工艺技术注塑工艺参数的优化选择

1、第 5 章 注塑工艺参数的优化选择注塑工艺参数包括模具温度、熔体温度、注射压力、保压压力、注射时间等 66 。前面的注塑成型过程分析比较都是在统一的注塑工艺参数下进行的， 没有考 虑到注塑工艺参数对注塑成型过程的影响。 即使浇注系统保持不变， 流动过程也 会随着注射时间、 熔温和模温等注塑工艺参数的变化而发生变化。 为确保流动过 程的合理性， 就需要考虑注塑工艺参数的影响。 在注塑成型过程中， 注塑成型工 艺参数如熔体温度、模具温度、注射压力、保压压力、注射时间和保压时间等都 会对塑件注塑成型后的成型周期、 塑件质量、 体积收缩率等有着很大的影响。 其 中塑料熔体温度和模具温度对注塑过程的影响

2、尤其显著， 塑料熔体温度和模具温 度的变化会直接影响到熔体在型腔内的流动情况。 如果塑料熔体温度升高， 流动 速率可能会增加， 这样就有利于充模； 但是如果塑料熔体温度过高就可能会引起 塑件烧焦甚至材料降解 67 。模具温度变化也会直接影响制品的生产效率和质量， 如果模温过高可能会延长塑件注塑成型周期， 就会降低生产效率； 如果模温过低 就可能会发生熔体滞留，造成欠注和熔接痕等缺陷 68。在传统的塑件注塑成型中， 注塑工艺参数的确定一般需要经过多次试模， 而 通过 Moldflow 的模拟分析就可以一次性确定注塑工艺参数。 Moldflow 中的注塑 工艺参数优化包括两种方法，一种是在 DOE

3、 模块进行优化分析，一种是在流动 分析模块进行优化分析。 DOE 模块的优化分析主要是对塑料熔体温度和模具温 度进行优化分析， 但是不能够对其它的注塑工艺参数进行优化分析， 这个也是目 前软件在 DOE 模块开发方面的限制， 有待科技的进一步发展。 DOE 模块的优化 分析是根据设置的变量情况， 软件自动运用类似正交实验的方法来分析塑料熔体 温度和模具温度对塑件各方面的影响情况， 然后经过对模拟结果的分析比较来确 定塑料熔体温度和模具温度。 流动分析的优化方法是在流动分析模块对注塑工艺 参数如保压压力、 注塑速率等进行优化选择的方法。 这种方法通过对被注塑工艺 参数影响较大的流动过程描述量如充

4、填时间、 体积收缩率、 残余应力和锁模力等 的比较分析来确定优化的注塑工艺参数。 下面将通过这两种方法来对注塑工艺参 数进行优化分析。5.1 DOE模块的熔体温度和模具温度优化选择下面将通过对重要描述量如循环时间、 体积收缩率、 注射压力等进行分析来 优化选择熔体温度和模具温度。5.1.1 DOE （流动）实验设置材料推荐的熔体温度为255C，模具温度65C为中间值，熔体温度范围在 235E -275C之间，模具温度范围在 45C-85C之间；以5C变化来设置，这样产 生9组水平（数值），设为1-9;设熔体温度为因子A，模具温度为因子B。设置 如表5-1参量，然后在软件中根据表中数据进行实验设

5、置。表5-1数据设置、水因、.平123456789A210C215 C220 C225 C230 C235 C240 C245 C250 CB17.5C22.5 C27.5 C32.5 C37.5 C42.5 C47.5 C52.5C57.5 C5.1.2熔体温度查看分析结果熔体温度是熔体注塑时的温度，熔体温度是重要的注塑工艺参数之一。下面将分析熔体温度的变化对循环时间、体积收缩率、注射压力和制品质量四个量的 影响。（1）循环时间循环时间指注塑成型周期，主要包括充填时间、保压时间、冷却时间等。循 环时间可以看出注塑效率，循环时间越短则注塑效率越高，企业生产效益就越好 69。下面将分析熔体温度变

