第一章 注塑成型相关知识new

1、Autodesk Moldflow 培训教材培训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 由于塑料制品的应用日益广泛，传统的手工设计、制造已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机辅助技术（CAE）的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益，Moldflow就是行业中的佼佼者之一。 Moldflow是由美国Autodesk公司（收购了原Moldflow公司）发行的世界上最著名的塑料成型CAE分析软件。 2012 PiMold3 Moldflow通过计算机数值模拟方法结合有限元分析方法来求解

2、塑料熔体在模腔内流动、保压、冷却过程中各个物理量的变化，从而得出塑料熔体温度场、压力场、速度场的分布，进而预测填充、保压、冷却过程中潜在的各种问题。 由于其独特的求解技术和精确的分析结果，使得Moldflow成为业界独树一帜的品牌，广泛应用于航空航天、汽车、通信、材料、电子、快速消费品等各行各业，并成为许多大型企业的首选分析软件。 2012 PiMold4模流分析为何备受关注？模流分析为何备受关注？产品设计模具设计试验模具制作试模修模量产模具制作量产试模发生再次修模修模费用修模费用试模费用模具设计CAE分析量产结构设计试验模具制作周期量产试模周期量产最终调整CAE验证（试模）缩短开发的lead

3、 time减少试验模具制作费用减少试模费用预先回避量产时可能出现的问题降低PLM的总体成本缩短供货期 2012 PiMold5Moldflow的价值链的价值链试模成型,一次80以上成功率成型问题原因分析改善优化分析工艺交互前期产品结构设计快速验证R & D研发材料供应商热流道厂商气辅厂商结构设计详细评估与工程认证-可行性分析-排位及流道优化-水路优化-工艺优化注塑机厂商模具设计与制造 2012 PiMold6Moldflow 全球用户超过全球用户超过10000家家AutomotiveElectronicsMedical ConsumerMaterialsContract Manufac

4、turing 2012 PiMold7第一章第一章 注塑成型相关知识注塑成型相关知识第二章第二章 Moldflow软件介绍软件介绍第三章第三章 Moldflow快速入门快速入门 第四章第四章 网格划分与修理网格划分与修理第五章第五章 流道与水路建模流道与水路建模第六章第六章 分析类型与工艺设定分析类型与工艺设定内内 容容 简简 介介 2012 PiMold8第七章第七章 分析任务管理分析任务管理第八章第八章 结果解释与后处理结果解释与后处理第九章第九章 创建分析报告创建分析报告第十章第十章 数据库管理数据库管理第十一章第十一章 Moldflow结果数据输出接口结果数据输出接口实例讲解实例讲解内

5、内 容容 简简 介介 2012 PiMold9第一章第一章 注塑成型相关知识注塑成型相关知识 目的 这章目的是回顾 注射成型过程 注射成型产品和模具 注塑机 高分子材料 意义 理解注塑成型和塑料流动行为是开始使用AMI的基础 理解影响成型和最终产品的材料特性，以便更好地导入分析 2012 PiMold101.1注塑成型工艺原理注塑成型工艺原理注塑成型原理示意图注塑成型是将塑料在加热料筒中加热塑化形成熔融状态，然后由螺杆推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。 2012 PiMold11加料斗加料斗料筒料筒螺杆螺杆模具模具 填充 模具闭合 螺杆向前推进，推动塑料熔体进入模腔 熔体表面冷却 速度控制

6、 保压 熔体继续填充模腔，直到填满 螺杆对熔体保持一定压力 冷却发生 浇口冻结 压力控制注塑成型过程注塑成型过程 2012 PiMold12 冷却 制件继续冷却直到足够硬到能抵住顶出力为止 螺杆回退，为下次注塑储存熔体 开模 模具打开 顶出制件 螺杆停止运动循环重复动作 2012 PiMold13周期时间:填充时间:保压时间:冷却时间:开合模时间:22Sec.19102注射成型周期注射成型周期每一次重复动作所需要的时间 2012 PiMold14塑料流动动力来源塑料流动动力来源 通过注塑压力驱动熔体流动 熔体从高压到低压流动 注塑压力顺着流长降低主流道主流道压力压力流道流道浇口浇口制品制品前进

