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运用moldflow模流分析如何解决注塑产品虎皮纹缺陷问题
来源: | 作者:乐图智造/科学智造顾问 | 发布时间: 2021-06-10 | 439 次浏览 | 分享到:
注塑产品外虎皮纹缺陷问题非常常见,那么,如何运用moldflow模流分析加以解决呢?

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运用moldflow模流分析如何解决注塑产品虎皮纹缺陷问题

  目前,消费者对塑料产品的外观要求不断的提出新的要求,而在塑料产品的生产过程中,塑料产品的外观经常会出现各种各样的问题,不解决这些问题,无法赢得消费者的信赖,因此这些问题常常使从业工程师们非常困惑与苦恼。
  常见的外观问题还有:缩痕、熔接痕、潜流痕、流痕、应力痕、气痕,顶针印、浇口晕、浇口太阳斑等。各种问题的产生原因也各不相同,这里仅就流痕问题做个简单探讨。
流痕,顾名思义,由于熔胶流动过程中的原因所造成的表面外观痕迹。
在生产实际中,我们常见的流痕表现形式有虎皮纹、震纹、浇口晕、浇口太阳斑和喷射纹。而虎皮纹又是最令从业工程师头疼的问题,本文主要针对虎皮纹问题进行探讨。

实例-汽车仪表板虎皮纹
虎皮纹其特征是垂直于流动方向出现一条一条的纹路,看起来就像老虎皮上的花纹一样。如下图所示为汽车仪表板上明显虎皮纹缺陷,严重影响制件的外观。

主要工艺参数:
名称:仪表板
材料:PP
颜色:黑
模具温度:45℃
浇口方式:针阀式浇口+侧浇口

可能原因:
成型工艺方面:本案例制品原始成型工艺中注塑速度较快,通过升高料温至255℃,实际模温约49℃,制品外观无改善。成型采用阀浇口方式,注意到第一个阀浇口和其它阀浇口的间隔时间很短为3s;实际成型中采用慢速工艺时第一个阀浇口有可能由于其它浇口的开启而压力不足,造成熔体充填前锋压力不稳定引起流动不稳定,从而形成虎皮纹。


改善措施:为提供足够的压力维持第一个浇口熔体前锋的稳定流动,通过关闭其它所有浇口,并采用慢速15充填时,制件主外观面虎皮纹消失。


改善后效果图
研究表明,在虎皮纹的产生与熔体的黏度并没有直接关系。更多的研究表明,流动过程的不稳定是导致虎皮纹产生的主要原因。

注塑产品虎皮纹缺陷问题成因机理介绍
一、什么是虎皮纹:
虎皮纹的特征为产品表面产生圆弧条纹状的表面痕迹,且间距较宽,类似虎纹或斑马纹,因此常称为虎皮纹或斑马纹。(如图1和图2)
     
二、虎皮纹的生成原因
依据生产实践经验,虎皮纹常在以下几种情况下产生:
A、所用材料黏度高。
B、所用材料添加有弹性体橡胶成分,且成分越多,越容易产生。
C、所用注塑速度比较高。
D、产品结构发生变化的地方常出现。由以上情况可知,其产生原因可能与材料的粘弹性、充填速度和产品结构设计有很大关系。
现将其分为以下三种情况来探讨。
>>第一种情况:流动前沿面积不变,采用较高充填速度充填型腔。
针对此情况,设计了(如图3)所示的实验样件进行分析


在开始分析之前,先对熔胶的流动前沿形状进行下回顾,喷泉流是目前业界比较认同的一种模式。(如图4)




这里忽略浇口到前沿平稳之间的问题,仅从流动平稳开始(通常虎皮纹也是发生在离浇口一定距离的地方,故前端在本次分析中暂忽略)如图5


第一阶段:遇阻充能(如图6) 熔融塑料以高速进行充填,由于剪切作用,其黏度降低,速度有少许增加,充填整体比较平稳,当充填一段距离后,流动前沿速度将会由于空气阻力而发生降速,此时的空气阻力来源于熔胶高速充填,空气逃逸速度远低于充填速度,使空气被不断的压缩,其对流动前沿的阻力也不断增大,增大到空气阻力能够使流动前沿发生减速;此时前沿速度降低,而后续仍然有高速的熔胶不断的补充,由于材料本身具有一定的粘弹性,可以吸收一部分后续高速补充的能量,这样流动前沿就蓄积了部分能量。


第二阶段:空气阻力减小,能量突然释放,熔胶前沿跳跃性前进, 随着气体被压缩,内部压力增大,其会加速从排气系统排出,当充填速度小于气体排出时,随着气体的排出,气体自身阻力变小,熔胶流动前沿由于空气阻力的减少,其原本蓄积的能量会突然释放,结合塑胶小口膨胀效应,熔胶流动前沿会突破原有前沿,出现跳跃性的前进现象。
第三阶段:跳跃性前进后,继续压缩空气,跳跃性前进发生后,空气由于突然的压缩,阻力再次增大,熔胶流动前沿继续高速流动,进一步压缩空气,直到空气阻力大到第二次使熔胶流动前沿速度下降,将是再次蓄能的开始,如图7




出现第一次跳跃性前进现象后,后续就会不断的循环上述三个阶段,而产品的外观就会出现沿着流动方向上的纹路,且间距较大,与虎皮纹的特征类似。
>>第二种情况:采用一般充填速度,流动前沿截面积逐渐减小,针对此情况,设计了如图8和9所示的实验样件进行分析。






第一阶段:流动前沿截面积减小,流动前沿速度增大,开始充能, 在充填过程中,当充填速度一定时,流动前沿速度与流动前沿截面成反比,当流动前沿进入变截面区域时,(如图10和11)随着流动前沿截面积越来越小,流动前沿速度将越来越大,由于熔融塑料具有一定的粘弹性,速度增大不会造成立刻突破流动前沿,而是一次蓄积能量的过程。


第二阶段:突破现有流动前沿,出现跳跃性前进,当速度增大到一定程度时,蓄积能量足够突破熔融塑料的粘弹阻碍表面时,其将出现跳跃性突进现象;
第三阶段:由于流动前沿截面积的继续减小,其流动前沿速度继续增大,再次出现蓄能,当速度增大到一定程度时,蓄积能量足够突破熔融塑料的粘弹阻碍表面时,其将再次出现跳跃性突进现象;两次跳跃性突进现象之间具有一定的距离,均使产品表面产生流动方向的纹路,与虎皮纹描述类似。(如图12)


>>第三种情况:采用一般充填速度,流动前沿截面积突然减小
针对此情况,设计了如图13和图14所示的实验样件进行分析。


当料流充填至图15和16所示位置时,由于流动前沿面积突然变小,当充填速度不变时,料流前沿速度会出现突然增大,其也会出现跳跃性突破流动前沿的情况,由于后续流动前沿面积稳定,产品流动前沿速度会再次稳定下来。这个会出现一到两次的跳跃性突破现象,也会产生轻微虎皮纹现象。

如何解决虎皮纹的改善思路
从上述分析结果来看,虎皮纹的产生与充填速度、产品结构、材料粘弹性和模具的排气系统有比较直接的关系,因此其解决的办法也要多从以下几个方面进行考虑:
工艺方面:
1.降低充填速度(首选)
2.提高模具温度
3.提高材料温度
模具方面:
1.增大浇口尺寸
2.排气系统优化
3.产品设计(注意产品剧变与产品渐变的设计考量)
材料方面:
1.材料选择黏度小
2.材料选择添加弹性体少
3.材料选择流动性高


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