基于MPI注塑制品的翘曲变形分析及优化

基于MPI注塑制品的翘曲变形分析及优化

模具技术2008.No.2

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文章编号:100124934(2008)0220035205

基于MPI注塑制品的翘曲变形分析及优化

朱俊杰

(广东工业大学　机电工程学院,广东　广州　510006)

摘　要:翘曲变形是注塑制品常见的质量缺陷,阐述了制件翘曲变形的基本理论模

型,介绍了翘曲分析流程,以鼠标下盖为例,运用MPI对其进行翘曲变形分析,同时通过优化工艺参数,以达到降低制品的翘曲量的目的,提高产品的成型质量,说明了MPI在注塑模具优化设计中的可靠性与实用性。关键词:注塑成型;MPI;翘曲变形;优化中图分类号:TP391.7　　　　文献标识码:A

Abstract:Warpageisacommonkindofqualityheparts.The

basictheorymodelandtheanalysisprocessinthispaper.Tak2ingtheofmousebottomasanexa,itsanalyzedbyMPI.Meanwhile,theprocessparameterswetohewarpageandimprovethequalityofprod2ucts.ItisiPIbleandeffectivetoinjection2moldingoptimizationde2sign.

Keywords:imolding;MPI;warpage;optimization

0　引言

随着塑料产品的不断发展,如手提电脑、手机等轻便、小巧的薄壳类产品,由于制件的壁很薄(一般为1-2mm),所以更容易出现收缩不均、翘曲、残余应力等缺陷。对于薄壳制品而言,翘曲变形严重影响制品的质量和精度。制件翘曲的基本原因是由于制件里面各方向收缩的不均,收缩不均使制件产生内应力,当该内应力超过材料的刚度时就会发生翘曲现象。运用

MPI(MoldflowPlasticsInsight)模流分析软件

因,通过改进与优化设计方案来降低产品的翘曲变形量,达到产品的设计要求。

1　翘曲变形的基本理论模型

目前,研究塑件翘曲变形的理论模型主要有2种:残余应变理论和残余应力理论。

1.1　残余应变理论

残余应变理论是经验性的,主要考虑收缩因素,模型如下:

S″=a1Mv+a2Me+a3Mo″+a4Mr+a5S′=a6Mv+a7Me+a8Mo′+a9Mr+a10

进行成型分析模拟,可以准确地预测塑料熔体的填充、保压、冷却情况以及塑件的收缩和翘曲变形等情况,找出产品产生翘曲变形的主要原

收稿日期:2007211228

作者简介:朱俊杰(19812),男,硕士研究生。

(1)(2)

式中:S″———平行于流动方向的线性收缩率

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S′———垂直于流动方向的线性收缩率Mv———体积收缩率Me———结晶度

Mo″———平行于流动方向的分子定向度Mo′———垂直于流动方向的分子定向度Mr———模具对翘曲变形约束的量a1-a10———对应具体材料与收缩性

有关的实验常数

1.2　残余应力理论

残余应力理论是理论性的、未考虑收缩率因素的,考虑收缩率因素的、修正的残留应力理论,它通过对注塑过程进行模拟,分析塑料制品在流动、保压及冷却过程中的应力积累,预测其翘曲变形。

σξ(t)-ξ(t′)]ξ(t)-ξ(t′)]dT(t′)Cij[-βij=ij[

t-∞-∞

∞

∞

图1　翘曲分析流程图

　　(1)冷却+流动+翘曲

(2)填充+冷却+流动+翘曲(3)流动+冷却+流动翘曲

∫∫

。后面2

度是均匀的所得到翘曲结果更准确。因此首选的分析序列是:冷却+流动+翘曲(Cool+

Flow+Warp),简称CFW。

(3)

