Moldflow在残余应力分析上的应用

作者：新科益系统与咨询（上海）有限公司

欢迎访问e展厅 展厅 1 塑料模具展厅 注塑模具, 吹塑模具, 挤出模具, 吸塑模具, 瓶胚模具, ... 一，残余应力的概念解释及表现 残余应力，是指注塑件出模后残留在制品中的未松弛的各种应力之和，通常我们认为残余应力包括参与流动应力与参与热应力两部分。 流动应力，是指熔融塑料填充流动过程中的剪切应力，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、制品强度下降等问题。 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。 1.1残余应力对应的缺陷有应力痕，开裂，皮层脱落等。 1.2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参与应力的大小和分布，如图1和图2是透光产品的透光照片，其中暗处是应力比较高的区域。 1.3残余应力的测量原理 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地沿着流动方向排列，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，从而反映出亮度不同的光泽。结晶度高的区域，与其他部位相比，分子排列更精密，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。而这些中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 1.4残余应力解决方案 根据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。例如减小注射速度、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。例如改善产品结构，调整产品壁厚，优化设计模具冷却系统，保持模具温度均匀等 二，残余应力的相关缺陷分析及优化 2.1下表为残余应力Moldflow判断标准及对应解决方案 2.2为残余应力Moldflow分析结果示例 如图3所示产品，moldflow结果显示为到达顶出温度时间，通过时间测得数值可知，Boss孔先冻结，底面后冻结，由于冻结先后差异较大，在结合处会产生应力，当应力足够大时，将产生应力痕 图4，产品壁厚差异较大，在Moldflow体积收缩结果中测得不同壁厚处产品冻收缩量不一致，成型产品会在厚度过渡区域及对面产生应力痕。 图5，产品在Moldflow结果中的第一方向残余应力不是均匀分布，因此在残余应力差异大的区域会产生应力痕 2.3下表为残余应力导致产品强度缺陷及解决方案 如图6，产品原始设计浇口在图中方孔中，但成型出来的产品强度很差，图中通过Moldflow分析发现应力超标，之后将浇口位置移到产品左端，再经过Moldflow分析发现产品整体残余应力减小而且变得均匀，如图7所示，通过改模重新试模，产品强度能满足需要。 2.4手机产品残余应力研究 表中结果说明手机产品随着保压压力的增大，变形会有所减小，但应力值以及发生开裂的危险程度明显上升 图8和图9是研究残余应力数值与开裂之间关系的实验 裂痕实验，把塑件产品放在异丙醇中浸泡，来观察开裂程度（和实际中受力开裂是相对应的），建立残余应力标准，实验发现当局部参与应力达到10MPa时，开裂发生了，之后原因分析发现参与应力发生并非剪切，而是收缩导致，通过进一步研究发现，产品开裂跟保压压力，产品壁厚有线性关系，如下图，当保压压力为170MPa，保压时间为0.7s，这是壁厚为0.7mm的产品的一个开裂极限。通过类似实验可以建立这一类产品应力开裂的标准 三，残余应力改善案例 图10所示产品在流动时，两个Boss孔处有滞留发生，料温降低，而且射速降低滞留更明显。图11温度显示产品两个boss孔温度比其他区域明显降低,温差大会加大冷却过程的收缩应力。（实际产品两个boss孔处容易开裂） 再来看体积收缩值，通过体积收缩截面剖切可以看到Boss孔处体积收缩差异并不明显 通过应力分析，如图13所示，左图是在实际模具冷却条件下建立分析模型所得分析结果，boss孔处应力集中且较大，而右图示在均匀冷却条件下分析所得应力明显减小，可见，均匀的冷却使boss根部应力集中减弱。 改善方案，如图14左图为原始产品结构，右图boss孔处加厚应力分析结果，两间产品最大应力值相近，但加厚方案的boss孔处应力集中明显降低，且分布均匀，有利于改善开裂问题。 通过结构调整和冷却方案优化，即加厚boss柱肉厚并且调整其周围的冷却水路，改模发现产品开裂现象基本得到解决。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/30/2012)