MOLDFLOW技術(shù)的正確應用

CorrectApplicationsofMOLDFLOWTechnology徐昌煜

CharlesHsu2023年2月23日于合肥怎樣正確使用

Moldflow推薦的螺桿注射曲線Moldflow軟件在一次充填分析后會給出推薦的螺桿注射曲線(recommendedramspeedprofile)，若能正確用之使熔膠前沿恒常推動，成型品質(zhì)自可更佳；反之，差之毫厘謬以千里！試簡述之：

一模一腔的模具，熔膠自一10mm直徑x30mm長的熱流道進入模具，型腔的公稱厚度是1.3mm，分上、下游兩個區(qū)域，上游區(qū)30mm寬x100mm長，下游區(qū)60mm寬x60mm長(請注意，下游區(qū)寬度是上游區(qū)寬度的兩倍)。1006030?103060以塑料PP執(zhí)行一次充填分析，得到推薦的螺桿注射曲線:Sroke%ramspeed%0.0000

41.442410.000044.409920.000042.851130.000042.864040.000043.125750.000074.209060.0000100.000070.000088.079280.000086.096090.000085.8872100.000074.6927將上述（stroke%,ramspeed%）輸入moldflow并再次執(zhí)行充填分析，以主流道入口處B1單元為偵測點，得到主流道入口處流量對時間圖如下：充填的前半段是高流量(即螺桿速度高)，而后半段是低流量(即螺桿速度低)，但是設(shè)計的型腔的上游的MFA大約是下游的MFA的二分之一(因為上游流域?qū)挾仁窍掠瘟饔驅(qū)挾鹊亩种?，怎么會在前半段MFA小的時候螺桿速度反而快了、而在后半段MFA大的時候螺桿速度反而慢了呢?這與優(yōu)化的原則“constantMFV”或“螺桿速度應與當初的MFA成正比”是相違反的！所以，正確的輸入應是:

Stoke%ramspeed%100.000041.442490.000044.409980.000042.851170.000042.864060.000043.125750.000074.209040.0000100.000030.000088.079220.000086.096010.000085.88720.000074.6927總結(jié)

目前moldflowramspeedprofile的輸入是要以%stroke=100開始，而以%stroke=0結(jié)束，根據(jù)如此輸入的一系列(%stroke,%ramspeed)，輸出的%ramspeedvs%strokeplot，螺桿是從%stroke=100開始，而以%stroke=0結(jié)束，當我們看圖時，螺桿是自右向左移動注射的。但是moldflow經(jīng)過一次fillinganalysis之后自動輸出的Recommendedramspeed:XYplot螺桿卻是從%stroke=0開始，而以%stroke=100結(jié)束，當我們看圖時，螺桿是自左向右移動注射的。注射成型的多段螺桿速度控制

的理論與實務

TheTheoryandPractice

ofInjectionMolding

RamSpeedProfileControl徐昌煜

CharlesHsu先進成型技術(shù)學會

SocietyofAdvancedMoldingTechnology序言注射成型一般以螺桿的速度控制開始，繼之以熔體的壓力控制，直到全部澆口固化封凝、螺桿松退。速度控制可分多段控制，本文以實例探討螺桿速度對行程多段控制的理論與實務。螺桿速度對行程多段控制的理論背景注射融體進入成型制品的型腔之后，其前沿速度忽快忽慢、或走或停都不好，因為這么會產(chǎn)生遲滯痕、光澤不勻、應力分布不均等問題。融體前沿速度(MeltFrontVelocity或MFV)以保持恒定為原則，以維持制品質(zhì)量(尤其是表面質(zhì)量)的一致。恒定融體前沿速度(constantmeltfrontvelocity)是螺桿速度對行程多段控制的目的。至于反應螺桿速度的注射時間則以完畢型腔充填所須注射壓力最小為原則，能夠注射壓力(縱坐標)對注射時間(橫坐標)的U-型曲線的底部相相應的注射時間進行初始參數(shù)設(shè)定。舍此不為的代價是高射壓、高鎖模力、高殘余應力和注射不穩(wěn)定。螺桿速度對行程多段控制的理論背景

