Moldflow 残余应力优化分析技术与应用.pdf

CAD IT 15th User Conference Moldflow 残余应力优化残余应力优化 分析技术与应用分析技术与应用 新科益系统与咨询 上海 有限公司 Moldflow Consultant Jerry 2 CAD IT 15th User Conference 报告大纲报告大纲 一 残余应力概念解释及表现一 残余应力概念解释及表现 二 残余应力相关缺陷分析及优化二 残余应力相关缺陷分析及优化 三 案例分享三 案例分享 3 CAD IT 15th User Conference 残余应力概念解释残余应力概念解释 残余应力残余应力 是指注塑件出模后残余在制品中未松弛的各种应力 之和 通常认为残余应力包括流动残余应力流动残余应力和热残余应力热残余应力 1 流动残余应力 流动残余应力 流动残余应力流动残余应力是熔融塑胶料填充流动过程中的剪切应力shear stress 如果这种剪切应力过大或分布不均匀 会造成尺寸变 化 分子链断裂 局部残余应力过大 制品强度下降 方向性密度方向性密度 Orientation intensity Orientation intensity 4 CAD IT 15th User Conference 4 流动残余应力产生过程流动残余应力产生过程 5 CAD IT 15th User Conference 热残余应力概念解释热残余应力概念解释 2 残余热应力残余热应力 是由于制品收缩不均产生的内应力 不仅影响制品 的力学 光学性能 而且在很大程度上决定制品的 最终几何形状 6 CAD IT 15th User Conference 6 热残余应力产生过程热残余应力产生过程 7 CAD IT 15th User Conference 残余应力的测量残余应力的测量 如果塑料制品透明 可以通过透光程度的不同来观察 残余应力的大小和分布 下面几个图片是透明件的透 光照片 暗处是应力比较高的地带 8 CAD IT 15th User Conference 残余应力测量原理残余应力测量原理 由于流动过程中剪切应力存在差异 剪切应力大的地 方分子更多的沿着流动方向排列 导致此处结晶程度 加大 结晶程度的差异会导致透光率的差异 从而反 应出亮度不同的光泽 结晶度高的区域 与其他部位相比 分子排列更加紧 密 分子之间的相互作用力加大 致使这里的密度 刚性和强度都增加 这种物理和机械性能的不均匀 导致制品在成型之后产生残余内应力 9 CAD IT 15th User Conference 残余应力解决方案残余应力解决方案 针对残余应力产生的原因 提供相应的解决方案 1 降低流动应力值 常用方法 减小注射速度 适当增加加工温度 升高模具 温度改善制品结构 增加浇口尺寸及数量等 2 减小热应力值 常用方法 改善制品结构 调整制品壁厚 优化设计模具 冷却系统 保持模具温度均匀等 10 CAD IT 15th User Conference 残余应力缺陷分析及优化残余应力缺陷分析及优化 残余应力缺陷通常表现为 应力痕 开裂 强度不足 皮层脱落 电镀 涂装产品 光学产品双折射 11 CAD IT 15th User Conference 应力痕应力痕MoldflowMoldflow应用指标应用指标 应应 力力 痕痕 Moldflow 应用指标 改善方向Moldflow分析结果 冻结时间差 筋 凸台与底面的冻结时间 差异控制在一定范围内 1 Frozen layer fraction 2 Time to reach ejection temperature 温度梯度 温度梯度越小 应力痕越不 明显Bulk temperature 体积收缩 体积收缩值越小越均匀 应 力痕越不明显Volumetric shrinkage 残余应力 残余应力差越大 应力痕越 明显 Stress in first principal direction 应力痕问题 12 CAD IT 15th User Conference 分析结果 到达顶出温度的时间分析结果 到达顶出温度的时间 Boss先冻结 底面后冻结 在结合处产生应力 当 应力足够大时 将产生应力痕 13 CAD IT 15th User Conference 分析结果 体积收缩分析结果 体积收缩 体积收缩差值越大 产品表面易产生应力痕 14 CAD IT 15th User Conference 分析结果 体积收缩 分析结果 体积收缩 3D3D 体积收缩差值越大 产品表面易产生应力痕 15 CAD IT 15th User Conference 分析结果 残余应力分析结果 残余应力 残余应力差越大 应力痕越明显 16 CAD IT 15th User Conference 开裂开裂 强度不足 强度不足 开开 裂 裂 强强 度度 不不 足足 Moldflow 标准指标标准指标 改善方向改善方向Moldflow分析结果分析结果 残余应力越小越好 1 Stress in first principal direction 主要是未加填充 剂的易脆性材料 2 Stress Mises Hencky 主要是未加填充剂的易脆性 材料 剪切应力不超过材料许 用值 Shear stress 熔接痕夹角越大 远 离受力区域 Weld lines 开裂 强度不足问题 17 CAD IT 15th User Conference 分析结果 残余应力分布分析结果 残余应力分布 残余应力分布 Gate Gate 18 CAD IT 15th User Conference 分析结果 残余应力分布分析结果 残余应力分布 最大剪切应力 Shear stress 19 CAD IT 15th User Conference 光学产品双折射光学产品双折射 双折射可能会导致严重的产品缺陷 成像模糊 重影 差的化学特性 Moldflow分析 折射率变化 相位差 20 CAD IT 15th User Conference 裂痕瑕疵个案研究裂痕瑕疵个案研究 手机 材料 PC 保压压力值 MPa Packing pressure 小大 收缩变形 shrinkage warpage 大小 裂痕发生风险低高 21 CAD IT 15th User Conference 