7、的前进的流动前沿流动前沿流动长度流动长度 2012 PiMold15注塑压力注塑压力 注塑压力是推熔体到模腔所需的压力，由注塑机提供 注塑机的最大注塑压力 取决于液压缸容量 通常140 180 Mpa左右 (20,000 26,000 psi) 高速电动注塑机可以达到300 Mpa (43,500 psi) 制品成型所需要的注塑压力，主要由制品尺寸决定 2012 PiMold16定模（母模）定模（母模）动模（公模）动模（公模）模具是将熔融塑料成型为具有一定形状制品的工具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注塑成型品经模具复制出来的塑料产品（包括制件和流道） 2012 PiMold181.3 注塑机简介注塑机简介加料斗加料斗螺杆螺杆 (Ram)料筒料筒液压单元液压单元模具模具将塑料熔化并注射到模具的设备 2012 PiMold19结构详细图结构详细图 2012 PiMold20止逆阀工作原理止逆阀工作原理双向功能双向功能 2012 PiMold21热塑性高分子材料展望热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较高（100001000000）的化合物构成的材料 2012 PiM

9、old22 单词 “polymer”是希腊语 : “poly” (很多) 和“mer” (部分)的结合 高分子聚合物被形象化地为描述为重复单元体的长链接构 2012 PiMold23高分子材料的分类高分子材料的分类 热塑性高分子 单词 “thermoplastic” 是希腊语 “therm”（热） and “plastikos” （塑造性）的结合 材料被生成后能被加热后重复使用 热固性高分子 单词 “thermoset” 是希腊语“therm” （热）和“sets” (固定) 的结合 一旦材料被生成后将不能被熔融,再加热将使材料分解 2012 PiMold24形态上的分类形态上的分类 无定型高

10、分子 在成型过程中分析保持同以结构 结晶型高分子 冷却是紧密结构，加热时无定型结构 2012 PiMold25CAE分析分析代表性特性代表性特性: :成型条件模具温度熔融温度最大剪切应力最大剪切速率流变特性黏度Juncture loss method coefficients（接合点消失法系数）转变温度流动系数 (MFR)热性能比热热传导系数物理性能融体密度固体密度压力体积温度特性曲線 (pvT曲線)机械性能弹性模量泊松比剪切模量热膨胀系数收缩性能收缩模式测试平均收缩率测试收缩率范围 2012 PiMold26A.成型条件成型条件模具温度树脂接触模具时模具的温度n融化温度- 树脂开始进入型腔时

11、树脂的温度注射温度材料能够阻止被注射的温度最大剪切应力材料发生降解时的最大剪切应力最大剪切速率材料发生降解时的最大剪切速率 2012 PiMold27B.流变特性流变特性黏度() 材料阻止流动的系数Juncture loss method coefficients计算当熔体经过一个尺寸变化较大的通道时压力的损失,如从流道进入浇口，n转变温度高分子冷却，固化发生时的温度无定型树脂符合玻璃转化温度 (Tg)结晶型树脂符合结晶温度 (Tc)流动系数 (MFR)描述融体流动难易程度的行业标准问题:低剪切速率时是间断点每分钟流经固定通道的树脂质量 (g/10 min) 2012 PiMold28黏黏度影

12、响因素度影响因素 黏性被如下因素影响 剪切速率 剪切时更容易流动 温度 升高黏性降低 对薄壁产品很重要材料 黏性水 10-1 10聚合物 10,000玻璃 1020增加温度剪切速率 (1/s)黏度(Pa-s)低流动阻力高流动阻力 2012 PiMold29C.热性能热性能比热容 (Cp)材料保存热量的能力. 用来衡量材料将热量转换为实际温度升高的参数热传导系数 (k)材料传导热量的能力. 衡量材料散热速率的参数热扩散系数 ()热传导系数与热量的比值Cpk 2012 PiMold30冷却时间对材料的影响冷却时间对材料的影响 冷却时间决定于树脂的热传导系数,密度, 比热容 这些特点决定了材料的热扩

