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雙色模設(shè)計(jì)原理及 Moldflow 分析 1、雙色模分類 、 雙色模（ ）：兩種塑膠材料在同一臺(tái)注塑機(jī)上注塑，分兩次成型，但是產(chǎn)品只 雙色模（Overmolding）： ）： 出模一次的模具。一般這種模塑工藝也叫雙料注塑，通常由兩幅模具,一半裝在機(jī)器的固定板上, 另一半裝在回轉(zhuǎn)板上. 兩幅模具的公模是完全一樣的,一次母模和二次母模不一樣.當(dāng)?shù)谝环N顏色 的塑料注塑完畢,公母模打開一次， 公模帶著一次產(chǎn)品旋轉(zhuǎn) 180 度,到達(dá)第二種顏色注塑的位置上, 進(jìn)行二次注射,即可取得雙色制件.如此循環(huán),每個(gè)成型周期內(nèi)都會(huì)有一模一次產(chǎn)品及二次產(chǎn)品產(chǎn) 生. 包膠模(Insert Molding)：有時(shí)又叫假雙色，兩種塑膠材在不同注塑機(jī)上注塑，分兩次成型； 包膠模 ： 產(chǎn)品從一套模具中出模取出后， 再放入另外一套模具中進(jìn)行第二次注塑成型 （所以我們把第一射 叫做 insert）。一般這種模塑工藝通常由 2 套模具完成，而不需要專門的雙色注塑機(jī)。 圖 1：雙色模產(chǎn)品（Overmolding） 圖 2：包膠模產(chǎn)品（Insert molding） 圖 3：雙色模具示意圖 2、選擇雙色模具一般不外乎以下幾種情況： 、選擇雙色模具一般不外乎以下幾種情況： 1）產(chǎn)品功能的要求. 例如電源開關(guān),手機(jī)按鍵,鍵盤指示燈,汽車開關(guān)等,要求 LED 的部分能夠透光 例如電源開關(guān)按鈕，LED 燈需要透光； 2）改善手感. 一些手持產(chǎn)品,要求在手持部位使用 Rubber,手感會(huì)比較舒適. 例如對(duì)講機(jī)外殼, 電 動(dòng)工具把手,扳手,起子把手,牙刷柄,保溫杯等； 3）增加美感,作為裝飾品. 如一些外觀件的 Logo,如果採用雙色注塑,又漂亮又不用擔(dān)心它會(huì)被摩 掉； 4）產(chǎn)品局部區(qū)域需要電鍍.在塑料家族中,只有 ABS 和聚砜(PSU)表面可以電鍍, 如果要求產(chǎn)品的 局部區(qū)域或者單側(cè)需要電鍍,就要把電鍍區(qū)域注射為 ABS,把不需要電鍍的區(qū)域注射為其他材料如 PC 等。 3、雙色模設(shè)計(jì)要求 、 目前市場上雙色模已經(jīng)非常普遍， 并且由于這種工藝可以使產(chǎn)品的外觀更加漂亮， 易于換顏 色而可以不用噴涂，非常符合市場潮流。雙色模具再設(shè)計(jì)要點(diǎn)歸納如下： 1）Cavity 的兩個(gè)形狀是不同的，分別成型 1 種產(chǎn)品，而 Core 的兩個(gè)形狀完全一樣。 2）模具的前、后模以中心旋轉(zhuǎn) 180? 后，必須吻合。設(shè)計(jì)時(shí)必須做這個(gè)檢查動(dòng)作。 3）注意頂棍孔的位置，最小距離 210mm。大的模具須適當(dāng)增加頂棍孔的數(shù)量。并且，由于注 塑機(jī)本身附帶的頂棍不夠長，所以我們的模具中必須設(shè)計(jì)加長頂棍，頂棍長出模胚底板 150mm 左右。后模底板上必須設(shè)計(jì) 2 個(gè)定位圈。 4）前模面板加 A 板的總厚度不能少于 170mm。請(qǐng)仔細(xì)查看這種型號(hào)的注塑機(jī)的其它參考數(shù)據(jù)， 比如，最大容模厚度、最小容模厚度、頂棍孔距離等。 5）三板模的水口最好能設(shè)計(jì)成可以自動(dòng)脫模動(dòng)作。特別要注意軟膠水口的脫模動(dòng)作是否可靠。 6）前側(cè) SPRUE 的深度不要超過 65mm。上側(cè)（大水口）SPRUE 的頂部到模胚中心的距離不小于 150mm。 7）在設(shè)計(jì)第二次注塑的 CAVITY 時(shí)，為了避免 CAVITY 插（或擦）傷第一次已經(jīng)成型好的產(chǎn)品膠 位，可以設(shè)計(jì)一部分避空。但是必須慎重考慮每一處封膠位的強(qiáng)度，即：在注塑中，是否會(huì)有在 大的注塑壓力下，塑膠發(fā)生變形，導(dǎo)致第二次注塑可能會(huì)有批鋒產(chǎn)生的可能。 8）注塑時(shí)，第一次注塑成型的產(chǎn)品尺寸可以略大，以使它在第二次成型時(shí)能與另一個(gè) CAVITY 壓得更緊，以達(dá)到封膠的作用。 