6、化对循环时间的影响。图5-1随熔体温度变化的循环时间从图5-1可以看出，随着熔体温度的增加，循环时间先减小，当熔体温度到 达某个点时，循环时间最小，然后随着熔体温度的升高，循环时间也变大。从图 表看出，当熔体温度在258 °C时循环时间最小，此时注塑周期最短，生产效率最 高。所以从熔体温度角度来说，选择 258 C熔体温度。(2)体积收缩率体积收缩率指塑件固化收缩时体积的变化率。体积收缩率越小，则塑件的变 形会越好，塑件质量会越好。下面将分析熔体温度的变化对体积收缩率的影响。>4Mi"I.4U*miMBNOIBMrrtnin.i图5-2随熔体温度变化的体积收缩率从图5

7、-2可以看出，随着熔体温度的增加体积收缩率也变大，熔体温度增加 到某点时体积收缩率最大，然后随着熔体温度的增加，体积收缩率又变小。从图 表看出，当熔体温度在255 C时体积收缩率最大，熔体温度在 235 C时体积收缩 率最小。熔体温度235°C时体积收缩率最小，此时塑件变形会最小，塑件质量最 好。所以从体积收缩率角度来说，选择 235C作为熔体温度。(3)注射压力注射压力是注塑时注塑机对型腔施加的压力。注射压力是由液压压力提供 的，注射压力越小则所需的液压压力就越小，越能节省能量70。IZF.b科常ff卉利丽iEH a 3ifiP'1I7.E'11 kn1IIPKIH

8、 HD3-JilhfrY 琴 JJiTCtJl科.JrtUliMItiJi图5-3随熔体温度变化的注射压力从图5-3可以看出熔体温度变化时注射压力的变化情况。从图表中看出，随 着熔体温度的增加，注射压力基本成直线变小，在熔体温度为275C时，注射压力最小。在注射压力最小时，注塑机所施加的液压压力最小，所需的能量最小， 最能提高企业效益。所以，从注射压力角度来说，选择熔体温度为275C。制品质量制品质量是软件根据分析情况对塑件作的综合质量评价。越高，制品就越好71。制品质量随熔体温度的变化情况如图制品质量评价指数5-4所示。*.砂t.l«CX札»llL:.r、nkDij-ii

9、hJ-1VHjrauiHLQJFMJJ LUZE 事*图5-4随熔体温度变化的制品质量从图5-4可以看出熔体温度变化时，制品质量的变化情况。从图表看出，随 着熔体温度的增加，制品质量指数也是基本呈直线下降，熔体温度为235C时制品质量指数最大，此时制品质量最好。所以，从制品质量角度来说，选择235C为熔体温度。综上所述，从循环时间角度来说熔体温度为 258 E时最好，从体积收缩率来 说熔体温度为235C最好，从注射压力来说熔体温度为275C最好，从制品质量来说熔体温度235E最好。从循环时间图表可以看出，熔体温度的变化对循环时 间影响很小，综合考虑选择熔体温度为235 Eo5.1.3模具温度查

10、看结果和分析比较 循环时间flfl J5 7砂济ft* .-*3flAUpCI图5-5随模具温度变化的循环时间从图5-5可以看出，随着模具温度的增加，循环时间的变化情况。从图表看 出，随着模具温度的增加，循环时间成直线变小，当模具温度在85E时循环时间最小，此时注塑周期最短，生产效率最高。所以从模具温度角度来说，选择85 C模具温度。(2)体积收缩率变化7 <f1PHI诃I 5Z®* 1 UTQI fPIII rrn图5-6随模具温度变化的体积收缩率从图5-6可以看出，随着模具温度的增加，体积收缩率的变化情况。从图表看出，随着模具温度的增加，体积收缩率成曲线变小，当模具温度在8

11、5 r时体积收缩率最小，此时塑件变形会最小，塑件质量最好。所以从体积收缩率角度来 说，选择85 r作为模具温度。(3)注射压力模具温度对注射压力的影响如图5-7所示。11%二 Id图5-7随模具温度变化的注射压力UM从图5-7可以看出模具温度变化时注射压力的变化情况。从图表中看出，随着模具温度的增加，注射压力成曲线变小，在模具温度为85 r时，注射压力最小。在注射压力最小时，注塑机所施加的液压压力最小，所需的能量最小，最能 提高企业效益。所以，从注射压力角度来说，选择模具温度为85r。制品质量制品质量随模具温度的变化情况如图5-8所示图5-8随模具温度变化的制品质量从图5-8可以看出模具温度变