裂痕瑕疵个案研究裂痕瑕疵个案研究 裂痕研究实验 配向方向 1st残余应力结果 相等IPA 10 15MPa 药水试验 同条件实际模型 裂痕实验裂痕实验 受到约10MPA 的夹差之后 裂痕产生 残余应力发生原因是 非剪切 而是收缩 Isopopanol IPA 22 CAD IT 15th User Conference 收缩变形 确定避免裂痕条件收缩变形 确定避免裂痕条件 根据分析检查证实 厚度mm Thickness 170 180 Packing Mpa 良品条件 0 7 1 0 保压时间Sec Durating 0 5 2 0 1 st条件 170MPa 0 5sec 0 7mm 成为类似产品的标准 23 CAD IT 15th User Conference BossBoss柱强度改善柱强度改善 两处Boss柱有轻微滞 留 料温低 射速慢 时会加大滞留影响 24 CAD IT 15th User Conference 流动前沿温度流动前沿温度 流动的迟滞使得断裂处的两个Boss比对面的两个Boss温 度要低 温差大会加大冷却过程的收缩应力 25 CAD IT 15th User Conference 体积收缩体积收缩 在boss柱位置切面体积收缩的差异加大 26 CAD IT 15th User Conference 应力分布应力分布 在boss位置的根部均有应力集中现象 但为断裂的 两个boss在根部的肉厚要多 所以强度要好 27 CAD IT 15th User Conference 应力分布应力分布 左图为原始方案的应力分布 右图为均匀冷却条件下均匀冷却条件下 应力分布 均匀冷却使Boss柱根部应力集中减弱 28 CAD IT 15th User Conference 应力分布应力分布 两种方案的最大应力及分布相近 加厚Boss的方案 产品应力分布更均匀 且受力位置强度增强 有利 于改善开裂问题 原始方案 Boss柱加厚 29 CAD IT 15th User Conference 应力分布应力分布 改善结果改善结果 改善效果对比 30 CAD IT 15th User Conference 制品开裂制品开裂 充气阀门 制品局部残余应力集中 受力后开裂 31 CAD IT 15th User Conference 制品开裂改善制品开裂改善 充气阀门充气阀门 调整成型工艺改善参与应力 适当降低加工温度 模具温 度 减小保压压力值 从而减小热应力 32 CAD IT 15th User Conference 电镀层开裂 脱落电镀层开裂 脱落 残余应力对电镀或喷漆工艺有较大的影响 一般用冰醋酸测试 33 CAD IT 15th User Conference 电镀层开裂 脱落电镀层开裂 脱落 电镀件改善案例 a c Size before 1 5 1 0 2 mmSize after 3 1 0 28mm 34 CAD IT 15th User Conference 成型材料成型材料 35 CAD IT 15th User Conference 电镀层开裂 脱落电镀层开裂 脱落 电镀件改善案例 之前应力 0 33MPa 之后应力 0 25MPa 36 CAD IT 15th User Conference 残余应力改善案例之一残余应力改善案例之一 产品 电子器件Up housing 材料 PC ABS 模具形式 二板模 冷流道 问题点 应力痕 调机无法解决 37 CAD IT 15th User Conference 残余应力改善案例之一残余应力改善案例之一 产品肉厚分布 38 CAD IT 15th User Conference 残余应力改善案例之一残余应力改善案例之一 问题分析 t 1 0 mm t 1 5 mm 39 CAD IT 15th User Conference 残余应力改善案例之一残余应力改善案例之一 实际产品问题 两条亮线两条亮线 40 CAD IT 15th User Conference 残余应力改善案例之一残余应力改善案例之一 改善对策 t 1 0 mm t 1 5 mm 肉厚平缓过渡肉厚平缓过渡 41 CAD IT 15th User Conference 残余应力改善案例之一残余应力改善案例之一 改善效果 应力痕得到解决 优化前优化前 优化后优化后 42 CAD IT 15th User Conference 残余应力改善案例之一残余应力改善案例之一 试模结果 应力痕得到彻底改善 43 CAD IT 15th User Conference 残余应力改善案例之二残余应力改善案例之二 汽车连接器 主要问题 中间断裂 解决方案 改变浇口位置和数量 材料 PA66 44 CAD IT 15th User Conference 残余应力改善案例之二残余应力改善案例之二 原始产品分析结果 温度超过材料允许的最大温度超过材料允许的最大 熔融温度熔融温度 剪切应力超过材料允许剪切应力超过材料允许 的最大剪切应力的最大剪切应力 剪切速率超过材料允许剪切速率超过材料允许 的最大剪切速率的最大剪切速率 45 CAD IT 15th User Conference 优化前优化前 优化后优化后 1gate 2 gates 残余应力改善案例之二残余应力改善案例之二 优化对比 46 CAD IT 15th User Conference OK 滞流滞流 优化对比 流动模式 优化前优化前 优化后优化后 残余应力改善案例之二残余应力改善案例之二 47 CAD IT 15th User Conference 最大熔融温度 最大熔融温度 280 280 优化前 薄筋条位置超过最大熔融温度 且温差大优化前 薄筋条位置超过最大熔融温度 且温差大 优化后 薄筋条位置没有超过最大熔融温度 温度均匀优化后 薄筋条位置没有超过最大熔融温度 温度均匀 温差大温差大 温度均匀温度均匀 残余应力改善案例之二残余应力改善案例之二 优化对比 温度 48 CAD IT 15th User Conference 材料推荐的最大剪切应力 材料推荐的最大剪切应力 0 5MPa0 5MPa 优化前 薄筋条位置剪切应力明显超标 优化前 薄筋条位置剪切应力明显超标 优化后 薄筋条位置剪切应力没有超标 优化后 薄筋条位置剪切应力没有超标 应力超标应力超标 OK 残余应力