Moldflow分析

2024-07-04

Moldflow分析（精选8篇）

Moldflow分析篇1

1 引言

CAE技术已经广泛运用于工业产品的开发中,尤其在模具产品行业CAE技术的运用更是产品开发成功的保证。本文以汽车轮罩为例,通过Moldflow软件分析其成型工艺,获得最佳成型工艺参数,同时分析产品缺陷,提出了解决方案,提高了产品质量。

2 产品成型分析

首先对产品进行工艺分析,产品为一塑胶汽车轮罩,材料为PPU,产品尺寸较大,结构较复杂,采用模具注塑成型容易出现填充不满、温降过大等各种缺陷。为了改进或避免此类情况的发生,采用了CAE技术对成型过程进行分析。

PPU剪切速率与粘度曲线如图1所示。

考虑到产品结构的特殊性,初定模具方案为热流道成型,具体方案如图2所示。

初定相关成型工艺参数:模温:55.0℃;熔体温度:230.0℃;注射时间:4s。

运用此方案先进行填充分析后,可知:T=4s时,型腔被充满,填充基本均匀,熔体温度降大概10℃左右,产品表面质量将会得到保证,通过对型腔充满瞬间的型腔压力分布进行分析,确定本方案所需注射压力为67.5MPa。

同时,通过对产品注塑熔接痕进行分析,并把熔接痕产生位置与熔接时间结合起来分析,得到熔接痕形成时的温差,由此可判断熔接痕的质量。图3所示熔接痕由于形成时温差小,该处温度接近注射温度(离浇口近及剪切热作用),熔接痕质量相对较好。

对产品缺陷进行分析,图4中指示部分位置成型后产生气穴,如果气穴产生的位置有自然排气措施,将不会产生困气;如果排气不良,容易产生烧焦等现象,而且会有表面花纹,因此必要时可在模具结构相应位置开设排气槽确保产品质量(如图4)。

接下来对模具锁模力参数进行分析,通过图5得知:T=3.5s左右时,锁模力达到峰值F锁=982t。

3 结语

通过MOLDFLOW软件对汽车轮罩成型过程一系列分析,我们得到了更合理的工艺参数,也提出了更优化的成型方案,保证了产品开发的顺利实现,可见CAE技术在模具工业产品开发中的重要性。

参考文献

[1]孙丽娟.Moldflow在注射模设计中的应用[J]..模具工业,2010(3):41-44,62.

[2]花炳灿.复杂仿生结构设计中的CAD/CAE技术应用[J].土木建筑工程信息技术,2009(1):72-77.

[3]陈海丽.CAE技术在轿车保险杠浇口设计中的应用[J].轻工机械,2011(6):8-13.

Moldflow分析篇2

【摘要】薄壁深腔类塑件具有尺寸大、壁厚薄，容易出现充填不均，翘曲变形等缺陷。本文借助Moldflow仿真软件，对薄壁深腔塑件注塑的全过程进行模拟分析。通过流动阻力分析，充型流动性分析和冷却过程中的翘曲分析，从而得出得出最优的充型压力和充型保压时间，最理想的浇口设置位置，对模具结构的设计以及注射成型相关工艺参数的设置提供了重要的依据。

【关键词】Moldflow，薄壁深腔塑件，注射成型

实现优质塑件的生产，是以先进的模具、高效的設备以及合理的加工工艺为前提的[1]。其中，塑料模具对实现塑料成型工艺要求、保证塑件质量、降低生产成本起着至关重要的作用。一副质量优良的塑料模具可成型几十万次，甚至上百万次，具有优良的使用性能和较长的寿命。传统的模具设计，主要依赖于模具设计人员的经验与直觉，通过多次的试模和改进方能得到优良模具，对工作人员要求较高且生产周期长。如今，随着越来越多的计算机辅助工程（CAE）软件被研发出来并应用到实际生产中，模具设计变得越来越简便而快捷。其中，Autodesk Moldflow仿真软件是较为成熟的应用于注射模具设计的CAE软件之一。该软件的强大之处在于能通过计算机的运算能力，模拟注塑的全过程，进行分析预测实际加工时会出现的缺陷，提前在模具加工之前得到最优的制品设计，缩短设计模具周期且能保证模具的质量，用以增强市场竞争能力[2]。

冷冻室用的冰箱果蔬篮，不但要满足外观透明、光滑且薄，而且要求在低温受载荷时不得出现裂纹和变脆等现象。因此，对注塑成型过程提出较高的工艺要求。之前的生产工艺是根据经验进行模具设计与制造，但是由于产品开发周期缩短和品质要求的提高，这种方式已不适合目前社会的发展需要。现在采用Moldflow软件对塑件的充模、冷却、流动等行为进行动态模拟，从而达到利用结果指导模具设计和选取成型参数的效果。

1、塑件分析

冰箱果蔬篮是一个透明塑料件，形状尺寸长×宽×高=340mm×180mm×190mm，壁厚为3mm，通过pro/e软件对其进行三维建模，结构如图1.1所示。从外形上进行分析可知，该塑料产品的特点是薄壁深腔，且尺寸较大，对充型塑料的流动性要求较高，而且还要求具有光滑漂亮的外观质量。

从使用要求上分析，该产品主要用于低温的冰箱环境，要能够在低温下有一定的强度和刚度，可以作为承载容器使用，不能在低温载荷时出现裂纹和变脆等现象。结合以上各因素综合考虑，决定选用聚苯乙烯PS塑料作为成型材料。

聚苯乙烯是苯乙烯的聚合物，缩写代号是PS，是五大通用塑料之一。它具有价格低、模塑性好、易着色、刚度高、吸湿性小等优点，它透光率高于88%，雾度大概3%，折射率较大，在1.59～1.60之间，具有特殊光亮性[3]。

为了提高生产效率，在保证塑件的成型质量，且能缩短成型周期，本次设计会借助Moldflow软件，通过对产品的浇口位置分析、流动分析、翘曲分析，从而达到采用先进技术指导模具设计与制造的效果。