9）注意在第二次注塑時(shí)，塑膠的流動(dòng)是否會(huì)沖動(dòng)第一次已經(jīng)成型好的產(chǎn)品，使其膠位變形，如 果有這個(gè)可能，一定要想辦法改善。 10）在 A、B 板合模前，要注意前模 Slider 或 Lifter 是否會(huì)先復(fù)位而壓壞產(chǎn)品。如此，必須想辦 法使在 A、B 板先合模，之后前模的 SLIDER 或 LIFET 才能復(fù)位。 11）兩 CAVITY 和 CORE 的運(yùn)水布置盡量充分，并且均衡、一樣。 12）99%的情況是先注塑產(chǎn)品的硬膠部分，再注塑產(chǎn)品的軟膠部分。因?yàn)檐浤z易變形。 13）為了使兩種塑膠“粘”得更緊，要考慮材料之間的“粘性”以及模具表面的粗糙度。雙色注塑有 專門的 TPU；而模具表面越光滑，它們“粘‘得更緊。 14）注意前后模的定位；所有插穿、靠破面的斜度落差盡量大些，要 0.1mm 以上。 4、Moldflow 雙色分析 、 由于 Moldflow3D 技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，可以非常方便的模擬 overmolding 和 insert molding。 對(duì)于 Overmolding，通過 Moldflow 分析可以預(yù)測出兩射產(chǎn)品的充填情況，壓力、溫度、結(jié)合線困 氣位置、表面收縮，以及產(chǎn)品相互粘合及變形情況，幫我們及時(shí)地避免雙色成型中的風(fēng)險(xiǎn)。 對(duì)于 insert molding,可與通過 Moldflow 3D 技術(shù)分析出鑲件（鐵件或塑料）與制品一起變形的情 況，以及鑲件的變形導(dǎo)致產(chǎn)品的變形。 圖 4：雙色模（Overmolding）分析 圖 5： insert molding 分析 5、Moldflow 雙色分析案例 、 雙色分析案例--Overmolding 圖 6：雙色模（Overmolding）分析第一射、第二射產(chǎn)品、水路分析模型 圖 7：Overmolding 模擬模溫分布 圖 8：Re-melt Zone 輔助雙色成型判定混色及剝離等缺陷 6、 Moldflow 雙色分析案例 、 雙色分析案例—Insert molding 圖 9：insert molding 模型 圖 10：insert molding 分析模型 圖 11、12、13：利用 MPI 對(duì) Insert 成型品進(jìn)行分析，有效地預(yù)測鑲件對(duì)產(chǎn)品變形的 影響 圖 14，利用 Moldflow 找出最小變形的方案，變形問題得到解決 Moldflow 分析材料選取原則 Moldflow 分析過程中， 材料的準(zhǔn)確選取和 Moldflow 分析結(jié)果有密切的關(guān)聯(lián)性， 目前 moldflow 最新版本 2011 已有材料庫有 9000 多種，涵蓋了全球 400 多家知名材料廠商各種型號(hào)的材料。 Moldflow 分析時(shí)按照料號(hào)準(zhǔn)確找到相應(yīng)材料固然很好，但有時(shí)客戶采用的是一些小廠商生產(chǎn)的 改性材料，可能在 Moldflow 材料庫找不到，于是我們需要根據(jù)材料物性表，據(jù)此搜到特性最相 近的替代料，因?yàn)椴牧蠝y試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響後者的準(zhǔn)確性。以下下表 1 可以看出，材料屬 性對(duì) Moldflow 分析結(jié)果有直接的影響，特別是收縮對(duì)材料各屬性依賴最大，熱傳導(dǎo)系數(shù)對(duì) Moldflow 分析結(jié)果影響最大。 1、Moldflow 分析必須把握的重點(diǎn)材料屬性 、 Moldflow 材料數(shù)據(jù)庫的材料屬性類目達(dá)到 70 種以上，除了 Moldflow 分析必須的數(shù)據(jù)以外，還 有很多描述性的參考數(shù)據(jù)。下面重點(diǎn)介紹幾個(gè)關(guān)鍵的材料屬性。 粘度（ 粘度（Viscosity） ） 聚合物為非牛頓假塑性流體，具有剪切變稀的特性，其粘度不僅受溫度的影響，還受剪切速率的 影響。Moldflow 默認(rèn)的粘度模型為 Cross-WLF 模型。 這一模型能在較寬剪切速率范圍內(nèi)反應(yīng)塑料 熔體流動(dòng)規(guī)律，適應(yīng)溫度范圍廣，能更準(zhǔn)確地描述伴有冷卻效應(yīng)的熔體流動(dòng)。特別是當(dāng)溫度接近 於玻璃化轉(zhuǎn)移溫度時(shí)，能很好擬合粘度的迅速增加。 