Moldflow如何识别与解决玻纤成型和应力问题.pdf

Moldflow如何识别与解决玻纤成型和如何识别与解决玻纤成型和 应力问题应力问题 王晓伟王晓伟 Moldflow Consultant 新科益系统与咨询新科益系统与咨询 上海上海 有限公司有限公司 报告大纲报告大纲 一 玻纤问题 玻纤取向对产品收缩的影响 玻纤产品变形解决方案 长玻纤特性 LGF Moldflow长玻纤分析 二 应力问题 应力定义及测量 Moldflow应力判断指标 应力改善案例 玻纤取向对产品收缩的影响玻纤取向对产品收缩的影响 不加玻纤 流动方向的收缩大于垂直流动方向的收缩 加玻纤 垂直流动方向的收缩大于流动方向的收缩 Glass Parallel Perpendicular No Glass fiber Direction Shrinkage Direction Shrinkage Direction 玻纤取向对产品收缩的影响玻纤取向对产品收缩的影响 玻玻纤产品变形解决纤产品变形解决方案方案 案例分享案例分享 案例 油箱盖零件 超声波焊接 材料 PA66 35 GFRhodia 问题点 变形超标 变形 变形量Z向 2 1mm 玻纤取向改善 取向 NG 收缩大 改进方案 变形 变形量Z向 0 86mm 壁厚从2 2mm加到2 5mm 玻纤取向 取向 OK 长玻纤优点 不同温度下性能稳定 成型性好 易流动 薄壁件设计 翘曲变形小 汽车轻量化 以塑代钢 浇口在平板中心 30 长玻纤聚丙烯30 短玻纤聚丙烯 长玻纤定义 定义 长径比 10mm 经过过螺杆和浇口易于被搅断 新的注塑方式 玻纤的长度取决于加工过程 玻纤长度对翘曲的影响玻纤长度对翘曲的影响 13 L W 翘曲指数 宽度收缩 长度收缩 玻纤长度 mm 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 0123456 翘曲指数 注 取决于样品 玻纤越短 取向越高 翘曲越大 玻纤长度是根据Owens Corning测量法 其它方法会产生不同的结果 改善案例 塑胶材料 PP 20 LGF Ticona 应用Moldflow改善仪表板骨架变形 改善案例 塑胶材料说明 塑胶材料 PP 20 LGF Ticona 产品流动状态 项目初期按照仪表板常规方式 保证产品充填平衡 从中间向各个方向填充整个产品 产品变形情况 纤维配向情况 Moldflow分析纤维取向 发现工艺边 Run off 边 纤维取向混乱 造成产品变形呈 波浪形 建议改善取向情况来改善变形 产品流动状态对比 玻纤配向情况 调整阀浇口打开顺序后 发现工艺边 Run off 边 纤维取向单一且均匀 产品变形情况 新版新版Moldflow长长玻纤分析技术玻纤分析技术 新的玻纤模型 新增加了短玻纤模型Reduced Strain Closure RSC 新增加了长玻纤模型 Anisotropic Rotary Diffusion ARD RSC 关键特性 Reduced Strain Closure RSC 美国伊利诺伊州Delphi公司拥有专利 欧特克独有该专利的使用权 相对于原来的默认玻纤模型 RSC获得更加宽广的 核心和较慢的玻纤取向变化 适应用3D DD以及Midplane网格模型 ARD RSC模型可以很好的预测长玻纤 ARD RSC模型的预测结果与实际资料更加接近模型的预测结果与实际资料更加接近 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 00 10 20 30 40 50 60 70 80 91 Fiber orientation component normalized thickness PNNL 3 mm plaque fast injection rate MeasuredCi Dz Ci 0 03 RSC Ci 0 03 ARD RSC A11 Region B A11 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 00 20 40 60 81 Fiber orientation components Normalized thickness PNNL 3 mm disk slow injection rate MeasuredCi Dz Ci 0 03 RSC Ci 0 03 ARD RSC Region B A11 长玻纤断裂分析长玻纤断裂分析 概要概要 预测流动中长玻纤断裂对产品性能的影响预测流动中长玻纤断裂对产品性能的影响 关键点关键点 计算长玻纤的断裂概率计算长玻纤的断裂概率 显示断裂后的玻纤在产品中的分布显示断裂后的玻纤在产品中的分布 局限性局限性 该分析不能应用在该分析不能应用在3D3D热固性材料中热固性材料中 长玻纤断裂模型长玻纤断裂模型 玻纤长度的演变玻纤长度的演变 Courtesy Ticona Core Shear Layer Skin A5A1 A3 Flow Length Thickness 长玻纤随时间的分布长玻纤随时间的分布 Images courtesy of Ticona 长玻纤在空间的分布长玻纤在空间的分布 感谢Ticona提供 纤维取向分析流程纤维取向分析流程 开始开始导入模型导入模型 结束结束 选择分析序列选择分析序列 选择含纤维的材料选择含纤维的材料 设置纤维长度设置纤维长度 分析结果分析结果 划分网格划分网格 修改的修改的Folgar Tucker纤纤 维取向模型维取向模型 RSC纤维取向模型纤维取向模型ARD RSC纤维取向模型纤维取向模型 选择纤维取向模型选择纤维取向模型 选择含纤维材料选择含纤维材料 Long Glass Fiber材料 ARD RSC模型 设置纤维长度设置纤维长度 纤维长度纤维长度选用模型选用模型适用范围适用范围 1mmARD RSC模型模型MD DD 3D 选择纤维取向分析类型选择纤维取向分析类型 3D 注意 3D中默认的纤维取向模型 名称已经修改为 Folgar Tucker model DD Midplane 如选择 Injection Location 流道中纤维取向张量将被表 示出来 长玻纤分布预测长玻纤分布预测 流道单元到四面体网格的连接部分 用中性面网格划分的Ticona板 二 应力问题 应力定义及测量 Moldflow应力判断指标 应力改善案例 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 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 Orientation intensity 热残余应力概念解释热残余应力概念解释 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 体积收缩体积收缩 在boss柱位置切面体积收缩的差异加大 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 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 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 应力分布应力分布 改善结果改善结果 改善效果对比 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 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 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 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 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 残余应力改善