2、网格的划分与处理

在利用CAE软件进行模拟分析前，需要对塑料产品离散化，进行网格划分，这样才能进行相关的计算模拟[4]。通过安装Moldflow Design link2010插件，将图1.1的Pro/E三维建模直接导入Moldflow软件中，之后进行网格划分。网格的划分与处理是模流分析最重要、最复杂的环节，且网格的划分的质量将会影响到后续的分析的准确度，因此需要进行多次的反复修改。此次塑件的分析网格类型选择模流分析最常用的双层面，它创建在模型的上下两个表层上。从软件使用可知划分的网格边长越小分析就越精确，但是分析的计算量就会大大增加，延长计算机运算的时间。经过网格划分、诊断、修复最终得到网格模型如图1.4所示。

3、塑件的浇口位置分析

最佳浇口位置是采用Moldflow软件浇口位置分析模块进行模拟分析，可以通过软件简单明了的数据图得到浇口位置的信息，避免因选择浇口位置不当，而导致塑件的注塑质量不好，严重可能注塑不成形。此次用浇口位置分析模块，结果如图3.1和图3.2所示，软件规定蓝色区域为最佳浇口位置，红色区域为最差位置，则从图可以看出塑件的最佳浇口位置即蓝色区域在底部的几何中心处附近。

4、塑件流动及翘曲模拟分析

分析塑件流动前，首先要对塑件的材料进行选择，而Moldflow提供丰富材料库，方便设计者的选择，此次对冰箱果蔬篮的材料，我选择牌号是PS Generic Estimates，制造商是CMOLD Generic Estimates。接着是通过Moldflow的成型窗口，对塑件注射时0间的初步的确定。分析结果出来后，可以通过材料推荐工艺可知模具温度是50℃，熔体温度是230℃，以此为依据，修改分析结果的属性，可以得到最低前沿温度和质量（成型窗口）：XY图，如图4.1与图4.2所示。由图中数据可知，塑料熔体充满整个型腔并达到所需质量要求需要的时间约为2.7s，在此期间，塑料熔体前锋的料流最低温度则保持在210～250℃之间，说明在该时间段内，前锋冷料的温度比较高，不会影响塑料熔体的充型流动。

与注射时间有比较大关系的还有塑料熔体的最大剪切速率和最大剪切应力，从分析得到图4.3和图4.4。从图中可以看到，初始时塑料熔体的剪切速率随着注射时间的延长而剧减，过了2.5s后逐渐趋于平缓，说明熔体的粘度会随着注射时间的增加而增大；而熔体的剪切应力在初始时也是剧减，在3s左右达到最小值，随后又逐渐增大。

综上所述，再结合型腔的补缩等因素，初步选择注射时间为2.7s。再综合考虑到注射机的最大注射速率，此时塑件的注射速率为=（网格体积）/（注射时间）=842.664cm3/2.7s=312.097（cm3/s）。此时流道的体积为4.4766cm3，熔体流过需要的时间整合取0.1s。所以最终选定的注射时间为2.8s。

5、流动分析结果

1）充填时间分析

塑件充填时间的分析结果如图3.13，可以看出塑件完全充填时间是2.959s，符合之前的2.8s相差0.5s的准則，所以是合理的。

2）气穴分析

气穴分析结果如图3.14所示，气穴大部分分布在分型面附近，容易排气，故符合要求。

3）熔接痕

熔接痕是在塑件表面的一种线状痕迹，是由于熔体在型腔内若干股流料在模具中分流后汇合到一处，熔料在汇合处未能完全熔合，相互间不能熔接为一个整体，造成熔合痕迹，从而影响塑件的表面质量和受力强度。从形成熔接痕的原因出发，要减少熔接痕，就要降低注射中熔体出现“分流后汇合”的可能性。从分析结果图3.15可知，把手那有一条熔接痕，是因为两处熔体相交汇处，处在把手的中间，在塑件使用时受力不大，此处的熔接痕不影响塑件的使用，符合设计要求。

4）翘曲分析

翘曲分析结果如图3.16，翘曲变形最大值是1.313mm，而X方向变形为0.8436mm，Y方向变形为0.5229mm，Z方向变形为1.279mm，符合要求。

以上是塑件流动翘曲部分的分析结果，由图片中可以看出，塑件的设计总体符合生产的要求。

6、结论

通过Moldflow软件，对薄壁深腔塑件的注塑成型过程进行了流动阻力分析，充型流动性分析和翘曲分析，从而得出得出最优的充型压力和充型保压时间，最理想的浇口设置位置，对模具结构的设计以及注射成型相关工艺参数的设置提供了重要的依据。

参考文献

[1]俞芙芳.塑料成型工艺与模具设计[M].清华大学出版社，2011.

[2]孙丽娟，邢东仕，黄专，林砺宗.Moldflow在注射模设计中的应用[J].模具工业，2010，36（3）：41-44.

[3]罗河胜.塑料材料手册[K].广东科技出版社，2010.

[4]单岩，王蓓，王刚.Moldflow模具分析技术基础[M].清华大学出版社，2006.

作者简介

Moldflow分析篇3

关键词：精密注射模,数值模拟,翘曲变形,模拟分析

1 注射模具CAE技术

CAE技术就是根据塑料加工流变学和传热学的基本理论，建立塑料熔体在模具型腔中的流动、传热的数学物理模型，在计算机上形象、直观的模拟出实际成型中熔体的动态充填、冷却过程，定量的给出成型过程中压力、温度、速度等状态参数。CAE的数值求解方法有有限元法、边界元法等。在应用领域，有限元法理论已经从结构理论逐步改进和推广到连续力学的场问题中，从一维的杆单元、二维的平面单元发展到三维的空间单元、板壳单元、管单元等，从常应变单元发展到高次单元。有限元分析过程包括几何模型的创建、网格划分、加载和设置边界条件、求解分析、检查分析结果等。

2 Moldflow简介

M oldflow软件是美国M OLDFLOW公司的产品，包括产品优化顾问(PlasticsAdvisers)、注塑成型模拟分析(Moldflow PlasticsInsight)和注塑成型过程控制专家(M old flow plastics XPert)三个部分，具有MF/Flow流动分析、MF/Cool冷却分析、MF/warp翘曲分析、MF/Stress结构应力分析、MF/Shrink模腔尺寸分析、MF/Optim注塑机参数优化、MF/Gas气体辅助注塑、MF/Fbier塑件纤维取向分析、MF/Tsets热固性塑料的流动和融合分析等功能。