表 1 材料屬性與 Moldflow 分析結(jié)果(實(shí)際成型效果)的關(guān)聯(lián)性 注：0-關(guān)聯(lián)小，1-略有關(guān)聯(lián)，2-有關(guān)聯(lián)，3-密切關(guān)聯(lián)) 式（1）為 Cross-WLF 粘度模型的運(yùn)算式： 這也是經(jīng)典的 7 參數(shù)模型（n, D1, D2, D3, A1, A2）其中 n 是非牛頓指數(shù)，1-n 表示剪切變稀曲線 的斜率； 是剪切變稀行為開始的剪應(yīng)力； 對(duì)應(yīng)低壓下的玻璃化轉(zhuǎn)移溫度； 是壓力影響系數(shù)， D2 D3 表徵粘度對(duì)壓力的依賴性， 在高速高壓成型分析中， 比如超薄成型， 必須考慮粘度的壓力依賴性。 表 2 幾種常見材料的 D3 值 Cross-WLF 模型考慮的是剪切粘度，不考慮拉壓粘度。在澆口直徑變化較劇烈的情況下往往會(huì)有 較明顯的拉壓粘度效應(yīng)，造成更大的壓力損失，此時(shí)需要考慮 Juncture loss 的 Bagley 修正系數(shù) C1 和 C2（采用 3D 求解器考慮 Extension viscosity 模型系數(shù) A 和 B）。如 Moldflow 未提供修正系 數(shù)，可在 Moldflow 幫助檔中查找經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。如果分析時(shí)不考慮拉壓粘度影響，分析的 注射壓力則偏低，鎖模力可能會(huì)偏大。 Moldflow 采用注塑機(jī)成型法測試粘度數(shù)據(jù)，不同於傳統(tǒng)的毛細(xì)管流變儀，測試時(shí)熔料駐留時(shí)間 短、剪切速率寬、壓力范圍廣，測試獲得的粘度數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確可靠。 熱屬性 ?MZrL 材料傳熱性能對(duì)成型的影響明顯，包括外觀質(zhì)量、收縮變形、成型周期等，有利有弊。如 圖 1，不同傳熱系數(shù)的材料翹曲分析結(jié)果有較大差異。材料的傳熱性能由熱擴(kuò)散系數(shù)表征，如式 2。 圖 1 不同導(dǎo)熱系數(shù)翹曲分析對(duì)比 α= k / (ρ x Cp ) （2）其中 K 為熱傳導(dǎo)系數(shù)，ρ 為密度，Cp 為比熱。 MPI6.1 之前的版本在做冷卻分析時(shí)考慮的是 K 和 Cp 平均值，分析的結(jié)果有輕微差異，如圖 2 所示。 圖 2 單點(diǎn)和多點(diǎn)冷卻分析對(duì)比 轉(zhuǎn)移化溫度（無定形材料是玻璃化轉(zhuǎn)移溫度，結(jié)晶性材料是結(jié)晶開始溫度）也是 Moldflow 分析 考慮的重點(diǎn)屬性，直接關(guān)系到凝固層的生成還有澆口凝固時(shí)間。 HTC 值（接觸面?zhèn)鲗?dǎo)系數(shù)）也是傳熱要考慮的一項(xiàng)重要屬性。MPI 6.0 之前默認(rèn)的 HTC 是一恒定 的值 25,000。試驗(yàn)表明，實(shí)際的 HTC 值在填充、保壓、冷卻過程是變化的，并且遠(yuǎn)低於 25,000， 否則對(duì)於薄壁件分析時(shí)會(huì)出現(xiàn)高估短射的情況。MPI 6.0 後的版本可以按填充、保壓、冷卻分段 設(shè)定 HTC，預(yù)設(shè)值在 5000 以下，同時(shí)冷卻分析也考慮變化的 HTC 值。 由於 Moldflow 的兩種求解器 Midplane 和 Fusion 假設(shè)產(chǎn)品的邊不參與傳熱計(jì)算， 如果制品的寬厚 比小於 4：1，則邊的傳熱面積不可忽略，否則分析的溫度會(huì)偏高。這也是厚壁件必須采用 3D 分 析的原因。 PVT 是指材料的比容（密度的倒數(shù)）隨溫度和壓力的變化關(guān)系，與填充、保壓、冷卻、殘余應(yīng)力 以及收縮都有很大的關(guān)系，流動(dòng)保壓分析過程的隨壓力壓縮效應(yīng)以及隨溫度脹縮效應(yīng)均與 PVT 有關(guān)，冷卻分析則與密度有關(guān)，并且決定了體積收縮量。 聚合物的壓縮熱特性(圖 3 所示)，恒定體積情況下增加壓力溫度會(huì)升高)由 PVT 來描述，MPI6.1 開始考慮壓縮熱效應(yīng)，計(jì)算的熔體溫度會(huì)略高，從而最終壓力也會(huì)略低 4％。溫度升高會(huì)伴隨體 積 的 膨 脹 （ 如 圖 3 ） ， 線 性 熱 膨 脹 系 數(shù) CTE 可 以 由 PVT 來 估 算 ： CTE ＝ 1/3*b2s/b1s 。 