气辅成型的CAE模拟及应用

258576934

前言

气体辅助注射成型(简称气辅成型)是对传统注射成型技术的革新，有人甚至称它是注射成型技术的二次革命。同传统注射成型工艺相比，气辅成型具有以下显著优点:
   
    (1)注射成型压力低，改善了注射机的工作条件，降低了锁模力，可以用小型号注射机成型较大的塑件;
   
    (2)塑件内压力分布均匀，残余应力小，不易翘曲，尺寸稳定性高;
   
    (3)可有效消除塑件的表面缩痕、模面再现性高;
   
    (4)节省塑料原料(一般可节约塑料1%~4%);
   
    (5)模具材料可用切削性能更好的铝合金代替合金工具钢，降低了模具制造成本。另外，铝合金的良好导热性能也可以有效缩短塑件生产周期;
   
    (6)可使厚薄复合型塑件一体成型，减少模具和装配线数目，同时增加了制品设计的灵活性;
   
    (7)可改善材料在塑件断面上的分布，提高塑件的刚性，因此可用价格较低的低强度塑料代替价格较高的高强度塑料。
虽然气辅成型技术最早可以追溯到20世纪40年代，但在工业中的实际应用是从20世纪80年代开始的。目前，该项技术在欧洲、北美和东亚的日本以及韩国已被广泛应用，20世纪90年代中期国内一些企业也开始应用，但总的来说目前该项技术在国内应用的范围还有待进一步拓宽，应用的层次还有待进一步加深。

1：气辅成型问题的复杂性

气辅成型的基本原理如图1所示。它是先往模具型腔中注人一定量的熔融塑料，延后适当时间后，再通过喷嘴、流道或从模具内直接注入经压缩后的惰性气体(通常为氮气)。气体在塑料熔体包围下沿阻力最小的方向前进，对熔体进行掏空，促使塑料熔体充满模具型腔，并在保压冷却阶段对熔体进行压实，待熔体冷却后脱模顶出。

气辅成型在提高塑件技术含量及其附加值的同时，要克服与传统注射成型相比更大的生产难度，主要体现在以下几个方面:
   
    (1)不同塑料品种对气辅成型有不同的适应性和敏感性。塑料熔体的粘度与所需要的气体压力和气体注射后的残余壁厚有很大关系;塑料熔体对剪切速率的敏感性会对气体的穿透有重大影响;
   
    (2)塑件设计除满足其使用功能外，成型性能的考虑尤显重要。这里主要包含两方面的内容:一是气体通道的布局;二是气体通道的尺寸，它们是保证气体顺利掏空塑料熔体并不向相邻区域渗透和穿破熔体的关键;
   
    (3)气辅成型模具同传统注射成型模具相比，有自身显著的个性特点。首先是要确定所采用的进气方式究竟是通过喷嘴、从流道内还是从模具内进气，若是通过喷嘴或从流道内进气，模具的浇口形状及尺寸大小与气体顺利注射有紧密关系;
   
    (4)成型工艺条件对气辅成型的影响非常显著。熔体注射温度、预注射量、延迟时间、气体注射压力及模具温度等工艺条件对气辅成型的成败和气辅塑件的质量也起重要作用。
总之，与传统注射成型相比气辅成型有更多的影响参数需要确定和控制，并且这些参数之间往往相互影响和牵制;对材料选择、塑件和模具设计及成型过程的控制都有特殊的要求，而且这些要求之间不是彼此孤立的，而是相互作用的。另外，气体与聚合物类的塑料相比，在充填和保压阶段的行为差异巨大。因此，直接将在传统注射成型技术方面所积累的经验和数据应用于气辅成型是不够的。气辅成型相对传统注射成型来讲，必须更多地从定性研究过渡到定量研究。研究应用的实践表明，借助先进的CAE模拟分析技术是一种行之有效的方法。

2：气辅成型的CAE分析步骤
经过20多年激烈的市场竞争和选择，在目前塑料注射成形模拟软件市场上，Moldflow软件已经成为该领域首屈一指的CAE软件。该软件专门针对气辅成型技术而开发的气辅模块可以根据选定的塑料品种、气体入口及数量和设定的成型工艺条件，计算并可视化地显示塑料熔体的流动行为和气体注人和掏空塑料熔体的整个过程，并预测气体注人后可能发生的穿破和气体泄漏现象，以及塑料熔体的厚度分布、气体前锋的边界温度等。分析人员可以利用这些分析结果对塑料材料、产品形状及尺寸、模具设计和各种成型工艺条件进行调整和优化，以获得满足质量要求的气辅塑件。
应用Moldflow软件进行气辅成型分析之前，必须完成以下过程:模型准备、气道设计、设定成型工艺、选取材料、设置进浇位置、设置气口位置、设置工艺参数。以下对其分别阐述。

    2.1模型准备
进行气辅成型分析的模型必须是中性面模型(Midplane Mesh)。

    2. 2气道设计
在设计气道尺寸时，通常用一维单元的直径和形状因子来表示实际的气道几何特征。对于非圆形截面气道，用与实际气道截面面积相等的圆形截面代替。

    2. 3设定成型工艺
   
    (1)点击Analysis-->Set Molding Process，选择所需成型工艺Gas-assisted Injection Moldings
   
    (2)设定分析序列。点击Analysis-->Set AnalysisSequence，可以看到气辅分析所有可能的分析序列。
   
    (3)选取所需的分析序列，新的分析序列会更新方案任务栏.

    2. 4选取材料
   
    (1)点击Analysis-->Select Material，在屏幕上打开选取材料对话框。
   
    (2)点击Manufacturer项，选取所需的材料制造商。
   
    (3)点击Trade Name项，选取所需的材料牌号。
   
    (4)点击OK，方案任务栏窗口中的材料被更新，并将工艺参数设置成了缺省值。

    2. 5设置进浇位置
   
    (1)点击Analysis-->Set Injection Locations，出现十字型光标。
   
    (2)在塑件模型进浇处点击十字型光标，出现一黄色锥形。
   
    (3)在十字型光标下，点击右键，选取Finish Injection Location，完成浇口位置设置。

    2. 6设置气口位置
   
    (1)点击Analysis-->Set Gas Entrances，进气位置属性对话框出现。
   
    (2)点击New，创建新的进气位置，点击Edit，设定气辅注射控制器参数，然后点击OK。
   
    (3)在塑件模型上点击十字型光标，设定所需的进气位置，在模型上出现一个“G”字符。
   
    (4)按右键，选取Finish Gas Entrance，完成进气位置设置。
   
    (5)打开气口位置属性对话框，创建气体注射控制器，或从数据库中选择气体注射控制器。

    2.7设置工艺参数
   
    (1)点击Analysis-->Process Setting Wizard。
   
    (2)在工艺参数设置控制面板上，设置模温(Mold  Surface  Temperature)、熔体温度(Melt Temperature )。
   
    (3)在充填时间栏(Filling Control)所列选项中，选择Injection Time项，输人塑料注射时间。
   
    (4)在Velocity/Pressure Switch-Over列项中，选By % Volume Filled项。
   
    (5)输人气体注射之前塑料需注人的量。
   
    (6)点击OK。

zhangyanyun

lieutenant

夜游神

夜游神

xiejingchong

zhang2008go

chinatm111