3 冷却系统设计的重要性

精密注射生产中，模具温度不稳定，能导致塑料零件收缩不均匀和尺寸不稳定。模具冷却系统的设计，直接影响着模具冷却效率和型腔表面温度，从而对注塑生产的效率和质量产生重要影响。利用M PI/Cool-Flow-Warp模块分析塑料注射模冷却系统对模具和制品温度场的影响，通过修改冷却系统的参数或设计，提高成型效率，降低制品残余热应力及翘曲变形，提高制品力学性能及内部、表面质量等。

3.1 冷却时间对塑件质量的影响

冷却时间在整个注射周期中占50%～80%的时间。在保证塑件质量的前提下，限制和缩短冷却时间是提高塑件质量的关键。缩短冷却时间途径有三个方面：1)让冷却水处于湍流状态;2)扩大模具与冷却水的温差;3)增大冷却介质的传热面积。

3.2 冷却系统对塑件质量的影响

当模具温度不均匀时，与较冷模腔接触的熔体很快冷却下来，而与较热部分接触的熔体则会继续收缩，从而产生翘曲变形。对于壁厚不一致和形状复杂的塑件，经常会出现因收缩不均匀而产生翘曲变形的情况。模具的温度状态主要受冷却介质的热性能参数、流动特性及冷却介质的温度、模具材料的性能等因素的影响，在这些因素都确定的情况下，模温的控制和调节主要靠冷却系统来完成。由以上分析不难看出，冷却系统的设计对制品的质量、成型周期的长短都其着非常重要的作用。

4 冷却系统的设计与分析

4.1 塑件分析

以某精密电子接插件为例，长39mm、宽25mm、高4.5mm、壁厚1mm，具有较高的尺寸精度和装配精度要求，材料为聚砜材料。制品内表面有较多配合精度高的卡扣，局部结构复杂。Moldflow参数设置如下：熔体温度375℃，模温130℃，冷却介质为水，温度为25℃，入口雷诺系数为10000，整体注射成型周期为35s，注射、保压及冷却时间为30s，开模时间为5s。

4.2 冷却系统数值模拟

电子接插件为薄壁制品，忽略厚度方向的温度变化，模具冷却问题简化为无内热源的二维稳态传导问题。冷却系统的设计参数如图1所示。

4.3 冷却系统设计方案

在UG软件中进行三维建模并保存为igs模型，通过igs文件格式导入到Moldflow软件，并进行网格划分。假设加工数量较多，采用一模两腔、潜伏式浇口，冷却系统如图2所示，冷却管径d=8mm，冷却管圆心间距离b=15mm，冷却管圆心至型腔表面距离a=15mm。

4.4 冷却系统CAE分析

4.4.1 制品表面温度

制品表面温度对制品内应力大小、结晶聚合物的洁净度大小、外观质量和生产效率等有很大影响。若制品表面温度变化范围太大，温度分布不均，则制品质量降低。通过分析，制品表面温度变化范围为25.00℃～25.43℃，温差较小，温度分布均匀。

4.4.2 冷却水道温度

在精密注射成型中，要求冷却剂出口与入口的温差不得超过1℃，因此在设计冷却管道时，管道不宜过长。通过分析，该方案的温差为0.1℃，符合要求。

4.4.3 翘曲分析

由于接插件两侧及内部有较多卡扣，容易产生翘曲变形，冷却系统的管道平行于卡扣，冷却均匀，从分析结果可知，该冷却方案的翘曲最大值为0.001mm，符合要求。

一个高效和均匀的冷却系统能够显著地减少冷却时间，提高成型效率，降低制品残余热应力及翘曲变形，提高制品力学性能及内部、表面质量等。利用Moldflow软件分析塑料注射模冷却系统对模具和制品温度场的影响，减小产品因冷却系统设计不当引起的翘曲变形，达到产品精度要求。

参考文献

[1]翟明.塑料注射成型充填过程的数值模拟、优化与控制.博士学位论文.大连:大连理工大学, 2001.

[2]李文超, 马利杰, 袁进编著.UG冲压模具设计与制造[M].北京:化学工业出版社, 2008.

Moldflow分析篇4

在模具设计阶段，鉴于客户对产品品质的要求和产品特征的复杂性，尤其是当有较多倒扣存在时，则会用到复杂的模具成型机构，所以选择合适的浇口位置关系到注塑过程能否顺利进行和成型质量的保证。在实际注射过程中，经常会出现熔接痕、气泡、短射等缺陷，而根据经验选择的浇口位置往往不尽合理，无法保证整个型腔内的流动平衡。Moldflow作为一款模拟流动分析软件，可完成模具开发设计的整个流程，及时避免注射成型中可能出现的缺陷，从而有效缩短产品的设计生产周期并降低成本[1,2,3,4]。本文运用Moldflow软件对某手机后盖进行模拟流动分析，从而获得最佳浇口位置。

1 有限元模型建立

1.1 模型创建及网格划分

以尺寸66 mm×43 mm×5 mm的手机后盖为例，采用Pro ENGINEER 4.0完成产品三维实体造型，如图1所示。该产品的最小厚度为1mm，属薄壁壳体件，表面光洁，不允许有擦伤、缩痕、流痕、熔接痕、缺口等外观缺陷，不允许出现较严重的翘曲变形，且保证外壳配合良好，故分型面设在制件的内表面，确定合理的注塑工艺是该产品成型的主要问题。

通常，网格的边长值为产品最小厚度的1.5倍或稍大时就可保证分析精度[5]。本例网格边长取1.5mm，使用双层面类型进行网格划分、调整及修补，结果如图2所示。三角形网格最大纵横比为31.152，匹配百分比为91.7%，网格的匹配率高于85%，足以符合Moldflow分析的前处理要求。

1.2 材料选择及工艺参数设置

ABS是一种常用的工程材料，无毒、无味、不透明，具有良好的抗重击强度，且具有一定的耐磨性、耐寒性、耐水性、耐油性和化学稳定性。本例选用型号为AF303的ABS作为注塑材料，其主要注射成型工艺参数见表1，其余均采用默认值。

