moldflow6.1中文教程第12章Insertmolding成型案例分析5397.pdf

第12 章 Insert molding 成型案例分析 12.1 Insert molding 成型原理 成型是指在模具型腔内装入预先准备的，然后合模进行塑胶的注射。熔融的塑胶材料充满以外的型腔空间，凝固后和成为一体，开模后作为整体一起被顶出。从的成型工艺可以看出，在塑胶制品内必须有牢固的定位，才不至于从塑胶制品上脱落。的材质多为金属。成型利用塑料的易成型性、弯曲性与金属的刚性、强度及耐热性相互组合补充可结实地制成复杂精巧的金属塑料一体化制品，如图所示。本案例中材质采用铝合金。图成型原理12.2 Insert molding 分析前处理 成型案例采用网格进行模拟分析。在生成最终的网格前，系统必须先在产品模型表面生成初始表面网格，并按照修补表面网格的程序消除一切表面网格缺陷，然后再转化成网格。需要注意的是，网格不能像表面网格那样可以直接删除再进行修补动作。如果必须删除模型里的网格，需先删除所有网格，之后将“网格类型”由转换成表面网格，如图所示，从源档模型重新划分表面网格并修补网格缺陷。在表面网格完好的情况下再将“网格类型”设置成，再次利用“生成网格”指令生成网格。所以对一个执行删除，就必须对整个模型重新进行网格划分。一般不建议这么做。因此建议用户在表面网格段一次性消除网格缺陷，不要遗留问题网格，否则即使不影响网格的划分，也会影响网格的质量，修改起来很麻烦。图转化网格类型 12.2.1 导入并添加模 在成型分析中，系统不仅分析熔融塑胶在型腔内的流动，同时计算腔内塑胶和及模具这三者之间热量传递对塑胶制品和成型效果的影响。和彼此收缩关系的相互影响12.2.1.1 导入塑胶制品模型并划分3D 网格 首先建立新的工程项目，导入制品模型。在导入时选择模型网格类型为网格，如图所示。图选择网格类型接下来对制品模型划分网格。点击“生成网格”按钮，弹出图的提示对话框，提示用户这一步操作将先生成初始表面网格。图提示对话框图划分初始表面网格 点击“确定”，弹出“生成网格”对话框，如图所示。在模型表面生成表面网格后，用户需要仔细检查表面网格是否存在缺陷。如果表面网格存在缺陷，参照一般修补表面问题网格的方法进行修补。在初始表面网格段，最大网格纵横比不要超过，建议的网格纵横比在或以下，这样有助于提高分析结果的精度。初始表面网格的边长值决定网格的边长值，所以不宜将初始表面网格的边长值设定得太大，这样生成的表面网格面积比较小，在模型厚度上划分多层网格后不会使内层网格过于扁平，接近表层的内层网格顶点不会有凸出模型表面的趋势。初始表面网格生成后，查看网格质量。点击“网格统计”按钮，弹出“网格统计”对话框，如图所示。图网格统计对话框在全部初始表面网格完好的情况下再次进行网格划分。点击“生成网格”按钮，弹出“生成网格”对话框，如图所示。网格划分有以下几个重要控制选项：图划分最终网格1.厚度方向的最小单元数：在制品上任意部位厚度上网格的最小层数。增加最小层数值会提高分析结果的精度，网格的数目和分析计算的时间同时也会增加；减少最小层数值，可能会降低某些分析结果的精度，尤其是一些涉及能量在模型厚度上传递的计算，比如温度等。针对常规分析类型，在厚度上保证层网格就可以得到准确的分析结果；对于特殊的分析，有时要求网格层数不能少于层。另外需要特别注意的是，初始网格边长值应应能够满足网格层数的划分。本案例中，由于涉及到塑胶与铝质之间热量传递与收缩的相互影响，将预生成的网格最小层数设置为 层。四面体纵横比控制：有两种控制方法，分别为“自动优化”式和“最大允许纵横比”式。划分网格采用最大纵横比控制法时，需手动设定允许的最大纵横比值。默认的最大纵横比值为，对于不同尺寸和厚度的产品，建议最大纵横比不要超过。