實務的作法是先以恒定融體前沿速度為前提，導出螺桿速度對行程的優(yōu)化曲線，再以此一曲線為基礎(chǔ)求得不同注射時間所須之充模射壓之U-型曲線。

優(yōu)化的注射時間就是相對于U-型曲線底部者。恒定螺桿速度的誤區(qū)圖1的入口流量恒定(即螺桿速度恒定)時，融體前沿速度(MFV)在入子的兩側(cè)細框區(qū)因融體前沿面積(MeltFrontArea或MFA)減小而加緊的情形。這會造成圖中入子兩側(cè)細框區(qū)產(chǎn)生高剪切應力，然而，在入子的上下游的寬框區(qū)因融體前沿面積較大所產(chǎn)生的剪切應力較低，使得制品表面的應力分布不均，收縮差別大、光澤不同及翹曲變形的傾向較大。圖1恒定螺桿速度使得制品質(zhì)量不一恒定螺桿速度的誤區(qū)然而在不知怎樣優(yōu)化螺桿速度對行程曲線以及不明白恒定螺桿速度遺患的情形下，隨波逐流的采用恒定螺桿速度設(shè)定的業(yè)者比比皆是。這是何其悲痛的一件事。螺桿速度當慢不慢的后患螺桿速度當慢不慢最常引起的問題往往發(fā)生在澆口下游，如霧斑(blush)、澆口暈(corona)、銀紋(silverstreak)、噴流痕(jettingmark)等。料花(splay)、黃化、氣痕(gasmark)、焦痕(burnmark)、變形(warpage)等問題也可能肇因于螺桿速度當慢不慢。圖2是一聚苯乙烯(PS)的置物盒，公稱厚度(nominalthickness)2.5mm。圖2是一聚苯乙烯的置物盒螺桿速度當慢不慢的后患圖3是某模塑廠注射成型該置物盒時，螺桿位置和螺桿速度的初始設(shè)定。由圖3看出此一注射成型的早期(螺桿位置從220mm推動到120mm)熔體的流量(螺桿斷面積x螺桿速度)是很大的-最大流量的90%。這一階段熔體前沿經(jīng)過澆口，迅速流動的熔體前沿將繃拉得緊緊的高分子鏈卷到冷的模壁，并在其上固化定型，其中的應力很高，成型后澆口處易于開裂。圖3注射成型置物盒時的螺桿位置和螺桿速度初始設(shè)定螺桿速度當慢不慢的后患根據(jù)融體前沿速度恒定的原則，當融體前沿經(jīng)過澆口時，其前沿面積最小，當初的熔體的流量也應該相應的最小，才干保持恒定的融體前沿速度，而此一最小的流量是由相相應的最小螺桿速度提供的。依恒定的融體前沿速度為原則修正的優(yōu)化螺桿速度對行程的曲線如圖4所示。圖4注射置物盒模的螺桿速度對行程的優(yōu)化曲線螺桿速度當慢不慢的后患圖4中之射出體積(%)代表的是螺桿位置。0%射出體積是螺桿開始推動的位置在此案例中就是220mm標示的位置。

改善后的螺桿速度對行程的六段設(shè)定(見圖4藍色線段)，按照moldflow的估算，在熔體前沿經(jīng)過澆口的一刻，剪切速率從原來的68,000(1/s)(遠不小于許容的40,000(1/s))降到13,000(1/s)，而剪切應力從原來的0.35MPa(不小于許容的0.3MPa)降到0.25MPa。圖4注射置物盒模的螺桿速度對行程的優(yōu)化曲線螺桿速度當快不快的后患螺桿速度當快不快引起的問題涉及波紋(ripple)、虎皮紋(tigerstripe)、短射(shortshot)、變形(warpage)等。

圖5是一PP-EPDM-T20的汽車門板，公稱厚度2.5mm，其上的虎皮紋歷歷在目。圖5是汽車門板上的虎皮紋螺桿速度當快不快的后患圖6注射成型汽車門板時的螺桿位置和螺桿速度初始設(shè)定審閱其螺桿速度對行程的初始設(shè)定，如圖6所示。圖6設(shè)定基本是依循螺桿速度恒定的原則。但是當熔體前沿流到門板中央時，其前沿面積已然擴展到遠不小于前沿剛自澆口流進型腔時，此時螺桿速度(即熔體流量)也應該大幅提升，以維持恒定融體前沿速度。不此而為，前沿大幅減速，熔體溫度隨之迅速降低，增長推動前沿前行的阻力，使得虎皮紋俟機而出。根據(jù)融體前沿速度恒定的原則，得出的優(yōu)化螺桿速度對行程曲線如圖7所示。圖7中之射出體積(%)代表的是螺桿位置。0%射出體積是螺桿開始推動的位置，在此案例中就是200mm標示的位置。螺桿速度當快不快的后患圖7注射汽車門板的螺桿速度對行程的優(yōu)化曲線改善后的螺桿速度對行程的四段設(shè)定(見圖7藍色線段)將原先開始形成虎皮紋時及其后的螺桿速度提升到(90/55=)1.6倍，高速流動的熔體因流層之間的磨擦生熱而保持在較高的溫度水平，黏度和阻力小，推動融體邁進行有余力，虎皮紋不易生成。螺桿速度當快不快的后患圖7注射汽車門板的螺桿速度對行程的優(yōu)化曲線注射壓力對注射時間的U-型曲線必須在取得螺桿速度對行程的優(yōu)化曲線后求得同一注射時間下，不同的螺桿速度對行程的設(shè)定所須充模的最低射壓不同。不能夠異于螺桿速度對行程優(yōu)化曲線的設(shè)定(如恒定螺桿速度)尋得優(yōu)化的注射時間。不然，該尋得的注射時間并非最佳的注射時間。結(jié)論恒定融體前沿速度和所須射壓最低的注射時間是螺桿速度對行程設(shè)定的最高指導原則。注塑成型冰箱PS置物盒