2 浇口位置优化设计

2.1 最佳浇口位置

根据产品的属性，采用点浇口进浇。利用Moldflow分析模块，系统根据模型几何形状、塑胶的流动性以及相关工艺参数，分析产品上不同部位进浇的合理性以及最适宜进浇的位置。通过分析，可确定最佳浇口的大概位置，结果如图3所示。该产品的最佳进浇点在节点N2 880附近，测试值为1，图3中的深色区域为最佳进浇位置，其他颜色区域的进浇合理性均低于这个区域。

最佳浇口位置分析是从熔融塑胶在模具型腔内流动平衡的角度作为分析的出发点，在设计模具时，既要考虑型腔的填充，又要考虑模具的成型机构，还要考虑到浇口应开设在塑件壁厚处等因素，所以分析得出的最佳进浇点不能作为实际的进浇位置。该产品表面质量要求高，不能简单地用软件默认的浇口来设计模具。暂不考虑浇口大小、流道尺寸和冷却系统尺寸的优化，仅对浇口位置进行优化设计。考虑到实际生产中浇口位置的选择应利于开模，在本例中设计了三种方案，分别为方案一、方案二和方案三，每种方案除了浇口位置不一样外，其余的工艺参数都一样。通过“快速充填”分析，从产品的流动前沿温度、充填时间和熔接痕对三种方案进行流动模拟结果对比。

2.2 流动模拟结果分析

2.2.1 流动前沿温度

流动前沿温度指前锋料流的温度。合理的温度分布应使流动前沿经型腔不同部位时的温度变化小，型腔内部温度分部整体均匀。三种方案的流动前沿温度如图4所示。这三种方案流动前沿处的温度均为200℃，但流动前沿流经型腔不同部位时，方案一和方案二的温度从200℃到103.0℃发生变化，方案三的温度从200℃到160.9℃发生变化，方案三的温度变化最小，说明方案三的型腔内部温度分部整体最为均匀。

2.2.2 充填时间

熔融塑胶从喷嘴射出直至注满整个型腔，该时间段为注塑成型过程中的充填时间。塑料熔体到达型腔末端所需最长时间与最短时间之差反映了熔体在型腔中流动的不平衡程度，应使这个时间差最小化，尽可能使熔体流动过程平衡[6]。三种方案的充填时间如图5所示。方案一的充填时间为0.618 5s，方案二的充填时间为0.519 6s，方案三的充填时间为0.515 4s。方案三的充填时间最短，这表明方案三优于方案一和方案二，型腔中熔体流动更加平衡。

2.2.3 熔接痕

熔接痕是注塑制品表面的一种线状痕迹，熔接痕将会造成塑件产生应力集中现象，导致塑件的力学性能降低、开裂的可能性增加，且对塑件的外观质量也会产生影响。注射或挤出中若干股流料在模具中分流汇合，熔料在界面处未完全熔合，彼此不能熔接为一体，造成熔合印迹。当熔融流动前沿夹角大于135°时将形成熔接线，而夹角小于135°则形成熔接痕，熔接线区域分子趋向变化剧烈，机械强度显著降低[7]。三种方案的熔接痕如图6所示。方案一和方案三的熔接痕数量相同，但方案三的熔接痕面积稍微小一些，方案二的熔接痕数量明显多于方案一和方案三，几乎都分布在塑件的尖角和倒扣处，增加了熔接痕所在区域受力断裂的可能性，可见，方案三塑件的强度要高于方案一和方案二。

3 结论

(1）方案三的型腔内部温度分布最为均匀，充填时间最短，熔接痕最少，有利于后续冷却系统的设计，所以选定方案三。

(2）利用Moldfolw软件对手机后盖浇口位置进行优化可降低实际生产成本，缩短研发周期，提升产品质量，最终为生产优质塑料制品提供指导作用。

参考文献

[1]鲁立荣,李凝,王康.基于CAE技术的眼镜支架注塑模的模具设计及成型分析[J].塑料工业,2015,43(1):63-66.

[2]江毅,肖任贤,余冬玲,等.MoldFlow在注塑模浇口优化设计中的应用[J].中国塑料,2009,23(10):64-67.

[3]Shen Y K,Chien H W.Optimization of the micro-injection molding process using grey relational analysis and mold-flow analysis[J].J Reinf Plast Compos,2004,23(17):1799-1814.

[4]孙国栋,刘长华.基于Moldflow软件的开关盒上盖浇口优化设计[J].塑料,2011,40(4):103-105.

[5]陈志勇.Moldflow 6.1注塑成型从入门到精通[M].北京:电子工业出版社,2009.

[6]屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:高等教育出版社,2001.

Moldflow分析篇5

薄壳塑料件注塑成型过程中最常见的缺陷为薄壳的翘曲变形, 然而影响注塑制品翘曲变形的因素有很多, 如模具的结构、塑料材料的热物理性能以及成型过程的条件和参数对制品的翘曲变形均有着不同程度的影响。翘曲变形会影响到注塑件的表面质量和形状精度, 倘若翘曲变形过大, 会影响到产品的装配。对薄壳塑料件的翘曲变形进行研究有着很高的实际应用价值。为此, 本文应用Moldflow软件对各工艺参数对翘曲变形的影响进行仿真研究, 进而找出其主要影响因素, 并进行分析和处理, 以缩短新产品的开发周期, 提高注塑件的产品质量。

1 总体设计

1.1 研究方向

注塑成型是一种注射兼模塑的成型方法, 此方法是将聚合物组分的粒料或粉料放入注塑机的料筒内, 经过加热、压缩、剪切、混合和输送, 使其均匀化, 然后再借助柱塞或螺杆向熔化好的聚合物熔体施加压力, 则高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统, 注射到预先闭合好的低温模腔中, 经冷却定型, 开启模具, 顶出, 得到具有一定几何形状和精度的塑料制品。整个过程是时变性、高非线性、多个参数作用的过程, 由于多参数的相互作用而且拥有随时间变化的特征, 因此每个参数对于塑件的质量会产生不同程度的影响。为保证塑件的质量, 提高生产效率, 我们需要对成型周期中的各参数进行严格的检测和控制, 确保对塑件质量影响较大的参数能够维持在最佳取值范围内, 使塑件的质量达到最优。本文从以下几个方面对薄壳注塑件成形的工艺参数进行研究:

(1) 选用薄壳注塑件为模型, 通过大量的计算来确定满足工艺要求的工艺参数, 以对工艺的制定做出指导。

(2) 通过对影响薄壳注塑件翘曲变形的工艺参数进行组合优化, 进而找出对其影响的主次因素, 最终得出在工艺制定过程中需要考虑的各影响参数的先后顺序。

1.2 总体路线

为了保证实验结果的普遍性, 我们选用常见的薄壳注塑件作为研究对象, 然后应用三维软件 (UG、Pro/E) 对其浇注系统和冷却系统进行建模, 把模型导入到Moldflow软件中, 对其进行网格划分、浇口位置的选择、冷却系统的创建、冷却-流动-翘曲分析, 然后创建新的冷却管道, 对保压压力的设置进行优化, 重新进行冷却-流动-翘曲分析, 对其过程进行仿真, 最后通过比较来得出结论。

1.3 分析过程

选用的模型为某电器的活动后盖, 为了不影响分析工艺条件, 设定模温为默认值 (40℃) , 熔体温度为230℃, 所需的开模时间为5s, 注塑过程的保压冷却时间总和为30s, 其他的如填充控制、速度/压力控制转换通常设定为自动设置。对于经常用到的保压控制, 我们也设定为默认值。模型尺寸为183 mm×46mm×51mm。

通过Moldflow分析得出最佳浇口位置为两个板的中心位置, 选取圆柱形凸起所在板面中心作为浇口位置。为方便起见, 本案例采用点浇口。然后进行填充分析, 观察该浇口能否获得平衡的流动, 再进行冷却-流动-翘曲分析, 从结果列表中可以看到, 没有发生较大的变形。注塑件总体翘曲如图1所示, 翘曲的最大值为0.669 0mm, 出现在X方向上 (见图2) 。导致Y方向上翘曲大小不对称的原因是冷却效果不对称, 为进一步分析翘曲产生的原因, 需要修改工艺条件。

再次进行冷却-流动-翘曲分析, 结果列表发生了相应变化, 原来的4项翘曲结果增加为16项, 包括总体翘曲结果、由分子趋向引起的翘曲结果、由收缩引起的翘曲结果、由冷却不均匀引起的翘曲结果。第2次分析得到的结果更为详细, 总体翘曲结果与图1相同;由冷却不均匀引起的翘曲如图3所示, 其最大值为0.016 6mm, 显然这不是翘曲的主要原因。

由收缩引起的翘曲结果如图4所示, 最大值为0.669 0mm, 其中仅在X方向上产生的翘曲值就为0.654 4, 由此断定收缩是引起翘曲的主要原因。由于模型选用的材料不含有填充物, 因此由分子趋向而引起的翘曲可以视为零。

采用修改冷却系统和调整成型工艺条件的方法解决翘曲问题, 结果显示:总体翘曲的最大值由改进前分析的0.669 0 mm降为0.213 7 mm (见图5) , 优化效果显著;Y方向上的翘曲最大值也由改进前分析的0.064 1mm降低为0.041 1mm, 而且Y方向上的翘曲不对称现象消除;由冷却不均匀引起的翘曲, 最大值为0.011 4mm, 比改进前有所降低, 看来手工创建的冷却系统要比由向导创建的冷却系统具有较高的冷却效率。进而通过优化保压曲线的方法, 可以将由收缩引起的翘曲降为0.214 5, X方向上的翘曲也降为0.140 1。

2 结语

注塑件产生翘曲的主要原因是收缩, 收缩产生的原因主要有两个:保压压力和材料。

(1) 若保压压力过高, 塑件成型时的内应力会过高, 脱模后, 内应力的不均衡释放将使塑件产生翘曲变形, 对此, 应适当降低保压压力。

(2) 材料的高分子键在应力作用下会产生内部移位, 在脱模时, 由于塑件不同的形状, 内应力的存在常会使塑件产生不同程度的变形。

摘要：翘曲变形是注塑件的主要缺陷, 利用电器后盖对薄壁成型工艺进行研究。采用Moldflow软件对塑件成型过程进行数值模拟, 研究了保压压力、塑件材料对注塑件翘曲变形的影响。对薄壁注塑件的数值仿真模拟结果进行统计分析, 并且对影响注塑翘曲变形量的工艺参数进行综合分析, 得到最优的工艺参数组合。研究结果表明:最佳的工艺参数组合可以使得塑件翘曲量变得最小。

关键词：翘曲变形,薄壁件,Moldflow

参考文献

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[3]王蓓.基于CAE技术的注塑成型工艺优化和工艺控制[D].郑州:郑州大学, 2003:65-66.

[4]李海梅, 谢英.注射压力对塑件残余应力和翘曲变形的影响[J].模具工业, 1999 (7) :27-30.

Moldflow分析篇6

1 翘曲变形

1.1 什么是翘曲变形

翘曲变形具体指的是注塑制品所形成的形状超出了模具型腔的形状所规定的范围, 这时比较常见的一项塑料制品质量缺陷。一般塑件的收缩会影响到其翘曲变形, 均匀收缩只可能引起塑件的体积上发生变形, 不均匀收缩才有可能引起翘曲变形。

在成型条件所需的设定因素中, 翘曲变形主要取决于:塑料熔体温度;模具温度;保压时间及压力等等, 其中最后一项的影响最明显。保压压力可以在完全凝固前使型腔内熔体始终具有充分的补料以及压力, 从而促使熔体流动, 但是流速慢, 主要的原因是熔体由于降温而引起收缩。

1.2 为什么制品会产生翘曲

1.2.1 收缩差异

收缩差异指的是产品的部位不同其体积收缩存在差异。因为塑料制品普遍存在厚度差别, 并且薄壁处和厚壁处的结晶度不一样, 不能均匀的超成收缩, 引起翘曲。

1.2.2 冷却差异

因为模腔内温度不是均匀分布的, 公母模之间存在一定的温度差异, 致使产品的不容部位, 其厚度不同温度也不同, 温度高的部位冷却的比较慢, 温度低的部分冷却的比较快, 具有比较明显的收缩, 这样产品相对比较冷的部分就会拱起, 从而造成翘曲变形。

1.2.3 取向差异

这里指的是垂直分子所排列的方向和平行分子所排列的方向的收缩差异。通常塑料流动方向不同于垂直流动方向上所进行的收缩, 尤其是在制品中加入一定的玻纤材料跟会引起取向上存在巨大收缩差异, 造成翘曲。

