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模流分析(MOLDFLOW)

一. 压力條件对产品的影响1.高保压压力能夠降低產品收縮的機會补充入模穴的塑料越多,越可避免產品的收縮高保压压力通常會造成产品不均勻收縮,而导致產品的翹曲变形对薄殼產品而言,由於壓力降更明顯,上述之情況更加嚴重2.Over packing 過保壓保壓壓力高,澆口附近體積收縮量少遠離澆口處保壓壓力低且體積收縮量較大導致產品翹曲變形,產品中央向四周推擠形成半球形(Dome Shape)3. Under packing 保壓不足澆口附近壓力低遠離澆口處壓力更低導致產品翹曲變形,產品中央向四周拉扯形成馬鞍形Twisted shape保壓時間如果夠長,足夠使澆口凝固,則可降低體積收縮的機會澆口凝固後,保壓效果就無效果一、澆口位置的要求:1.外观要求(浇口痕跡, 熔接线)2.產品功能要求3.模具加工要求4.產品的翹曲变形5.澆口容不容易去除二、对生产和功能的影响:1.流長(Flow Length)決定射出壓力,鎖模力,以及產品填不填的滿流長縮短可降低射出壓力及鎖模力2.澆口位置會影響保壓壓力保壓壓力大小保壓壓力是否平衡將澆口遠離產品未來受力位置(如軸承處)以避免殘留應力澆口位置必須考慮排氣,以避免積風發生不要將澆口放在產品較弱处或嵌入处,以避免偏位(Core Shaft)三、选择浇口位置的技巧1.將澆口放置於產品最厚處,從最厚處進澆可提供較佳的充填及保壓效果。

如果保壓不足,較薄的區域會比較厚的區域更快凝固避免將澆口放在厚度突然變化處,以避免遲滯現象或是短射的發生2.可能的話,從產品中央進澆將澆口放置於產品中央可提供等長的流長流長的大小會影響所需的射出壓力中央進澆使得各個方向的保壓壓力均勻,可避免不均勻的體積收縮射出量/切换点的影响射出量可由螺杆行程距离的設定決定射出量包括了填滿模穴需要的塑胶量以及保压時須填入模穴的塑膠量切換點是射出機由速度控制切換成壓力控制的點螺桿前进行程過短(切換點過早)會導致保壓壓力不足假如保压压力比所需射出壓力還低,產品可能发生短射PVT特性p –压力; v –比容; T –溫度描述塑胶如何随着压力及溫度的变化而发生体积上的变化。

在充填及保壓的階段,塑膠随着压力的增加而膨脹在冷卻的阶段,塑膠隨著溫度的降低而收縮V/P转换的概念和作用是指填充由速度控制转为由压力控制,也就是保压的转换点.以速度控制的时候特别是复杂的产品当填充到产品的末端的时候由于流动性的减弱会为维持填充速度会导致压力急剧上升,从而引起压力和锁模力突变,对产品而言就会导致浇口区域的应力增大和密度不均匀分布。

MPA和MPI的区别MPA可以理解为"简易的快速的" MPI。

它包括了part advisers 和mold advisers两部分提供注塑成型过程中的分析。

可提供如下分析:产品结构是否合理、怎样选择合适的注塑材料、怎样确定合理的浇口位置、浇口位置自动优化、预测熔接痕位置、模具型腔是否充满、最终制品的质量如何、怎样选择合适的注塑机、缩痕分析、成本顾问。

MPI支持多种现有的多种塑料的成型分析。

如压注、注塑、气辅成型、芯片包裹、热固性材料成型等。

在分析结果上,不仅提供了各相与冷却相对应的分析还提供如翘曲变形量,分子取向、玻纤取向等众多对产品设计、模具设计、工艺等具有重要参考价值的数值。

注塑成型流动模拟技术的发展注塑成型流动模拟技术旨在预测塑料熔体流经流道、浇口并填充模具型腔的过程,计算浇注系统及模具型腔的压力场、温度场、速度场、剪切应变速率场和剪切应力场的分布,并将分析结果以图表、等值线图和真实感图的方式直观地反映在计算机的屏幕上。