13、散能力密度(p)比热容(Cp)热传导系数(k)冷却时间变化 2012 PiMold31D.物理特性物理特性融体密度(m)材料熔融状态下的密度固体密度(s)材料固体状态下的密度特性曲线 (pvT 曲线描述材料在成型过程中压力，体积，温度关系的曲线 (pvT) 2012 PiMold32压力体积温度关系（压力体积温度关系（pvT 特性特性） p- 压力 v- 体积 T- 温度 描述改变压力和温度时材料体积的收缩膨胀性 保压时材料的收缩随压力的增加减小 保压时材料的收缩随温度的减小增加压力温度体积 2012 PiMold33 无定型树脂符合玻璃转化温度 (Tg) 结晶型树脂符合结晶温度(Tc)无定型

14、材料pvT曲线0.800.850.900.951.001.051.10050100150200250300350温度 C体积 cm3/g结晶型材料pvT 曲线050100150200250300350温度 CP=0MPaP=50MPaP=100MPaP=150MPaP=200MPa 2012 PiMold34E.E.机械特性机械特性弹性模量(E)需要预测材料的拉伸剪切模量(G)材料特性极限内剪切应力与剪切应变的比值泊松比()侧向于轴向变形的比值. 理论上, 各向同性材料有一预测泊松比0.25.表示变形无太大改变( n的最大值是0.5）被用来描述剪切模量和弹性模量热膨胀系数(CTE)材料的热膨胀

15、性能和机械特性数据一起表述模型平行和垂直流动方向上的变化 2012 PiMold35F.收缩特性收缩特性a. 用于中性面和双层面模型的收缩模型仿真时使用收缩模型. 最好使用材料默认的设定a. 残余应变收缩预测方法需要收缩数据b. 残余应力收缩预测方法未修正没有收缩资料修正 (CRIMS)需要收缩数据 用于3D模型的收缩预测方法 2012 PiMold36b. 测试的平均收缩率显示平行和垂直于流动方向平均收缩率,c. 测试的收缩率范围显示平行和垂直于流动方向最大最小收缩率 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） 俗称百折胶，原料为类似白色蜡状颗粒，

16、半透明，吸水性低于0.02%，属半结晶材料。具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、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。 主要应用：薄膜制品、日用品、周转箱、建筑材料、日常生活用品、家用电器外壳、汽车保险杠、车门、医疗器械、容器n ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 ） ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成，是非结晶性材料。每种单体都具有不同特性；丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。 主要应用：各种工业和家用电器外壳、内筒和部件（空调机、电冰箱内衬、打字机、照相机壳，电视机

17、壳），汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等）和飞机的仪表部件与装饰器材，以及文化办公用品等 2012 PiMold38n AS（丙烯腈-苯乙烯共聚物 ） 又称SAN，是一种坚硬、透明的材料。苯乙烯成份使AS坚硬、透明并易于加工；丙烯腈成份使AS具有化学稳定性和热稳定性。AS具有很强的承受载荷的能力、抗化学反应能力、抗热变形特性和几何稳定性。 AS的应用大部分是利用其透明性，如灯具类、笔、透镜、信号灯与车灯外壳、打火机、速度表玻璃、玩具、酒杯、工艺品、装饰品及包装材料等.n PS（聚苯乙烯） 大多数PS都是透明的、非晶体材料。PS具有非常好的几何稳定性、热稳定性、光学透过特性、电绝缘特性以