圖 3 比容、壓力、溫度之間的相互關(guān)系 圖 4 Moldflow 壓縮熱效應(yīng) 2、Moldflow 材料 Datafitting 技術(shù) 、 Moldflow 的材料測試力求遵循通用 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)，但又結(jié)合 Moldflow 分析的實(shí)際對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo) 準(zhǔn)化。只有符合 Moldflow 規(guī)范的數(shù)據(jù)才可用。Moldflow 材料 Datafitting 技術(shù)可以將測試出的離 散數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合和理論修正， 以彌補(bǔ)測試條件的限制， 修正測試誤差帶來的材料屬性不一致問 題，并生成 Moldflow 可以直接使用的檔格式，即 udb 檔。 圖 5 Moldflow Datafitting 軟件 3、Moldflow 材料數(shù)據(jù)選用原則 、 Moldflow 材料數(shù)據(jù)庫已有 9000 余種數(shù)據(jù)，有些數(shù)據(jù)是材料供應(yīng)商測試的，有些是由 Moldflow 試驗(yàn)室測試的，還有些是由兩者聯(lián)合測試的。下面介紹如何選用 Moldflow 材料數(shù)據(jù)的方法和流 程。 1）直接在 Moldflow 數(shù)據(jù)庫中搜索。一般知名公司的通用牌號(hào)會(huì)發(fā)布在 Moldflow 數(shù)據(jù)庫中。 2）聯(lián)系材料供應(yīng)商。材料的數(shù)據(jù)是否發(fā)布在 Moldflow 數(shù)據(jù)庫中，主要取決於材料供應(yīng)商。如 果 Moldflow 數(shù)據(jù)庫中沒有搜索的牌號(hào)， 可詢問材料供應(yīng)商是否自行保留了用於 Moldflow 分析的 材料檔，如果您是他的材料用戶，一般都會(huì)提供。 3）材料供應(yīng)商提供原始數(shù)據(jù)。如果材料供應(yīng)商沒有需要牌號(hào)的 Moldflow 分析材料檔，可要求 其按照 Moldflow 材料數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式提供原始數(shù)據(jù)， 將原始數(shù)據(jù)提交給 Moldflow 中國的辦事機(jī)構(gòu) 進(jìn)行 Datafitting 為您生成 Moldflow 分析格式檔。 4）聯(lián)系 Moldflow 測試試驗(yàn)室。Moldflow 在澳洲和美國有兩個(gè)頂級(jí)材料測試實(shí)驗(yàn)室。如果材料 供應(yīng)商無法提供原始材料數(shù)據(jù)，可聯(lián)系 Moldflow 測試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行精確測試。 5） 最後不得已的方法是選擇各方面物性相近的替代材料， 但必須在實(shí)際成型中驗(yàn)證是可用的。 準(zhǔn)確的 Moldflow 分析結(jié)果有賴於準(zhǔn)確的材料數(shù)據(jù)， 只要準(zhǔn)確把握 Moldflow 運(yùn)用材料屬性的規(guī)律， 就能確認(rèn) Moldflow 相關(guān)分析結(jié)果的有效性。 4、巧用 Moldflow2011 材料庫新功能 、 案例：產(chǎn)品最初采用材料為 PP Lupol TE-5007B : LG Chemical，實(shí)際試模后發(fā)現(xiàn)翹曲變形很大， 在增加寬 1.5mm，高 2mm 的筋條后仍沒有改善變形，之后運(yùn)用 Moldflow 分析，在不改變?cè)?模具結(jié)構(gòu)的情況下，通過尋找其他變形小的材料改用材料：PP RR93 : Samsung (含 15％Talc)，解 決了變形問題。 實(shí)現(xiàn)方法 如下圖，在 Moldflow 中選擇 PP 料時(shí)，可在搜索要求中增加“變形量指示”，選擇“金牌”表 示將要選擇的 PP 料為變形最小的材料(此為 Moldflow2011 新增功能) 在搜索要求中增加“變形量指示” 最初采用材料：PP Lupol TE-5007B : LG Chemical 變形大 很小 改用 moldflow 推薦材料：PP RR93 : Samsung,變形 |
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