由于采用流动模拟可优化浇口数目、浇口位置和注射成型工艺参数,预测所需的注射压力和锁模力,并发现可能出现的注射不足、烧焦、不合理的熔接痕位置和气穴等缺陷,流动模拟软件一经问世便得到了塑料行业和模具界的好评,应用范围与日俱增。

二十余年的推广应用、成千上万的成功范例、日新月异的塑料工业又推动着注塑成型流动模拟技术不断的改进和发展,经历了从中面流技术到双面流技术再到实体流技术这三个具有重大意义的里程碑。

1 中面流技术中面流技术的应用始于20世纪80年代。

其数值方法主要采用基于中面的有限元/有限差分/控制体积法。

所谓中面是需要用户提取的位于模具型腔面和型芯中间的层面,其模拟过程如图1所示。

基于中面流技术的注塑流动模拟软件应用的时间最长、范围也最广,其典型代表如国外Moldflow公司的MF软件、原AC-Tech公司(被Moldflow公司并购)的C-Mold软件,国内华中科技大学国家模具技术国家重点试验室的HSCAE-F3.0软件。

实践表明,基于中面流技术的注塑成型流动软件在应用中具有很大的局限性,具体表现为:(1)用户必须构造出中面模型,采用手工操作直接由实体/表面模型构造中面模型十分困难;(2)独立开发的注塑成型流动模拟软件(如上述的MF、C-Mold和HSCAE-F3.0软件)造型功能较差,根据产品模型构造中面往往需要花费大量的时间;(3)由于注塑产品的千变万化,由产品模型直接生成中面模型的CAD软件的成功率不高、覆盖面不广;(4)由于CAD阶段使用的产品模型和CAE阶段使用的分析模型不统一,使二次建模不可避免,CAD与CAE系统的集成也无法实现。

由此可见,中面模型已经成为了注塑模CAD/CAE/CAM技术发展的瓶颈,采用实体/表面模型来取代中面模型势在必然,在20世纪90年代后期基于双面流技术的流动模拟软件便应运而生。

2、双面流技术摒弃中面模型的最直接办法是采用三维有限元方法或三维有限差分方法来代替中面流技术中的二维有限元(流动方向)与一维有限差分(厚度方向)的耦合算法。

三维流动模拟一直是当今塑料注射成型领域中的研究热点,其技术难点多、经历实践考验的时间短、计算量巨大、计算时间过长与中面流技术的简明、久经考验。

计算量小、即算即得形成了鲜明的反差。

在三维流动模拟技术举步维艰的时刻,一种既保留中面流全部技术特点又基于实体/表面技术模型的注塑流动模拟新方法――双面流技术悄然问世。

其商品化软件的典型代表是我国华中科技大学模具技术国家重点实验室的HSCAE 3DRF5.0 ,称为三维真实感注塑成型流动分析系统以及澳大利亚MoldFlow公司的Part advisor,称为注塑制品顾问。

所谓双面流是指将模具型腔或制品在厚度方向上分成两部分,有限元网格在型腔或制品的表面产生,而不是在中面。

相应的,与基于中面的有限差分法是在中面两侧进行不同,厚度方向上的有限差分仅在表面内侧进行。

在流动过程中上下两表面的塑料熔体同时并且协调的流动,其模拟过程如图2所示。

显然,双面流技术所应用的原理与方法与中面流没有本质上的差别,所不同的是双面流采用了一系列相关的算法,将沿中面流动的单股熔体演变为沿上下表面协调流动的双股流。

由于上下表面处的网格无法一一对应,而且网格形状、方位与大小也不可能完全对称,如何将上下对应表面的熔体流动前沿所存在的差别控制在工程上所允许的范围内是实施双面流技术的难点所在。