18、及很微小的吸湿倾向。它能够抵抗水、稀释的无机酸，但能够被强氧化酸如浓硫酸所腐蚀，并且能够在一些有机溶剂中膨胀变形。 主要应用：电视机、录音机以及各种电器仪表零件、壳体、公用建筑透明部件、光学仪器、灯罩、仪器罩壳、包装容器、日常用品、盒子、牙刷柄、圆珠笔杆、学习用具、儿童玩具 2012 PiMold39n PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯） 俗称亚加力，有机玻璃，是透明的、非晶体材料。PMMA具有优良的光学特性及耐气侯变化特性。白光的穿透性高达92%。PMMA制品具有很低的双折射，特别适合制作影碟等。PMMA具有室温蠕变特性。随着负荷加大、时间增长，可导致应力开裂现象。PMMA具有较好的抗冲击特性。

19、主要应用：照明器具零件、透明板、防风玻璃、汽车尾灯、广告灯、灯座、广告牌、眼镜、假牙、光学零件、医疗用品 n PC（聚碳酸脂） PC是一种非晶体工程材料，具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性，同时具有非常好的透光性。 主要应用：计算机零件、电气零件、精密机械零件、螺帽、齿轮、轴承、家庭用品、软片、果汁机、吹发机、奶瓶、安全帽、汽车尾灯、眼镜、光学零件 2012 PiMold40n PA（尼龙） 聚酰胺，又叫尼龙，与一般的塑料相比，它具有耐磨、强韧、质轻、耐药品、耐热、耐寒、易成型、自润滑、无毒、易染色等优点。室温下PA具有较高的拉伸强度和冲击强度，而且使

20、用温度广泛，一般可达-40-100。另外，它流动性好的特点。 主要应用：电饭锅、电动吸尘器、高频电子食品加热器，电器产品的接线柱、开关和电阻器、汽车发动机汽缸盖罩、散热器水缸、医疗器械及精密仪器、传动齿轮、摩托车头盔、办公用椅的角轮、座和靠背，冰鞋、钓鱼线n POM （聚甲醛） 俗称塑钢， 是一种高结晶聚合物，具有表面光滑、有光泽、吸水性小尺寸稳定、耐磨、强度高、自润滑性好、着色性好，耐油、耐过氧化物。POM具有较好的综合性能，其抗张强度、弯曲强度、耐疲劳强度，耐磨性和电性能都十分优良，可在-40-100之间长期使用。 主要应用：汽车上的半轴、水泵叶轮、齿轮外壳、各式开关、轴承支架、调节器手柄

21、、电扳手外壳、开关手柄，还可制作电话、无线电、录音机、录象机、电视机、计算机、传真机的零部件、计时器零件，录音机磁带座、齿轮、滚轮、轴承、输送带、弹簧、凸轮、螺栓、各种泵体、壳体、叶轮摩擦轴承座等 2012 PiMold41n PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯 ） PBT是最坚韧的工程热塑材料之一，它是半结晶材料，有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性和热稳定性。 PBT吸湿特性很弱。结晶很迅速，这将导致因冷却不均匀而造成弯曲变形 主要应用：汽车散热器格窗、车身嵌板、车轮盖、门窗部件、食品加工刀片、真空吸尘器元件、电风扇、头发干燥机壳体、咖啡器皿、开关、电机壳、保险丝盒、计算机键盘按键n PE

22、T（聚对苯二甲酸乙二酯） PET具有很好的光学性能和耐候性，非晶态的PET具有良好的光学透明性，具有优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性及电绝缘性。PET做成的瓶具有强度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等因而受到了广泛的应用 主要应用：电气插座、电子连接器、电饭煲把手、电视偏向轭，端子台，断电器外壳、开关、马达风扇外壳、仪表机械零件、点钞机零件、电熨斗、电磁灶烤炉的配件、流量控制阀、化油器盖、车窗控制器、脚踏变速器、配电盘罩、齿轮、叶片、皮带轮、泵零件、轮椅车体及轮子、灯罩外壳、照明器外壳、排水管接头、拉链、钟表零件 2012 PiMold42热塑性材料全称和缩写热塑性材料全称和缩写全

23、称全称缩写缩写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