Moldflow精確分析的材料技術(shù)解決方案

1、Moldflow精確分析的材料技術(shù)解決方案材料屬性和Moldflow分析結(jié)果有密切的關(guān)聯(lián)性，材料測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響後者的準(zhǔn)確性。從表1可以看出，材料屬性對Moldflow分析結(jié)果有直接的影響，特別是收縮對材料各屬性依賴最大，熱傳導(dǎo)系數(shù)對Moldflow分析結(jié)果影響最大。 Moldflow分析必須的 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（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。Mol

2、dflow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；D2對應(yīng)低壓下的玻璃化轉(zhuǎn)移溫度；D3是壓力影響系數(shù)，表徵粘度對

3、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

4、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 材料傳熱性能對成型的影響明顯，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)翹曲分析對比 = k / ( x Cp ) （2） 其中K為熱傳導(dǎo)系數(shù)，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

5、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

6、因。 PVT 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：CTE1/3*b2s/b1s。 圖3 比容、壓力、溫度之間的相互關(guān)系圖4 MPI 6.1的壓縮熱效應(yīng)Moldflow材料Dataf

7、itting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軟件有效運(yùn)用Moldflow材料數(shù)據(jù)解決方案 Moldflow材料數(shù)據(jù)庫已有8000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

8、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)