷卻液的雷諾數(shù)。對于中性面模型,MPI/ Cool 可以計算制品兩個側(cè)面的溫度差別。圖45 凍結(jié)時間 水路中冷卻液的溫度水路中冷卻液的溫度顯示冷卻液在水路中的溫度變化。是考慮了所有產(chǎn)生翹曲的因素后，對制品引發(fā)的最后總的變形。翹曲變形與塑件的收縮有關,一般均勻收縮只引起塑件體積上的變化,只有不均勻收縮才會引起翹曲變形。通過 CAE模擬分析軟件可對成型過程、結(jié)果進行預測,減少失誤,從而確定改進方案和措施。正交試驗可以科學合理的安排試驗，減少試驗次數(shù)，縮短試驗周期，最終提高經(jīng)濟效益。 成型參數(shù)值本方案中，分析模具溫度、熔體溫度、注射保壓、保壓壓力、保壓時間5個成型參數(shù)對塑件翹曲的影響，對這5個因素各設3個水平，其余工藝參數(shù)默認。此時模具溫度為65℃，熔體溫度為275℃，注射壓力為150MPa，保壓壓力為注射壓力的90%，保壓時間選擇8s。當然，正交試驗只是給出了在你設計的參數(shù)水平下的最優(yōu)組合，但也不一定就是最優(yōu)化的，工藝人員可以根據(jù)試驗結(jié)果再重新設計更加優(yōu)化的試驗，比如說可以不考慮對翹曲影響不是很大的工藝參數(shù)，這樣參數(shù)個數(shù)就減少了一個，最后的結(jié)果會更加準確。雖然注射壓力增大可以降低翹曲，但是，實際生產(chǎn)中，注射壓力增大意味著成本的提高，企業(yè)往往不會為了追求產(chǎn)品質(zhì)量的極致而加大產(chǎn)品生產(chǎn)的成本的，一般情況下，只要制件的翹曲不影響產(chǎn)品的使用，選擇一個恰當?shù)膲毫涂梢粤?。首先通過對比幾個不同的方案，得到了比較適合的澆口位置。在流動分析中，根據(jù)聚合物流變學理論，提出充填時間不應該過長，但也不能太短，要合理。在實際生產(chǎn)中可以將冷卻液的入口溫度輸入到軟件中進行冷卻效果的分析。最后以制件的翹曲為例，提出了使用正交試驗的方法優(yōu)化工藝參數(shù)，本文使用了正交試驗的方法確定了在本例中使產(chǎn)品翹曲值更小的成型工藝參數(shù)組合，并且得出了在本例中各成型參數(shù)對翹曲的影響程度，提出了進一步優(yōu)化正交試驗