MoldFlow軟件流動分析及應用
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MoldFlow軟件流動分析及應用
Analysis and Application of Flow with MoldFlow Software
麻向軍 文勁松
華南理工大學聚合物新型成型技術國家工程中心
華南理工大學-美國MoldFlow高級應用技術中心
一、 引言
對于任何注塑成型來說，最重要的是控制塑料在模具中的流動方式。制品的許多缺陷，如氣穴、熔接痕、短射乃至制品的變形、冷卻時間等，都與樹脂在模具中的流動方式有關。MPI/Flow通過對熔體在模具中的流動行為進行模擬，可以預測和顯示熔體流動前沿的推進方式、填充過程中的壓力和溫度變化、氣穴和熔接痕的位置等，幫助工藝人員在試模前對可能出現的缺陷進行預測，找出缺陷產生的原因并加以改進，提高一次試模的成功率。
二、 MPI/Flow的作用
MPI/Flow能夠對注塑成型從制品設計、模具設計到成型工藝提供全面和并行的解決方案。
1、 制品設計
制品設計者能用MPI/Flow解決以下問題。
(1) 制品能否充滿。這一古老的問題一直為許多設計人員所關注，特別是對于大型制品。
(2) 制品最小壁厚。在滿足制品使用性能和工藝性能的前提下，減小制品壁厚能夠大大降低制件的循環時間，從而提高生產效率，降低制件成本。
(3) 制品工藝性能。在產品設計階段具有充分的選擇澆口位置的余地，確保制品的審美特性。
2、 模具設計
MPI/Flow能在以下方面輔助模具設計人員，以得到良好的模具設計。
(1) 確保良好的填充形式。
(2) 最佳的澆口位置與數量、類型以及正確地確定閥澆口的開啟與閉合時間，有效地發揮閥澆口的作用。特別是對于有纖維增強的樹脂的填充過程，通過分析纖維在流動過程中的取向來判斷其對制品強度的影響，并據此判斷澆口位置設置的正確與否。
(3) 流道系統的優化設計。通過流動分析，幫助模具設計人員設計出壓力平衡、溫度平衡或者壓力、溫度均平衡的流道系統，并最大程度地減少流道部分的體積。同時，對流道內熔體的剪切速率和摩擦熱進行評估，避免材料的降解和型腔內過高的熔體溫度。
3、 成型工藝
注塑成型者可利用MPI/Flow在以下方面得到幫助。
(1) 通過對熔體溫度、模具溫度、注射時間等主要注塑加工參數對制品工藝性能提出一個目標趨勢，從而幫助注塑成型者確定各個加工參數的正確值并確定其可變化范圍，得到更加穩定的成型工藝條件。
(2) 會同模具設計人員，結合使用最經濟的加工設備，確定最佳的模具方案。
(3) 對于制品在預定的標稱厚度的條件下，可以對兩種以上的樹脂材料的成型性能進行比較，會同制品設計人員選擇成本、質量、可加工性較好的設計方案。
在填充過程分析的基礎上，進一步進行保壓分析，可以得到熔體在保壓過程中壓縮產生的密度變化，并優化出合適的保壓工藝參數。
三、 流動分析的一般步驟
采用MPI/Flow可使注塑成型從制品設計、模具設計到注塑工藝的確定完全在并行工程的環境下進行，不僅克服了傳統的串行設計存在的產品開發周期長的缺點，而且提高了開模的成功率，優化了注塑成型的工藝條件，降低了產品的開發和制造成本。典型的流動分析過程如圖1所示。
四、 MPI/Flow應用實例
制件為一汽車零件，材料為Bayer USA Lustran LGA-SF，一模兩腔。
1．建模
在Pro/ENGINEER中建模，通過STL文件格式讀入MPI。制件模型及澆注系統如圖2所示。考慮到對稱性，只取其1/2進行填充和保壓過程的模擬。
圖2 模型及其澆注系統
2．工藝條件
