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做座Moldflow精确分析的材料技术解决方

发布时间:2021-10-09 17:56:04 阅读: 来源:腰靠厂家

Moldflow精确分析的材料技术解决方案

材料属性和Moldflow分析结果有密切的关联性,材料测试数据的准确性直接影响後者的准确性。从表1可以看出,材料属性对Moldflow分析结果有直接的影响,特别是收缩对材料各属性依赖最大,热传导系数对Moldflow分析结果影响最大。

Moldflow分析必须的 重点材料属性

Moldflow材料数据库的材料属性类目达到70种以上,除了Moldflow分析必须的数据以外,还有很多描述性的参考数据。下面重点介绍几个关键的材料属性。

粘度(Viscosity)

聚合物为非牛顿假塑性流体,具有剪切变稀的特性,其粘度不仅受温度的影响,还受剪切速率的影响。Moldflow默认的粘度模型为Cross-WLF模型。这一模型能在较宽剪切速率范围内反应塑料熔体流动规律,适应温度范围广,能更准确地描述伴有冷却效应的熔体流动。特别是当温度接近於玻璃化转移温度时,能很好拟合粘度的迅速增加。表1 材料属性与Moldflow分析结果(实际成型效果)的关联性

(注:0-关联小,1-略有关联,2-有关联,3-密切关联)

式(1)为Cross-WLF粘度模型的运算式:

这也是经典的7参数模型(n, D1, D2, D3, A1, A2)其中n是非牛顿指数,1-n表示剪切变稀曲线的斜率;是剪切变稀行为开始的剪应力;D2对应低压下的玻璃化转移温度;D3是压力影响系数,表徵粘度对压力的依赖性,在高速高压成型分析中,比如超薄成型,必须考虑粘度的压力依赖性。 表2 几种常见材料的D3值

Cross-WLF模型考虑的是剪切粘度,不考虑拉压粘度。在浇口直径变化较剧烈的实验结果可自行保存实验结束后可重新调出曲线情况下往往会有较明显的拉压粘度效应,造成更大的压力损失,此时需要考虑Juncture loss的Bagley修正系数C1和C2(采用3D求解器考虑Extension viscosity模型系数A和B)。如Moldflow未提供修正系数,可在Moldflow帮助档中查找经验数据进行修正。如果分析时不考虑拉压粘度影响,分析的注射压力则偏低,锁模力可能会偏大。

Moldflow采用注塑机成型法测试粘度数据,不同於传统的毛细管流变仪,测试时熔料驻留时间短、剪切速率宽、压力范围广,测试获得的粘度数据更准确可靠。

热属性

材料传热性能对成型的影响明显,包括外观质量、收缩变形、成型周期等,有利有弊。如图1,不同传热系数的材料翘曲分析结果有较大差异。材料的传热性能由热扩散系数表征,如式2。

图1 不同导热系数翘曲分析对比

α= k / (ρ x Cp ) (2)

其中K为热传导系数,ρ为密度,Cp为比热。

MPI6.1之前的版本在做冷却分析时考虑的是K和Cp平均值,分析的结果有轻微差异,如图2所示。

图2 单点和多点冷却分析对比

转移化温度(无定形材料是玻璃化转移温度,结晶性材料是结晶开始温度)也是Moldflow分析考虑的重点属性,直接关系到凝固层的生成还有浇口凝固时间。

HTC值(接触面传导系数)也是传热要考虑的一项重要属性。MPI 6.0之确保试样在实验进程中不会出现打滑现象;当试样断裂时前默认的HTC是一恒定的值25,000。试验表明,实际的HTC值在填充、保压、冷却过程是变化的,并且远低於25,000,否则对於薄壁件分析时会出现高估短射的情况。MPI 6.0後的版本可以按填充、保压、冷却分使得环境保护遭到了很大要挟段设定HTC,预设值在5000以下,同时冷却分析也考虑变化的HTC值。

由於Moldflow的两种求解器Midplane和Fusion假设产品的边不参与传热计算,如果制品的宽厚比小於4:1,则边的传热面积不可忽略,否则分析的温度会偏高。这也是厚壁件必须采用3D分析的原因。

PVT

PVT是指材料的比容(密度的倒数)随温度和压力的变化关系,与填充、保压、冷却、残余应力以及收缩都有很大的关系,流动保压分析过程的随压力压缩效应以及随温度胀缩效应均与PVT有关,冷却分析则与密度有关,并且决定了体积收缩量。

聚合物的压缩热特性(图3所示,恒定体积情况下增加压力温度会升高)由PVT来描述,MPI6.1开始考虑压缩热效应,计算的熔体温度会略高,从而最终压力也会略低4%。温度升高会伴随体积的膨胀(如图3),线性热膨胀系数CTE可以由PVT来估算:CTE=1/3*b2s/b1s。

图3 比容、压力、温度之间的相互关系

图4 MPI 6.1的压缩热效应

Moldflow材料Datafitting技术

Moldflow的材料测试力求遵循通用ASTM标准,但又结合Moldflow分析的实际对数据进行标准化。只有符合Moldflow规范的数据才可用。Moldflow材料Datafitting技术可以将测试出的离散数据点进行拟合和理论修正,以弥补测试条件的限制,修正测试误差带来的材料属性不一致问题,并生成Moldflow可以直接使用的档格式,即udb档。

图5 Moldflow Datafitting软件

有效运用Moldflow材料数据解决方案

Moldflow材料数据库已有8000余种数据,有些数据是材料供应商测试的,有些是由Moldflow试验室测试的,还有些是由两者联合测试的。下面介绍如何选用Moldflow材料数据的方法和流程。

1.直接在Moldflow数据库中搜索。一般知名公司的通用牌号会发布在Moldflow数据库中。

2.联系材料供应商。材料的数据是否发布在Moldflow数据库中,主要取决於材料供应商。如果Moldflow数据库中没有搜索的牌号,可询问材料供应商是否自行保留了用於Moldflow分析的材料档,如果您是他的材料用户,一般都会提供。

3.材料供应商提供原始数据。如果材料供应商没有需要牌号的Moldflow分析材料档,可要求其按照Moldflow材料数据标准格式提供原始数据,将原始数据提交给Moldflow中国的办事机构进行Datafit更灵活ting为您生成Moldflow分析格式档。

4.联系Moldflow测试试验室。Moldflow在澳洲和美国有两个顶级材料测试实验室。如果材料供应商无法提供原始材料数据,可联系Moldflow测试实验室进行精确测试。

5.最後不得已的方法是选择各方面物性相近的替代材料,但必须在实际成型中验证是可用的。

准确的Moldflow分析结果有赖於准确的材料数据,只要准确把握Moldflow运用材料属性的规律,就能确认Moldflow相关分析结果的有效性。(end)

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