厚度方向上的节点偏置：为了满足模型不同部位厚度上网格的划分，有两种节点偏置控制方式。为了从整体上保证网格划分的质量，建议采用默认的控制方式。点击“立即划分网格”指令，网格划分完成，如图所示。为制品厚度上网格的划分效果 图制品网格模型图模型局部厚度方向剖视图12.2.1.2 导入insert 模型并划分3D 网格 导入模型并划分网格。在同一个工程项目中导入模型，操作步骤参照导入塑胶制品模型的过程，同样将网格类型设置为网格，在模型厚度上保证层网格。赋予网格“制品镶件”的属性。选中所有网格，点击“编辑”下拉菜单中“指定属性”指令，弹出“指定属性”对话框，如图所示。点击“新建”按钮，选择“制品镶件”指令，点击“确定”。网格的颜色由蓝色变为灰色，如图所示。图“指定属性”对话框图网格将划分好网格的添加入塑胶制品案例中。点击“文件”下拉菜单中“添加”指令，弹出“选择要添加的模型”对话框，如图所示。将文件类型显示为档，选择所在的案例文件，然后双击它，模型便被成功导入塑胶制品模型所在的案例文件中，如图所示。模型网格的主要问题就是与塑胶制品模型网格在接触面处的吻合度问题。建议读者在转档时，对两个模型采取相同的控制精度（具体方法在前章中模型转档中已详细讲解过，请参考第三章、小结编辑输出模型的精度）：对塑胶制品档和档选择同一个坐标系，这样可以保证两个模型添加到一起后不出现错位；偏差控制采用相同的弦高和角度控制值，可以使两个模型添加到一起后在圆弧过渡处等非平面部位贴齐，消除两个模型接触面处网格间间隙和交错现象，使接触面处的网格处于良好接触状态。网格和塑胶制品网格的大小不必完全一样，但接触面部位的网格必须贴齐，如图所示。图“选择添加模型”对话框图添加到塑胶制品 图网格对比12.3 编辑insert 属性 如需编辑属性，选中网格，点击右键，选择属性，弹出“制品镶件（）”对话框，如图所示。首先选择材质，材质有两种，分别是金属质地和树脂质地，默认为金属质地。图“制品镶件”对话框点击后面的“选择”按钮，弹出“选择镶件材料”对话框，如图所示。系统默认的镶件材质为。图“选择镶件材料”对话框点击“选择”按钮，弹出“选择模具材料”对话框，如图所示。图“选择模具材料”对话框拖动滑动按钮，选择需要的模具材质。本案例中材质为铝 选择第一行点击“选择”按钮。便会出现在图的模具材料文本框中。点击图中的“编辑”按钮，弹出“模具属性”对话框。选择“属性”按钮，弹出“模具材料”属性对话框，如图所示。在这里可以编辑模具材料的各项属性数据，如模具比热、模具热 传导率、模具热 膨胀系数等。图“模具材料”对话框12.4 创建浇注系统 制品采用的成型材料为，牌号为，制造商为。采用扇形浇口、一模两穴成型。12.4.1 复制型腔 由于产品的造型呈流线型，一模两穴成型时为了简化模具结构，另一模穴从第一个模穴平移复制产生，如图所示，而非通常的旋转复制模穴产生。这样排穴模具公、母模侧的成型机构形状一致，便于模具型腔的加工。图制品与浇注系统主流道垂直于平面，两穴制品进浇点未在同一位置，分布于主流道两侧，如图所示。模具的分模面与制品造型的走势一致，呈流线状。为了便于流道的加工，将流道设计成和模具分模面走势一样的爬坡式流道。12.4.2 创建爬坡式流道 案例中两模穴采用爬坡式分流道。爬坡式分流道的创建过程如下：确定模具在制品上的分模面，如图所示。图制品上模分模面 确定进浇位置。由于两穴进浇点未在制品上同一位置，在选择进浇点位置时一定要注意两穴填充平衡性。制品上浇口如图、所示。图模穴一浇口位置图模穴二浇口位置创建分流道样条线的节点。利用主流道两侧制品上对应分模面处节点创建中心节点，如图所示。这些中心节点中有三个位置特殊的节点，分别是两个分流道与分流道的交点和一个主流道与分流道的交点。建议这三个从相关参照点直接偏移生成。图样条线节点创建分流道样条线。