2 moldflow软件

2.1 moldflow软件的定义

Moldflow是一种CAE软件, 具有非常强大的注塑成型仿真功能, 被广泛应用于各种注射成型的领域所进行的模流分析。Moldflow软件中的分析模块不但可以模拟热塑性塑料之中比较常规的注射成型的注塑件收缩、充模流动、冷却以及保压除外, 还能够用来模拟注射压缩成型、双色注射成型、气体辅助注射成型、微孔发泡成型的过程。而且其它的模块还能够用于模拟半导体封装、橡胶或者是热固性塑料注射成型、倒装晶片封装、结构化反应注射成型 (SRIM) 以及反应注射成型 (RIM) 等等。

2.2 Moldflow软件如何降低产品翘曲变形

2.2.1 确定翘曲量

在冷却过程中塑料会不可避免的自动收缩, 引发变形, 其所产生的翘曲的大小, 就是翘曲量。我们可以根据该结果判定产品所发生的变形是不是已经超过了设计的要求, 是不是要进行工艺的调整或更换材料。

2.2.2 确定翘曲的原因

一旦翘曲量高于了设计的要求, 那么就需要对导致翘曲产生的原因进行确定。在上面的“翘曲变形 (二) ”中, 我们已经得知产生翘曲的原因, 那么在这里就需要判断是那一种原因造成的翘曲。

2.2.3 降低翘曲

经过前两步我们已经得知了翘曲产生的原因, 那么接下来就需要减小翘曲了, 步骤为:对关系到翘曲原因的流动进程观察, 冷却, 分析翘曲的产生原因, 得出结论。通过以上几步决定需要采取的降低翘曲的方法。通常改善翘曲的方法主要有改善模具设计和产品设计。然而我们需要明白该如何改善才可以真正的降低翘曲:如果是对产品的设计进行了改善, 那么就需要重新的计算整个分析序列中全部的分析了;如果是对模具或者是产品进行的改善, 那么工艺条件也应当进行相应的优化;如果所进行的改动很小, 则只需要进行分析重新计算了;如果只需要对保压曲线进行改善, 那么只需要对流动分析进行重新计算就可以了。

3 案例分析

本文以一个手机外壳为例, 探讨了怎样运用Moldflow软件对手机外壳所发生的翘曲变形进行改善。

该产品是一个手机上盖, 带有不锈钢片, 一模一腔, 如下图1所示, 使用的材料为Staroy HI-1001BN (PC+ABS) , Cheil Industries。所使用的浇筑方法为:冷流道通过一个潜浇口进浇以及一个点进浇;产品的质量要求是流畅组装;装配面也就是下底面的平面度要小于0.2mm。

3.1 结果分析

我们放大原始状态下注塑成型的产品翘曲变形, 如下图2所示。从图3我们可以看出, 产品的部分正在向着定模方向凸起, 也就是发生变形, 而且装配面部分的平面跳动度是0.54毫米, 已经严重不符合产品的品质要求了。图4是产品的实际情况, 变形趋势完全符合实际变化。

3.2 变形的原因

在上面的“翘曲变形 (二) ”中, 我们已经得知产生翘曲的原因, 这里我们就要进行具体的分析:该手机外壳的成型材料中并不包含玻纤, 所以应当排除玻纤影响, 冷却对该产品的影响不大, 我们可以得出该产品发生翘曲变形是由于各个部分的体积收缩不均而造成的。

4 总结

塑件产品是由于存在厚度差别、模腔内温差等问题而引起的翘曲变形, 我们可以使用Moldflow软件来分析以及查找产生翘曲的原因, 进而提出改良的方案并进行应用, 从而达到缩小翘曲变形的目的, 以便降低成本, 缩短生产周期, 真正的为企业带来福利。

参考文献

[1]李洪达, 于云程, 胡治流.Moldflow在放大镜注塑件中的应用[J].机械制造与自动化, 2009 (05) .

Moldflow分析篇7

塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程, 它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等环节, 又需要产品设计师、模具设计师、模具加工技师及熟练操作工人共同来完成, 所以它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程[1]。传统的设计方法已越来越难以满足市场激烈竞争的需要, 计算机辅助设计的运用逐渐取代了传统的设计方式, 并取得了显著的经济效益。Moldflow仿真软件具有注塑成型仿真工具, 能够帮助用户分析和优化塑件结构、注塑模具和注塑工艺参数。

2 Moldflow软件介绍及特点

2.1 软件介绍

采用Moldflow软件可使注塑成型从制品设计、模具设计到注塑工艺的确定完全在并行工程的环境下进行, 克服了传统的串行设计存在的产品开发周期长的缺点。通过比较在不同浇口位置、浇注系统、冷却系统等工艺条件下的模拟分析结果, 确定出最佳设计方案。Moldflow优化了模具结构, 减少了试模次数, 提高了开模的成功率, 优化了注塑成型的工艺条件, 降低了产品制造成本, 缩短了新产品投放市场的周期, 为生产企业带来显著的经济效益。

2.2 软件特点

Moldflow软件在注塑模设计中有以下几方面的特点。

(1) 优化塑料制品。Moldflow软件可分析出制品的实际最小壁厚, 从而优化制品的结构, 降低材料的成本, 缩短生产的周期, 并且保证制品能全部得到充满。

(2) 优化模具结构。Moldflow软件可分析出最佳的浇口位置与数量, 从而布置合理的流道系统与冷却系统, 优化型腔尺寸、浇口尺寸、流道尺寸和冷却系统尺寸, 在计算机上就可以进行模拟试模、修模, 大大提高模具质量, 减少修模次数。

(3) 优化注塑工艺参数。Moldflow软件可分析出最佳的注射压力、保压压力、锁模力、模温、熔体温度、注射时间、保压时间和冷却时间, 以注塑出最佳的塑料制品。Moldflow软件进行CAE分析的一般流程如图1所示[2]。

