双色模设计原理及MOLDFLOW分析

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1、 双色模设计原理及Moldflow分析1、双色模分类 双色模（Overmolding）：两种塑胶材料在同一台注塑机上注塑，分两次成型，但是产品只出模一次的模具。一般这种模塑工艺也叫双料注塑，通常由两幅模具,一半装在机器的固定板上,另一半装在回转板上. 两幅模具的公模是完全一样的,一次母模和二次母模不一样.当第一种颜色的塑料注塑完毕,公母模打开一次，公模带着一次产品旋转180 度,到达第二种颜色注塑的位置上,进行二次注射,即可取得双色制件.如此循环,每个成型周期内都会有一模一次产品及二次产品产生.包胶模(Insert Molding)：有时又叫假双色，两种塑胶材在不同注塑机上注塑，分两次成型；产

2、品从一套模具中出模取出后，再放入另外一套模具中进行第二次注塑成型（所以我们把第一射叫做insert）。一般这种模塑工艺通常由2套模具完成，而不需要专门的双色注塑机。图1：双色模产品（Overmolding） 图2：包胶模产品（Insert molding） 图3：双色模具示意图2、选择双色模具一般不外乎以下几种情况：1）產品功能的要求. 例如电源开关,手机按键,键盘指示灯,汽车开关等,要求LED的部分能够透光例如电源开关按钮，LED灯需要透光；2）改善手感. 一些手持產品,要求在手持部位使用Rubber,手感会比较舒适. 例如对讲机外壳, 电动工具把手,扳手,起子把手,牙刷柄,保温杯等；3）增

3、加美感,作為装饰品. 如一些外观件的Logo,如果採用双色注塑,又漂亮又不用担心它会被摩掉；4）產品局部区域需要电镀.在塑料家族中,只有ABS 和聚砜(PSU)表面可以电镀, 如果要求產品的局部区域或者单侧需要电镀,就要把电镀区域注射為ABS,把不需要电镀的区域注射為其他材料如PC 等。3、双色模设计要求目前市场上双色模已经非常普遍，并且由于这种工艺可以使产品的外观更加漂亮，易于换颜色而可以不用喷涂，非常符合市场潮流。双色模具再设计要点归纳如下：1）Cavity的两个形状是不同的，分别成型1种产品，而Core的两个形状完全一样。2）模具的前、后模以中心旋转180后，必须吻合。设计时必须做这个检

4、查动作。3）注意顶棍孔的位置，最小距离210mm。大的模具须适当增加顶棍孔的数量。并且，由于注塑机本身附带的顶棍不够长，所以我们的模具中必须设计加长顶棍，顶棍长出模胚底板150mm左右。后模底板上必须设计2个定位圈。4）前模面板加A板的总厚度不能少于170mm。请仔细查看这种型号的注塑机的其它参考数据，比如，最大容模厚度、最小容模厚度、顶棍孔距离等。5）三板模的水口最好能设计成可以自动脱模动作。特别要注意软胶水口的脱模动作是否可靠。6）前侧SPRUE的深度不要超过65mm。上侧（大水口）SPRUE的顶部到模胚中心的距离不小于150mm。7）在设计第二次注塑的CAVITY时，为了避免CAVITY

5、插（或擦）伤第一次已经成型好的产品胶位，可以设计一部分避空。但是必须慎重考虑每一处封胶位的强度，即：在注塑中，是否会有在大的注塑压力下，塑胶发生变形，导致第二次注塑可能会有批锋产生的可能。8）注塑时，第一次注塑成型的产品尺寸可以略大，以使它在第二次成型时能与另一个CAVITY压得更紧，以达到封胶的作用。9）注意在第二次注塑时，塑胶的流动是否会冲动第一次已经成型好的产品，使其胶位变形，如果有这个可能，一定要想办法改善。10）在A、B板合模前，要注意前模Slider或Lifter是否会先复位而压坏产品。如此，必须想办法使在A、B板先合模，之后前模的SLIDER或LIFET才能复位。11）两CAVI

6、TY和CORE的运水布置尽量充分，并且均衡、一样。12）99%的情况是先注塑产品的硬胶部分，再注塑产品的软胶部分。因为软胶易变形。13）为了使两种塑胶“粘”得更紧，要考虑材料之间的“粘性”以及模具表面的粗糙度。双色注塑有专门的TPU；而模具表面越光滑，它们“粘得更紧。14）注意前后模的定位；所有插穿、靠破面的斜度落差尽量大些，要0.1mm以上。4、Moldflow双色分析由于Moldflow3D技术目前已经比较成熟，可以非常方便的模拟overmolding 和insert molding。对于Overmolding，通过Moldflow分析可以预测出两射产品的充填情况，压力、温度、结合线困气位

7、置、表面收缩，以及产品相互粘合及变形情况，帮我们及时地避免双色成型中的风险。对于insert molding,可与通过Moldflow 3D技术分析出镶件（铁件或塑料）与制品一起变形的情况，以及镶件的变形导致产品的变形。 图4：双色模（Overmolding）分析 图5： insert molding分析5、Moldflow双色分析案例-Overmolding图6：双色模（Overmolding）分析第一射、第二射产品、水路分析模型 图7：Overmolding模拟模温分布 图8：Re-melt Zone辅助双色成型判定混色及剥离等缺陷6、 Moldflow双色分析案例Insert moldi

8、ng图9：insert molding 模型 图10：insert molding 分析模型图11、12、13：利用MPI对Insert成型品进行分析，有效地预测镶件对产品变形的影响图14，利用Moldflow找出最小变形的方案，变形问题得到解决 Moldflow分析材料选取原则Moldflow分析过程中，材料的准确选取和Moldflow分析结果有密切的关联性，目前moldflow最新版本2011已有材料库有9000多种，涵盖了全球400多家知名材料厂商各种型号的材料。Moldflow分析时按照料号准确找到相应材料固然很好，但有时客户采用的是一些小厂商生产的改性材料，可能在Moldflow材料

9、库找不到，于是我们需要根据材料物性表，据此搜到特性最相近的替代料，因为材料测试数据的准确性直接影响後者的准确性。以下下表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。 1、Moldflow分析必须把握的重点材料属性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

10、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

11、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

12、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?MZrL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 = k / ( x Cp ) （2）其中K为热传导系数，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

13、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是指材料的比容（密度

14、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：CTE1/3*b2s/b1s。 图3 比容、压力、温度之间的相互关系 图4 Moldflow压缩热效应2、Moldflow材料Datafitting技术 Moldf

15、low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 3、Moldflow材料数据选用原则Moldflow材料数据库已有9000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Moldflo

16、w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Datafitting为您生成Moldflow分析格式档

17、。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。4、巧用Moldflow2011材料库新功能案例：产品最初采用材料为PP Lupol TE-5007B : LG Chemical，实际试模后发现翘曲变形很大，在增加宽1.5mm，高2mm的筋条后仍没有改善变形，之后运用Moldflow分析，在不改变原有模具结构的情况下，通过寻找其他变形小的材料改用材料：PP RR93 : Samsung (含15Talc)，解决了变形问题。实现方法如下图，在Moldflow中选择PP料时，可在搜索要求中增加“变形量指示”，选择“金牌”表示将要选择的PP料为变形最小的材料(此为Moldflow2011新增功能)在搜索要求中增加“变形量指示”最初采用材料：PP Lupol TE-5007B : LG Chemical变形大 改用moldflow推荐材料：PP RR93 : Samsung,变形很小