式中:σ——应力张量ij—

Cij———β——ij—

ξ(t模型,考虑了一定注射压力下塑件冷却时的应力变化过程,其中包括冷却时的热应力和收缩引起的应力变化以及压应力。

3　实例分析

本文采用MPI技术对一鼠标下盖进行分

2　翘曲分析流程

翘曲分析是MPI中的一个翘曲分析模块,

用于分析整个塑件的翘曲变形(包括线性、线性弯曲和非线性),同时还可以指出产生翘曲的主要原因以及相应的补救措施。翘曲分析必须在方案的流动分析已经完成的基础上进行。图1显示了翘曲分析的一般流程,第一步是优化,翘曲分析是在冷却和流动已经优化完成后进行。第二步是决定翘曲的类型(仅用于中平面网格模型)、范围及原因。最后决定翘曲量是否可接受,如果不能接受就必须降低产品的翘曲量。

利用MPI对塑件进行翘曲分析有3种分析序列,分别是

:

析,塑件的外观长度最大尺寸为115mm×62

mm×20mm,厚度为2mm,所用的材料为GEPlastics(欧洲)公司的ABS材料,其牌号为Cy2colacT,另外要求产品底面的平面度小于0.5mm。

在进行成型分析前,首先要完成的工作主要包括:项目的创建和模型的导入;网格模型的建立与修改;进行最佳浇注口位置的分析,得到相对较优的浇注口位置在N794节点,创建浇注系统;最后完成冷却系统的创建。其结果如图2所示。

3.1　成型工艺条件分析

工艺参数影响着最终产品的质量,为降低产品的翘曲变形量,需要研究模具温度、熔体温

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部分工艺参数为:模具温度为53.33℃,熔体温度为260.00℃,注射时间为0.4246s。

成型工艺条件分析所确定的推荐的工艺参数是质量最高点的那组参数。查看填充质量图表,设置x轴为注射时间,y轴表示质量。如图

3所示,将模温和料温调整到屏幕输出文本中的

推荐值。质量曲线尖端的最大值即为填充质量的最高点(x=0.4246s,y=0.8746)。调整模温和料温,查看质量曲线的变化。多数情况下,有几组工艺参数可使质量达到同样的最大值。如果推荐值是不可行的,例如推荐的料温是在下限值,调整模温和料温到想查看的数值。通常是材料许可范围的中间值,具有较高的成型质量。

图2　模型的创建

度、注射时间和保压压力等工艺参数对变形的影响。成型工艺条件分析就是找出所要分析的产品的较优工艺条件,确定产品可能的成型工艺范围。根据分析的屏幕输出结果可知,其推荐的

图3　填充质量的xy图表

3.2　CFW分析

度要小于0.5mm,设置基准平面后检测到x方向的变形大于该值,显然产品不满足设计要求,因此需要降低产品的翘曲量。

3.3　优化过程

本文采用CFW分析序列,对于表面网格模

型,不用考虑翘曲分析类型,工艺参数方便对推荐值做适当的调整,控制模温为55℃,料温

260.00℃,注射时间为0.5s,其它为默认值,同

时选取查出翘曲原因选项,该选项的作用是判断产生翘曲变形的主要原因。

经过分析,从MPI生成的流动和翘曲分析输出的结果可以分别得到综合因素影响下的总变形、冷却因素引起的产品变形、收缩因素引起的产品变形以及分子定向因素引起的产品变形。如图4所示(用等值线图表示),其中图右边的标尺为变形量。

从图4中可以看到,收缩因素影响下的产品最大变形量为0.6069mm,所以收缩是产品翘曲变形的主要因素。

因为该产品模型的设计要求是产品的平面

以上分析可知,产品的翘曲量是不能接受的,必须降低产品的翘曲量,在模具的浇注系统和冷却系统已经确定的情况下,可以通过优化成型工艺来改善产品的翘曲,在理论上,根据型腔内保压过程的控制方程,理论数学模型表述如下:

(ρ)(ρ)

(ρ(4)+u)+v+w=0

5t5x55z

(5)-=0

zx(6)-=0

zy

()η2

ρ+u+vkTCp(T)=+γ

txz

(7)

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图4　式中:x,y———平面坐标

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