3 分析前处理

下面以电话机外壳为例介绍了Moldflow软件模拟分析的过程。

3.1 文件导入及网格的划分

Moldflow软件不能识别UG格式的零件, 所以先在UG中转换成STL格式的3D模型。在导入模型之后开始划分网格, 常用的网格类型有双层面和3D网格 (实体三维网格) 。一般的双层面适合薄壁壳体且壁厚比较均匀的零件, 网格的数量相对较少, 所以求解比较快。冷却和翘曲分析要求网格的纵横比在6以内、匹配率90%以上, 当匹配率与纵横比和这个要求差距比较大时, 可以选用3D网格。3D网格在厚度方向上的层数是4~20层, 至少是双层面网格数量的四倍。3D网格可适用于所有类型产品, 包括薄壳或厚壁件。

运用UG软件建立了电话机外壳的实体模型, 如图2所示。该塑件的外形尺寸约为176mm×85mm×37.5mm, 重量为71.3g, 壁厚均匀为2mm。模具设计初步采用点浇口、单分型面双型腔注塑模。为了便于Moldflow分析, 将模型的倒角去掉, 进行了简化处理, 图3为塑件的网格划分结果。

3.2 选择分析类型及成型材料

在热塑性注射成型工艺下, 其分析顺序也是多种多样的, 可以根据实际情况, 选择对应的分析类型。例如确定浇口的位置, 可以运用浇口位置分析;比较两种材料成型工艺的优劣, 可以运用成型窗口分析等。在实际中, 最为常用的分析类型有浇口位置分析、充填分析、流动 (充填+保压) 分析、冷却分析和翘曲分析等。

当制品选择材料时, Moldflow提供了一个非常丰富的材料数据库, 很方便地从中挑选出适合的材料。选择的材料必须与实际使用的材料一致, 这样才能保证分析的准确性、可靠性。如果材料数据库中没有需要的材料, 那么可以选择性能类似的材料。电话机外壳材料选用ABS, 制造商为INEOS ABS, 牌号为Absolac 100, 图4为选择材料对话框。

3.3 设置工艺参数及其他

进行第一次分析时, 在没有把握的情况下, 可以选择Moldflow的默认值。然后根据分析结果重新设置工艺参数, 再次进行分析。电话机外壳的成型工艺条件为:模温40℃, 熔体温度240℃, 开模时间5s, 注射+保压+冷却时间总和为30s, 填充控制、速度/压力控制转换为自动设置, 保压控制为填充压力与时间关系。另外, 在分析之前还要先创建注射位置、型腔布局, 创建浇注系统及冷却系统。型腔回路与冷却系统加载结果如图5所示。以上参数的选择必须通过长期理论和实践的融合才能更贴近实际生产。

4 分析结果及优化

经过上面的步骤就可以开始分析了, 期间可以通过分析日志查看分析的过程。若最后没有得到分析结果, 通过查看分析日志里的失败原因分析, 修改参数之后再进行分析。

4.1 浇口位置的分析

合理选择浇口的数量与位置, 可以使注塑压力和保压压力有效传递, 达到预期的产品成型效果。在传统生产方法中浇口位置的选择一般是靠经验, 在设置最终的浇口位置之前要多次试模, 浪费大量的人力和财力[3]。Moldflow最佳浇口位置是从塑料在模具型腔内流动平衡的角度作为出发点而分析的, 提供了一个非常有价值的参考, 尤其是多点进浇的产品。然而, 在设计模具时既要考虑到型腔的填充, 又要考虑到模具的成型机构, 所以有时分析得出的最佳浇口位置并不符合实际生产, 这就要具体问题具体分析了。电话机外壳的流动阻力指示器分析结果如图6所示, 从图中可以看出, 在塑件中间偏右位置的蓝色部分为流动阻力最低处, 也就是最佳浇口位置。

4.2 充填分析

Moldflow充填分析是计算注塑开始到模腔填满的整个过程中的流动前沿位置, 用来预测产品、塑胶材料以及相关工艺参数设置下的充填行为。充填分析是要得到一个合理的充填结果, 才能保证后续的分析在充填的基础上进行。充填分析要避免出现短射、流动不平衡等成型的问题, 同时尽可能采用较低的注塑压力、锁模力, 以降低产品对注塑机参数的要求。Moldflow默认的充填分析有30项, 如充填时间、流动速率、流动前沿温度、压力、熔接痕、气泡等。

(1) 充填时间。充填时间显示了熔料到达每一个节点需要的时间。电话机外壳的充填时间分析如图7所示, 完成充填的时间为0.9748s。

(2) 流动前沿温度。流动前沿温度是熔料到达每一个节点时的瞬时温度。如果产品温降较快, 即温差较大, 此区域有可能出现表面缺陷及短射。电话机外壳的流动前沿温度如图8所示, 温度分布均匀, 温差在4℃以内, 符合要求。

(3) 熔接痕。熔接痕显示的是两股熔料汇合的地方, 并不代表实际产品不合格, 应该结合熔接痕处熔体前沿温度及压力分析熔接痕的相对质量。图9是电话机外壳熔接线分布情况。

4.3 冷却分析

冷却阶段对产品的质量影响很大, 产品的表面质量、残余内力和结晶等都受到冷却的影响。Moldflow冷却分析是通过分析产品和模具的温度、冷却时间等, 从而判断产品冷却效果的好坏, 根据冷却时间的长短来确定成型周期的时间, 优化冷却管道布局, 缩短冷却时间, 缩短成型周期, 提高生产效率, 降低生产成本。Moldflow默认的冷却分析结果有19项, 如回路冷却介质温度、回路流动速率、回路管壁温度等。回路管壁温度显示了冷却回路中模具管道表面的温度, 该温度与冷却剂入口温度之差不应该超过5℃。图10所示的电话机外壳的回路管壁温度温差在4.22℃, 符合要求。

4.4 翘曲分析

在Moldflow翘曲分析之前, 先对充填、冷却分析进行优化, 并且得到一个合理的结果之后才能对产品进行翘曲分析。目的是判断产品成型是否出现翘曲、变形, 查出导致翘曲产生的原因。翘曲分析结果的数目与工艺参数设置及网格类型有关。所有因素引起电话机外壳的变形, 最大变形量为0.6977mm, 如图11所示。此图代表了塑件成型后的形状, 但是形状会有一定的偏差, 因为在分析时没有考虑熔料收缩后的补偿。

4.5 优化注塑工艺参数及UG模具设计

运用Moldflow软件对塑件的分析不能仅仅停留在图片和曲线上, 要透过现象看本质, 对结果进行后期处理, 也就是在变更工艺参数后再做分析、对比, 最终确定最佳浇口的位置和数量, 最佳工艺参数等, 从而减少塑件废品率, 提高产品质量。基于以上模拟分析, 对一些结构进行相应的调整, 用UG中的Moldwizard模块进行电话机外壳的塑料模设计, 最后创建的模具爆炸图如图12所示。

5 结语

本文以电话机外壳为例, 介绍了Moldflow软件对注塑成型过程的应用。Moldflow软件可以帮助工艺人员从本质上了解缺陷产生的原因, 找出消除缺陷的对策, 对模具结构进行优化, 缩短设计周期, 减少模具制造的成本, 为生产企业带来显著的经济效益。

参考文献

[1]刘庆辉, 刘斌.Moldflow软件在手机外壳模具设计中的应用[J].塑料科技, 2007, 35 (8) :78-82.

