技术分享 | Moldflow在改善产品表观缺陷方面的应用

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本文主要介绍如何利用Moldflow来解决产品表观缺陷如光影,流痕,这两种缺陷可归纳于产品表观的光泽差,对于光泽差可以理解为观察到的产品给人的视觉强弱的对比的差异性,注塑成型的产品外观品质实际是模具表面的复制,模具表面品质的好坏直接影响到产品的光泽,同时产品表面的光泽还取决于塑料材料本身的特性:粘度特性以及成型工艺(模温,料温,注射速度,保压等等)。表面反射光由镜面反射光和漫射光组成,反射光的强弱除与物质的反射率有关外,主要与物体受光表面的状态有关。表面越光滑平整,镜面反射光越多,反射光也越强。实际上模具表面不可能做到理想的镜面,因而会产生光的漫射,这时可以认为是许多小镜面反射的光强叠加,表面漫反射越多,反射光也就越弱。

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图1 光泽测试

一、光影产生的机理:表面复制不良 
通过Moldflow分析结果和实际产品表观缺陷对比可以发现,出现光影的部位与分析结果中速度较快的部位非常吻合,如图2,图3所示。

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图2 产品表观光泽差  图3 充填速度分布结果

 

当塑料熔体以较高的速度充填时,对于模腔表面的粗糙度的复制状况比较差,相反,当降低射速时就能很好地复制型腔表面的粗糙度,从而形成均匀的制品表面粗糙度。在实际成型过程中,由于产品壁厚变化导致充填速度发生波动,速度的差异就会导致产品表面对于型腔表面的复制出现差异性,这一差异反映到制品表面上就会出现光泽差(光影)。如图4所示。

 

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图4 充填速度对模腔表面的复制

、流痕(Flow Mark)的定义:产品表面的线状痕迹
流痕是在产品表面形成涟波状的表面缺陷,如图5所示。

 

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图5流痕产生的机理

 

产生的原因是塑件温度分布不均匀或塑件凝固太快,容易在产品的表面产生冷料或是在保压阶段没有补偿足够的塑料,造成这些问题的因素包括:塑料熔体流动性差,低熔体温度、低模温、低射速、低注射压力。在注塑成型过程中(特别是在低射速情况下),熔体在型腔中充填时,接触模壁的熔体凝固速度较快,流动阻力较高,流动波前会产生扭曲,此时凝固的外层料不会很好的贴合模腔壁(呈扭曲的波浪状)。基于上述的机理,可以借助Moldflow进行深层次的探究,到底速度的变化是怎样影响流痕的产生?能否将这一指标加以量化?我们通过测试一保险杠外观的光泽度,当制品的光泽差在5%以内的时候,制品外观的品质是好的,没有虎皮纹(流痕),当超过这一指标时,制品表面就会出现虎皮纹(流痕)。如图6所示。

 

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图6 光泽差与流痕的关系

 

通过模流分析,流痕发生的位置正好位于填充速度发生加快的区域,对比光泽机流痕产生的机理我们很容易知道:当模腔内部速度提升很快的时候熔体形成不稳定的流动,波前发生扭曲,在制品表面上形成不稳定的流动现象,对应到成型后即为光泽差。速度提升到一定程度时(即加速度达到一定指标后)光泽差将超过5%,从而产生流痕(虎皮纹)。因此,可以通过Moldflow将这一加速度量化,可以得出当加速度小于35mm/s^2时流痕不会产生,大于这个值时就会出现流痕。如图7所示。

 

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图7模腔内充填速度的变化与流痕位置对应

 

三、总结 
在实际生成过程中,我们经常会遇到上述光影、流痕等产品外观问题,对于大多数工程师来说,如何利用Moldflow来解释这些表观缺陷问题一直以来是个难题,主要原因是大家对光影、流痕产生的机理不是很了解,无法从预知的角度入手去加以分析和判定。通过以上两个案例分析及数据归纳,对光影、流痕这两个缺陷问题做出了深入的分析并提供了一定的判定标准,同时,也通过这一运用实际案例让大家更深刻地感受到Moldflow“四化”的使用流程(计量化基准化标准化流程化)给大家带来的更多实效。

 

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关于新科益

新科益系统与咨询(上海)有限公司是科益集团于1997年在中国投资成立,是Autodesk中国区金牌合作伙伴、连续14年成为Autodesk在大中华区的制造业最佳代理商,新科益在产品设计、模具优化与制造、Moldflow仿真分析、Powermill加工仿真等领域为用户提供一整套整体解决方案;同时作为ANSYS全球精英级合作伙伴,新科益为客户提供基于Ansys仿真平台多学科的仿真支持,包含:结构、碰撞、流体与热、电磁、光学等全线仿真领域;

 

 

 

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