点击“创建曲线”中“样条曲线”指令，将图中的节点分四次创建 条相连的样条曲线，这四条曲线将分别作为两条分流道的轴线和两条分流道末端冷料井的轴线，如图所示。图分流道轴线创建爬坡式分流道。赋予图中轴线冷流道的属性，生成爬坡式分流道，如图所示。在划分分流道一维单元时，尽量保证每段轴线上不少于三节杆单元。图爬坡式分流道12.5 Insert molding 分析结果解析 在网格分析中，浇口尺寸采用浇口内有效流动面积，所以在结果显示中，浇口形状一般不是当初手动创建的截面形状，而已经被换算成截面形状为圆的圆柱或圆锥形浇口。查看网格分析结果时经常用到剖且平面，可以使用户清楚地看到制品厚度上量的变化。图为注塑过程中不同时刻熔融塑胶流动前沿的形态。图充填时间图为流动前沿处的温度。设定的初始熔体温度为。塑胶流动前沿的温度在靠近浇口附近有小幅上升，但在接近填充末端时，温度下降幅度较大，尤其在塑胶流经与贴齐的塑胶件肉厚最薄的区域后，温度降至。注意，如果流动前沿的温度在某一区域降至玻璃态温度以下，就会出现滞流或短射。图为流动前沿处的温度图为塑胶件的密度。密度结果显示的是塑胶是否受到均匀保压。型腔充满之后进入保压阶段，型腔内塑胶密度的不同引起补收缩材料的流动。如果 某一区域内塑胶密度小于周围区域，那么在保压段塑胶就会流向那个区域，直至型腔内塑胶的密度趋于一致。此时塑胶的流动会受到料流的可压缩性和热膨胀性的影响，如同在注射段一样。需要注意的是“密度（）”结果中显示的制品不同部位的密度值并不是制品完全冷却后的最终密度值，它记录的密度值发生在制品上一点压力为零或制品温度达到玻璃态温度（哪一种最先实现就以哪一种为准）时。制品在顶出后会继续冷却，密度还会发生变化。图密度图为制品在成型过程中厚度上温度的变化。注意制品的温度不能超过塑料的绝对熔体温度，否则塑料在型腔内可能发生分解。案例中成型材料的绝对熔体温度为，设置的熔体温度为，局部区域熔体温度上升幅度很大，说明塑胶在流动的过程中受到较多的摩擦热和剪切热，应注意降低注射速度，以防塑胶过热分解。图温度（）图为冷却结束时制品厚度上温度。图为冷却结束时模壁温度。图温度，制品图温度，模具图为冷却结束时镶件的温度。图为冷却结束时制品和模壁温度差。图温度，模具 图制品和模壁温度差图为制品和整体翘曲变形量和在三个轴向的单独变形量。图制品和翘曲变形量12.6 Insert molding 成型常见问题与解决方案 问题一：制品易开裂。解决方法：如果是因为塑胶材料与材质的热膨胀系数差异过大，塑胶件内的会妨碍塑胶件的整体收缩，与塑胶件之间产生很高的相互作用力，塑件与接触的部位会聚集过高的残余应力，如果超过塑胶的弹性极限，塑胶件就会开裂。这时可以尝试对进行预热，避免使高温熔融塑胶碰到温度很低的骤冷产生应力。另外应尽量选用与塑胶线膨胀系数相近的材质；改变浇口类型，将压力损失大的浇口改为压力损失小，可以 提高型腔内压力传递率的浇口类型，这样在不高的注射压力和保压压力下，同样可以成型出高品质制品；改善成型工艺，在可以保证制品成型质量的前提下将注射压力和保压压力、保压时间降至最低，减少塑件内残余应力的产生。问题二：注射过程中易移位，使制品产生毛边。解决方法：增强在模具上的定位；控制的制造公差，提高的精度；进浇位置不要太靠近，尽量避免塑胶进入型腔后直冲。控制熔融塑胶在浇口附近型腔的流速，使塑胶以较慢的流速经过浇口、进入型腔，形成平稳的流动前沿后再提高射速。本章小结 本章主要讲述了应用网格进行制品进模流分析，对网格的划分、设置过程及重要的分析结果进行了详细的讲解。并对成型中常见的问题与解决方法进行了列举，以期能对读者模拟分析制品时起到指导作用。思考与练习 的成型原理是什么？划分网格时应注意的问题有哪些？如何提高利用网格分析的精度？模拟分析制品（塑胶制品材质为，编号为；材质为，编号为，见光盘和小节）的成型过程。如何解决制品易开裂的问题？