[2]单岩.Moldflow模具分析技术基础与应用实例[M].北京:清华大学出版社, 2012.

Moldflow分析篇8

塑料制品的生产方法有很多,其中最常用的就是依靠注塑模具来进行生产。注塑成型就是指将注射原料置于能加热的料筒内,受热、塑化后用螺杆或柱塞施加压力,使熔体经料筒末端的喷嘴注入并填满模具型腔,经冷却定型后脱模,得到具有特定形状的塑料制品[1]。在注塑过程中温度控制对制件的产品精度、翘曲变形、表面质量等方面都有很大影响。塑料成型过程中的温度控制是依靠模具上的温度控制系统来实现的。注塑模具的温度情况受模具内外多重因素的影响,但其控制和调节主要靠模具的冷却系统来完成。因此,注塑模具的冷却系统对保证制品的质量、缩短成型周期、控制成本等方面有着决定性的作用[2,3,4]。本文以吸尘器电机罩盖塑件为例,介绍了应用Moldflow软件对塑件模具冷却系统进行比较分析,以获得优化的冷却系统设计方案的方法。

1 吸尘器电机罩盖板塑料的CAD模型及工艺分析

1.1 塑料制品CAD模型

吸尘器电机罩盖板塑件的三维模型如图1所示。模型总体尺寸为155mm×142mm×44mm,厚度为2mm,体积为78 253 mm3。电机罩盖板为部分外置零件,要求盖板外围使用表面光滑,无明显熔接痕。

1.2 制件结构工艺分析

吸尘器电机罩盖板所采用的材料为标准材料库中PP材料,其牌号为Globalene 7533。此材料具有质轻、耐高温、刚性佳、无应力龟裂、抗张强度高、折挠寿命长、低蠕变、耐冲击以及极佳的电气性,被广泛应用于家用电器产品中。其最大剪切速率为24 000s-1,热变形温度为100℃,顶出温度为63℃,固体密度为0.907 53g·cm-3,熔体密度为0.752 52g·cm-3。该塑料制品的模具采用三板模,型腔布局为一模一腔。

2 冷却系统设计的前处理

将塑件的三维模型导入到Moldflow软件中,根据有限元分析理论,采用表面网格类型对模型进行网格划分。划分后的网格单元数(三角形)为25 612,节点(已连接的节点)数为12 800,最大纵横比为6,匹配百分比为91.8%,符合网格划分要求。塑件有限元网格模型如图2所示。

为了获得准确的设计结果,对图2所示的电机罩盖板的网格模型进行浇口位置分析和填充分析后,建立3种浇注方案并对每个方案进行填充分析。经过各方案分析结果的比较最终确定该塑件模型采用两点进浇方式,浇口形式采用点浇口。进行成型窗口分析,获得系统推荐的模具温度为35.00℃、熔体温度为239.6℃、注射时间为0.278 3s。

3 制件3种冷却系统设计方案的比较

3.1 冷却水路布局

结合电机罩盖板塑件的结构特点、模具冷却系统的设计原则以及实际生产经验,设计的电机罩盖板塑件模具3种冷却系统如图3所示。

方案一:采用直孔隔板式冷却回路,冷却管道直径为Φ8mm;型芯采用2进2出的冷却管道,由于型芯较高,为了更好地把冷却水引入到型芯的成型表面,其中一路冷却管道采用直孔隔板式冷却方式,装入隔水片的水道孔分别为Φ16mm和Φ30 mm,冷却水进入管道经过分流后由型芯底面垂直进入型芯顶部;型腔采用3进3出的冷却管道,其中有一路冷却管道同样采用直孔隔板式的冷却方式,装入隔水片的水道孔为Φ20mm。直孔隔板式冷却回路结构如图4所示。

方案二:水管直径为Φ8 mm,与制件距离为25mm,水管排列方式为沿Y方向,水管数量为6,管道中心间距为30mm,零件之外距离为50mm。

方案三:水管直径为Φ8 mm,与制件距离为25mm,水管排列方式为沿X方向,水管数量为6,管道中心间距为30mm,零件之外距离为50mm。

3种冷却方案的冷却介质均为水,水的温度为25℃,雷诺系数为10 000。

3.2 冷却分析结果比较

3个方案的入水口默认温度均为25℃,经过分析得到:方案一的出口温度为26.04℃,上升4.16%;方案二的出口温度为26.18℃,上升4.72%;方案三的出口温度为26.12℃,上升4.48%。3种方案的回路冷却液温度分析云图如图5所示,通过数值模拟分析可知,方案一的冷却效果最佳。

图6为达到顶出温度的时间模拟云图。由图6可知:方案一所需时间为108.5s;方案二所需时间为130.4s;方案三所需时间为149.0s。方案一所需时间最短,冷却迅速,效率高。

图7为型腔温度模拟结果。由图7可知:方案一中模具表面温差为84.767 7℃;方案二中模具表面温差为88.018℃;方案三中模具表面温差为88.398 1℃。可见方案一温度范围最小,冷却效果最好。

基于以上几点,选择模具设计的水路方案为方案一。

4 电机罩盖板塑件模具冷却水路模型设计

根据分析比较结果,设计的注塑模具冷却系统如图8所示。

5 结论

(1)通过Moldflow软件对吸尘器电机罩盖板进行模流分析,指出了设计模具冷却系统的基本步骤。