12、化时，制品质量的变化情况。从图表看出，随 着模具温度的增加，制品质量指数呈曲线下降，模具温度为45C时制品质量指数最大，此时制品质量最好。所以，从制品质量角度来说，选择45C为模具温度。综上所述，从循环时间角度来说模具温度为85 E时最好，从体积收缩率来说模具温度为85C最好，从注射压力来说模具温度为 85E最好，从制品质量来 说模具温度45C最好。从制品质量图表可以看出，模具温度的变化对制品质量 影响很小，综合考虑选择模具温度为 85C。5.2流动模块参数优化选择流动模块注塑工艺参数分析主要是对注射压力、 注射时间、保压压力、保压 时间进行优化选择。注射压力主要用来克服塑料熔体流动阻力；充填

13、阶段的注射 压力变化非常复杂，受到塑件形状结构、厚度分布、流道粗糙度等很多因素的影 响，所以充填阶段的注射压力是不可确定的因素， 注塑机设置的注射压力只是额 定注射压力72 0由于充填阶段的注射压力变化的不确定性， 一般充填过程都采用 注射速率控制方式来控制充填过程，所以充填阶段的注塑工艺参数优化选择只能 对注射速率进行而不能对注射压力和注射时间进行优化选择；注射压力和注射时间是通过对优化的注射速率进行流动分析后确定的。充填完成后进入保压阶段， 流动过程的控制就从注射速率控制进入压力控制，也就是 V （注射速率）/P （保 压压力）切换。 保压阶段就需要对保压压力进行优化选择， 而保压时间通过

14、优化 的保压压力可以确定。 下面将通过对流动过程重要描述量如充填时间、 体积收缩 率和残余应力（此处的描述量和 DOE 模块的是不同的）等的分析来对注射速率 和保压时间进行优化选择。521注射速率优化选择注射速率指单位时间注入模腔内的树脂量，一般用每秒注入多少的体积来表示，单位为cm3/s73。材料的注射速率范围一般为148cm3/s到168cm3/s，推荐的 注射速率是159cm3/s。以5cm3/s的变化来划分注射速率范围以设置注射速率量， 这样设置的变量为 148cm3/s、153cm3/s、158cm3/s、163cm3/s、168cm3/s。注射速 率主要对充填阶段影响，所以这里将列

15、举充填阶段被注射速率影响比较大的几个 量进行分析。下面将从充填时间和流动前沿处温度来分析注塑速率对充填阶段的 影响，以确定最佳注射速率。(1) 充填时间比较分析通过充填时间的比较分析可以找出最小充填时间所对应的注射速率，这时的注射速率从充填时间角度来说是最好的。不同注射速率的充填时间如图5-9。图5-9不同注射速率下的充填时间(a)注射速率为148cm3/s (b)注射速率153cm3/s (c)注射速率158cm3/s (d)注射速率163cm3/s时的充填时间(e)注射速率为168cm3/s从图5-9可以看出随着注射速率的增加，充填时间的变化情况。具体的变化 情况如表5-2。表5-2充填时

16、间随注射速率变化注射速率(cm3/s)148153158163168充填时间(s)5.6985.5065.3335.1695.01从表5-2中可以看出，随着注射速率的不断增加，充填时间不断减小。注射速率为148cm3/s时的充填时间最小，生产效率最高。从充填时间角度来说，选 择148cm3/s为注射速率。(2) 流动前沿处温度比较分析流动前沿处温度越高，塑件的热膨胀就会越严重，塑件变形就会越大，塑件 质量会越差；流动前沿处最高最低温度差异越大， 塑件的变形也会越大，质量也 会越差。不同注射速率的流动前沿处温度如图 5-10所示。耳再砂仙图5-10不同注射速率下的流动前沿处温度(a)注射速率为1

17、48cm3/s (b)注射速率153cm3/s(c)注射速率158cm3/s (d)注射速率163cm3/s时的充填时间 (e)注射速率为168cm3/s从图5-10中可以看出注射速率增加时流动前沿处温度的变化情况。具体的如表5-3。表5-3流动前沿温度随注射速率变化注射速率(cm3/s)148153158163168最大流动前沿处温度(C )262.3262.2262.1261.9261.8最小流动前沿处温度(C )254254.8254.8254.8254.8最高最低温度差异(C )8.37.47.37.17从表5-3中可以看出，随着注射速率的增加，最大流动前沿处温度降低，最 高最低温度差