目前基于双面流技术的注塑流动模拟软件主要是接受三维实体/表面模型的STL文件格式。

该格式记录的是三维实体表面在经过离散后所生成的三角面片。

现在主流的CAD/CAM系统,如UG、Pro/E、SolidWorks、AutoCAD等,均可输出STL格式文件。

这就是说,用户可借助于任何商品化的CAD/CAM系统生成所需制品的三维几何模型的STL格式文件,流动模拟软件可以自动将该STL文件转化为有限元网格模型供注塑流动分析,这样就大大减轻了用户建模的负担、降低了对用户的技术要求,对用户的培训时间也由过去的数周缩短为几小时。

因此,基于双面流技术的注塑流动模拟软件问世时间虽然只有短短数年,便在全世界拥有了庞大的用户群,得到了广大用户的支持和好评。

双面流技术具有明显优点的同时也存在着明显的缺点:分析数据的不完整。

双面流技术在模拟过程中虽然计算了每一流动前沿沿厚度方向的物理量,但并不能详细地记录下来。

由于数据的不完整,造成了流动模拟与冷却分析、应力分析、翘曲分析集成的困难。

此外,熔体仅沿着上下表面流动,在厚度方向上未作任何处理,缺乏真实感。

当在透明的模具型腔内作注塑流动时该缺点便暴露无遗。

4、实体流技术从某种意义上讲,双面流技术只是一种从二维半数值分析(中面流)向三维数值分析(实体流)过渡的手段。

要实现塑料注射制品的虚拟制造,必须依靠实体流技术。

实体流技术在实现原理上仍与中面流技术相同,所不同的是数值分析方法有较大差别。

在中面流技术中,由于制品的厚度远小于其他两个方向(常称流动方向)的尺寸,塑料熔体的粘度大,可将熔体的充模流动视为扩展层流,于是熔体的厚度方向速度分量被忽略,并假定熔体中的压力不沿厚度方向变化,这样才能将三维流动问题分解为流动方向的二维问题和厚度方向的一维分析。

流动方向的各待求量,如压力与温度等,用二维有限元法求解,而厚度方向的各待求量和时间变量等,用一维有限差分法求解。

在求解过程中,有限元法与有限差分法交替进行,相互依赖。

在实体流技术中熔体的厚度方向的速度分量不再被忽略,熔体的压力随厚度方向变化,这时只能采用立体网格,依靠三维有限差分法或三维有限元法对熔体的充模流动进行数值分析。

因此,与中面流或双面流相比,基于实体流的注塑流动模拟软件目前所存在的最大问题是计算量巨大、计算时间过长,诸如电视机外壳或洗衣机缸这样的塑料制品,用现行软件,在目前配置最好的微机上仍需要数百小时才能计算出一个方案。

如此冗长的运行时间与虚拟制造的宗旨大相径庭,塑料制品的虚拟制造是将制品设计与模具设计紧密结合在一起的协同设计,追求的是高质量、低成本和短周期。

如何缩短实体流技术的运行时间是当前注塑成型计算机模拟领域的研究热点和当务之急。

由于高科技的迅猛发展和塑料工业的迫切需求,可以预见,满足虚拟制造要求的三维注塑流动模拟软件会在近两年内涌现MPI/MIDPLANE:对于线框和表面造型,MPI可以直接读取任何CAD表面模型并进行分析。

在用户采用线框和表面造型文件时,MPI可以自动生成中型面网格并准确计算单元厚度,进行精确的分析。

MPI的中型面模块用于处理薄壁制件,节省了用户大量的CAE建模时间。

使他们致力于CAE 分析和优化。

MPI/FUSION:对于薄壁实体,MPI的FUSION模块基于Moldflow的独家专利的Dual Domain分析技术,使用户可以直接进行薄壁实体模型分析。

这将原来需要几小时甚至几天的建模工作缩短为几分钟,无需进行中型面网格的生成和修改。

FUSION可以直接从塑件顾问中读取模型而进行进一步的分析。

MPI/3D:对于厚壁实体Moldflow的MPI/Flow3D、和MPI/Cool3D模块采用全三维的自适应网格进行全三维分析。

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