注塑工藝之模具溫度優化

2017-01-07 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在注塑成型過程中,模具溫度是我們比較關注的一個注塑參數。現場試模時,工藝工程師都必須要求模具溫度達到一定要求的時候才開始試模。在模具設計時,工程師也要求盡可能的設計好冷卻系統加強對模具溫度的控制、改善產品質量及注塑成型周期,可見模具溫度的重要性。本期將重點討論具溫度對成型影響及如何有效的控制優化模具溫度。

模具溫度形成原理

1. 注塑模的熱量傳輸。在注塑成型過程中,塑料在成型機料筒里通過加熱形成熔體后注入模腔內部,在后續存在四種基本的熱傳輸方式:強制對流、自然對流、傳導和熱輻射。注塑模熱量的輸入和輸出下圖所示。由塑料帶入注塑模的熱量,其中80%~95%通過模具金屬傳導至冷卻水管壁,然后遣散到冷卻水管中去。傳導至注塑機模板的熱量和從模具表面對流出去的熱量僅占總量的5%~15%,部分熱量通過熱輻射到周圍空間。在采用熱流道的情況下,也會向模具輸入熱量。在有些情況下,冷卻液的溫度大大高于環境溫度,此時冷卻液不是從模具吸收熱量,而是向模具輸入熱量。

2. 控制模具溫度的預備條件。模具溫度控制系統由模具、模溫機、導熱流體三部分組成。為了確保熱量能加給模具或移走,系統各部分必須滿足以下條件:首先是在模具內部,冷卻通道的表面積必須足夠大,流道直徑要匹配泵的能力。型腔中的溫度分布對零件變形和內在壓力有很大的影響。合理設置冷卻通道可以降低內在壓力,從而提高了注塑件的質量。它還可以縮短循環時間,降低產品成本。其次是模溫機必須能夠使導熱流體的溫度恒定在1℃-3℃的范圍內,具體根據注塑件質量要求來定。第三是導熱流體必須具有良好的熱傳導能力,最重要的是,它要能在短時間內導入或導出大量的熱量。

模具溫度對成型的影響

1. 模溫對產品外觀的影響。
較高的溫度可以改善樹脂的流動性,從而使制件表面平滑、有光澤,有效消除產品表面熔接痕、銀紋、表面浮纖等注射成型缺陷。特別是提高玻纖增強型樹脂制件的表面美感。

模具溫度低模具溫度高

而對于蝕紋面,如果模溫較低的話,融體較難充填到紋理的根部,使得制品表面顯得發亮,“轉印”不到模具表面的真實紋理,提高模具溫度和料溫后可以使制品表面得到理想的蝕紋效果

2.模溫對制品內應力的影響。
成型內應力的形成基本上是由于冷卻時不同的熱收縮率造成,當制品成型后,它的冷卻是由表面逐漸向內部延伸,表面首先收縮硬化,然后漸至內部,在這過程中由于收縮快慢之差而產生內應力。當塑件內的殘余內應力高于樹脂的彈性極限,或在一定的化學環境的侵蝕下時,塑件表面就會產生裂紋。

3.模溫對產品變形的影響
如果模具的冷卻系統設計不合理或模具溫度控制不當,塑件冷卻不足,都會引起塑件翹曲變形。對于模具溫度的控制,應根據制品的結構特征來確定陽模與陰模、模芯與模壁、模壁與嵌件間的溫差,從而利用控制模塑各部位冷卻收縮速度的不同,塑件脫模后更趨于向溫度較高的一側牽引方向彎曲的特點,來抵消取向收縮差,避免塑件按取向規律翹曲變形。對于形體結構完全對稱的塑件,模溫應相應保持一致,使塑件各部位的冷卻均衡。

4.模溫對成型周期的影響。
出去對成本的考慮,企業都希望模溫越低越好,這將降低塑膠冷卻的時間,從而降低整個成型周期。但在具體的項目中,高模溫對產品質量,如縫合線,流痕等外觀有改善作用,所以既要考慮外觀又要考慮成型周期的改善,兩者要兼顧起來。如果產品是結構件,不考慮外觀,相應的就可以選擇較低的模具溫度降低成型周期。而如果產品是外飾件或者家電類產品,就可能要選擇較高的模具溫度來先滿足外觀要求。

應用Moldflow優化設計改善模具溫度。

模具溫度的優化最終的目標:獲得均勻的冷卻效率。理想情況下,產品需要在同樣的時間冷卻,從而保證同樣的收縮降低收縮差異,其次獲得相同的目標模溫保證產品外觀質量均勻。實際情況下保證絕對的模溫均勻是很困難的,但是獲得相對均勻的模具溫度是可行的。

優化冷卻水路改善浮纖。
下圖由于產品內部模溫差太大導致產品表面浮纖,原方案內外溫差相差90deg.c. 經過增加冷卻鈹銅鑲件及改善冷卻水路設計,模溫內部分布較均勻解決了浮纖問題。

優化冷卻水路改善成型周期。

優化冷卻之后成型周期改善,新方案只需要90秒全部冷卻。

優化冷卻水路改善變形。

通過精確把握不同冷卻水路帶來的冷卻效率區別改善變形。如下是一個汽車產品的冷卻分流蓋。

運用高光成型技術(RHCM)改善產品外觀及成型周期。

高光成型技術也稱為高速高溫成型,在成型過程中的充填階段采用快速升高模溫,因模具的溫度高,可以保持充分的樹脂流動性,從而實現樹脂的快速注塑和填充;可以抑制樹脂在模具型腔表面產生凝固層,實現高光潔度的外觀,克服如扭曲變形、表面凹陷、溶接痕、流痕、波紋、銀條紋等不良成型缺陷。在冷卻階段,可使模具溫度快速降低,縮短了厚壁成形的注塑周期60‐70%。如下為應用Moldflow優化模具溫度得到傳統注塑與高光成型注塑結果對比。