18、异也降低。这样在注射速率为168 cm3/s时的最高流动前沿处温度最低，最高最低温度差异最小，此时的塑件因温度引起的变形会最小，塑件质量最好。所以，从流动前沿处角度来说，选择168cm3/s为注射速率是最好的。综上所述，从充填时间角度来说注射速率为148cm3/s时最好，从流动前沿处温度来说注射速率为168cm3/s最好。从充填时间图可以看出，注射速率的变 化对充填时间影响很小，所以以流动前沿处温度为依据选择注射速率为3168cm /s。522保压压力优化选择保压压力指塑件收缩后补缩时给型腔施加的压力。 塑件冷却固化时，密度变 大，体积收缩，这时为了得到完整的塑件就需要对型腔进行补缩， 就需要

19、对型腔 施加一定保压压力。材料的保压压力范围一般为140 MPa到160 MPa,对材料保 压压力范围的数据进行分析可以确定最佳保压压力。以5MPa的变化量对保压压 力范围进行设置，设置五组数据即140MPa、145MPa、150MPa、155MPa、160MPa。 保压压力一般对流动过程的体积收缩率、锁模力和型腔残余应力影响较大，下面 将从这几个方面进行研究。(1)顶出时的体积收缩率比较分析塑件冷却固化后就会产生体积收缩，体积收缩率越大，塑件的变形就会越大， 塑件的质量就会越差。下面将分析随着保压压力变化，顶出时体积收缩率的变化 情况。图5-11不同保压压力下的体积收缩率(a)保压压力为14

20、0MPa ( b)保压压力为145MPa (c)保压压力为150MPa ( d)保压压力为155MPa (e)保压压力为160MPa从图5-11可以看出随着保压压力的变化，体积收缩率变化情况。具体的一 些数据如表5-4表5-4体积收缩率随保压压力变化保压压力(MPa)140145150155160顶出时塑件最大体积收缩率()1.0580.94810.84230.73580.6327从表中可以看出，随着保压压力的增加，塑件顶出时塑件的最大体积收缩率 变小。保压压力为160MPa时塑件顶出时的最大体积收缩率最小，这时塑件的变形最小，所以从体积收缩率角度来说，选择保压压力为160MPa。(2)锁模力

21、比较分析锁模力指注塑时使动定模合闭所需要的力；将型腔内各点的熔体压力乘以其 在开模方向的投影面积再叠加就可以得到锁模力； 锁模力越大则所需要的液压压 力就越大，所耗的能量就会越大 网。图5-12不同保压压力下的锁模力(a)保压压力为140MPa ( b)保压压力为145MPa (c)保压压力为150MPa ( d)保压压力为155MPa (e)保压压力为160MPa从图5-12可以看出，锁模力随着时间和注塑速率的变化，锁模力的变化情 况。随着时间的增加，锁模力先增加到某个最大值，然后降低到零。随着保压压 力的变化，锁模力也在变化，具体变化情况如表 5-5。表5-5锁模力随保压压力变化保压压力(

22、MPa)140145150155160锁模力(tonne)16001650175018501900从表5-5可以看出，随着保压压力的增加，锁模力也增加。当保压压力为 140MPa时，锁模力最小，这时提供锁模力的液压压力最小，消耗能量最小。所 以从锁模力角度来说，选择保压压力为 140MPa时最好。(3) 第一主方向的型腔残余应力比较分析随着保压压力的变化，塑件第一主方向型腔残余应力的变化情况如图5-131 "常别黠淡即需btaMndBlhiULB'MW. U r-.r-l图5-13不同保压压力下的型腔残余应力(a)保压压力为140MPa ( b)保压压力为145MPa(c)保压压力为150MPa ( d)保压压力为155MPa (e)保压压力为160MPa具体的变化情况可以从表5-6中看出。表5-6型腔残余应力随保压压力变化保压压力(MPa)140145150155160塑件第一主方向型腔内的最大残余应力(MPa)72.2072.2072.2072.2072.20塑件第一主方向型腔内的最小残余应力(MPa)23.2821.9320.419.217.81最大最小残余应力差 (MPa)48.9250.2751.85354.39从表5-6中可以看出，随着保压压力的增加，塑件第一主方向