螺桿速度對行程曲線的優(yōu)化及六段螺桿速度的設(shè)定所用注射機規(guī)格2.震雄SupermasterSM-600(600ton)射膠量硬膠(g)21172658螺桿直徑(mm)8393射膠壓力(Kg/cm2)19511554射出率(g/sec)529664射出速度(mm/sec)105螺桿行程(mm)430螺桿轉(zhuǎn)速(rpm)0-130塑化能力(g/sec)71.890.1鎖模力(ton)600開模行程(mm)900模板最大距離(mm)2023容模量(mm*mm)350~1100連接柱內(nèi)距(H*V,mm)860*860油壓頂針(ton*mm)14*250XX模塑Tmold =(Tmold)upper –[(Tmold)upper -

(Tmold)lower]/4Tmelt =(Tmelt)lower +[(Tmelt)upper -

(Tmelt)lower]/4Tmold ：采用模溫(Tmold)upper

：推薦模溫上值(Tmold)lower

：推薦模溫下值Tmelt ：采用料溫(Tmelt)upper

：推薦料溫上值(Tmelt)lower

：推薦料溫下值提議采用的模溫和料溫的初始設(shè)定材料有關(guān)參數(shù)190+(274-190)/4=211→21082-(82-38)/4=71→70名義注射時間最大壓力最大壓力時間充填時間模具溫度熔體溫度166.50041.58541.615702101.562.63881.81511.8670210261.95082.18852.248702102.564.41892.73902.81170210366.61493.28973.37670210PS冰箱置物盒(2.0t~2.2t)模190+(274-190)/4=211→21082-(82-38)/4=71→70材料有關(guān)參數(shù)210°C,50MPaSupermasterSM-600注塑機可配料筒有二：射膠量2658g(螺桿直徑93mm)射料量/射膠量=727g/2658g=27%射膠量2117g(螺桿直徑83mm)射料量/射膠量=727g/2117g=34%塑料經(jīng)過2項之射膠量2117g(螺桿直徑83mm)料筒較不易降解，提議采用之。PS冰箱置物盒(2.0t~2.2t)模完畢一次注射螺桿需要的計量行程：式中L–螺桿計量行程(mm)SW–一模射料量(g)D–螺桿直徑(mm)ν–融膠比容(cm3/g)ρm–材料熔體密度(g/cm3)

螺桿直徑83mmPS冰箱置物盒(2.0t~2.2t)模在210°C和50MPa時的v是1.000cm3/gL為134mm，取填充98%切換保壓，螺桿注射階段行程為134x98%=131mm，料墊量(Cushion，即V/P切換位置)取9mm(中之5mmfor松退以防流涎)。

螺桿直徑83mmPS冰箱置物盒(2.0t~2.2t)模黑色曲線：Moldflow推薦的螺桿速度對射出體積曲線藍色曲線：Moldflow推薦的螺桿速度對射出體積之六段化曲線紅色曲線：XX模塑三段設(shè)定140→04311817729533927350985167992883799→9848螺桿位置

螺桿直徑83mmPS冰箱置物盒(2.0t~2.2t)模主流道和澆口套的冷卻設(shè)計CoolingDesignforSprueandSprue

Bushing方案一：老式冷卻方式材料:

ABS(ChiMeiPA-757)冷卻水入口溫度:

25?C冷卻水壓力:

0.1Bar

3D網(wǎng)格澆口套(輸入界面?zhèn)鲗剩?,000W/m2-?C)，以3DMoldInsert形式參加分析，模擬間接冷卻方式1.6tpart；?8coolingchannel

x20dep袁中雙：3,000W/m2-?C太小，應采用3,0000W/m2-?CC.Hsu：如此直接和間接冷卻之差別更小。-2023年10月5日于AutodeskInc.,Ithaca,NY,USA-2023年10月5日，徐昌煜訪Autodesk,Inc.之IthacaOffice時，(從右到左)袁中雙、徐昌煜、張華在袁中雙辦公室合影。老式冷卻方式計算冷卻時間時不涉及流道方案一回路雷諾數(shù)回路冷卻水雷諾數(shù)達成11,102，處于完全紊流狀態(tài)。方案一制品達成頂出溫度的時間制品達成頂出溫度的時間為5.2秒1.6tpart方案一流道尺寸75mmΦ3.5mmΦ7.4mm方案一和方案二計算冷卻時間時涉及流道達成頂出溫度的時間為25.5秒達成頂出溫度的時間方案一溫度熱點在流道根部方案一方案二：澆口套內(nèi)加水路松井金屬光成型澆口套水路設(shè)計之一如上圖所示(即在澆口套內(nèi)添加新的冷卻水路)。Φ3.0mm2mm*3.5mm2mm*3.5mm在主流道周圍布置冷卻水路，水壓仍為0.1Bar(所以該水路中水流為laminarflow)方案二：澆口套內(nèi)加水路達成頂出溫度的時間達成頂出溫度的時間為22.3秒(比老式冷卻方式所需時間短3.2秒)方案二熱點在流道根部，從而延