根據所選材料Lustran LGA-SF的工藝要求，工藝參數為：熔體溫度260oC，型腔溫度60oC，注射時間為1.25s。
3．模擬結果
(1) 填充過程
填充過程的模擬可得到填充時間、填充壓力、熔體前沿的溫度、熔體溫度在制件厚度方向的分布、熔體的流動速度、分子趨向、剪切速率及剪切應力、氣穴及熔接痕位置等，并直觀地顯示在計算機屏幕上，從而幫助工藝人員找到產生缺陷的原因。圖3是填充過程模擬得到的部分結果。
(a) 填充過程中的壓力分布
(b) 填充過程中熔體前沿溫度分布
(c) 填充過程中熔體溫度分布
(d) 制件表面的分子趨向
圖3 填充過程模擬得到的結果
(2) 保壓過程
在填充過程模擬的基礎上，進一步進行保壓過程的模擬，可以得到所需的保壓時間，并通過優化得到合理的保壓壓力。圖4是采用二級保壓壓力（70Mpa 3.5s，50 Mpa 3.5s）得到的制件中體積收縮率和縮凹的分布情況。
(a) 保壓結束后制件中的體積收縮率
(b) 保壓結束后制件表面的縮凹
圖4 保壓結束后制件的收縮結果
五、 結束語
MPI/Flow通過對填充和保壓過程的模擬，幫助工藝人員從本質上了解缺陷產生的原因，找出消除缺陷的對策。在注塑行業的推廣使用，將會大大縮短新產品的開發周期和費用，為生產企業帶來顯著的經濟效益。
參考文獻
1． 許鶴峰，陳言秋：注塑模具設計要點與圖例，化學工業出版社，1999
2． 余衛東，陳建：注塑成型CAE技術，計算機輔助設計與制造，60-62，No.3，2002
Analysis and Application of Flow with MoldFlow Software
麻向軍 文勁松
華南理工大學聚合物新型成型技術國家工程中心
華南理工大學-美國MoldFlow高級應用技術中心
一、 引言
對于任何注塑成型來說，最重要的是控制塑料在模具中的流動方式。制品的許多缺陷，如氣穴、熔接痕、短射乃至制品的變形、冷卻時間等，都與樹脂在模具中的流動方式有關。MPI/Flow通過對熔體在模具中的流動行為進行模擬，可以預測和顯示熔體流動前沿的推進方式、填充過程中的壓力和溫度變化、氣穴和熔接痕的位置等，幫助工藝人員在試模前對可能出現的缺陷進行預測，找出缺陷產生的原因并加以改進，提高一次試模的成功率。
二、 MPI/Flow的作用
MPI/Flow能夠對注塑成型從制品設計、模具設計到成型工藝提供全面和并行的解決方案。
1、 制品設計
制品設計者能用MPI/Flow解決以下問題。
(1) 制品能否充滿。這一古老的問題一直為許多設計人員所關注，特別是對于大型制品。
(2) 制品最小壁厚。在滿足制品使用性能和工藝性能的前提下，減小制品壁厚能夠大大降低制件的循環時間，從而提高生產效率，降低制件成本。
(3) 制品工藝性能。在產品設計階段具有充分的選擇澆口位置的余地，確保制品的審美特性。
2、 模具設計
MPI/Flow能在以下方面輔助模具設計人員，以得到良好的模具設計。
(1) 確保良好的填充形式。
(2) 最佳的澆口位置與數量、類型以及正確地確定閥澆口的開啟與閉合時間，有效地發揮閥澆口的作用。特別是對于有纖維增強的樹脂的填充過程，通過分析纖維在流動過程中的取向來判斷其對制品強度的影響，并據此判斷澆口位置設置的正確與否。
(3) 流道系統的優化設計。通過流動分析，幫助模具設計人員設計出壓力平衡、溫度平衡或者壓力、溫度均平衡的流道系統，并最大程度地減少流道部分的體積。同時，對流道內熔體的剪切速率和摩擦熱進行評估，避免材料的降解和型腔內過高的熔體溫度。
3、 成型工藝
注塑成型者可利用MPI/Flow在以下方面得到幫助。
(1) 通過對熔體溫度、模具溫度、注射時間等主要注塑加工參數對制品工藝性能提出一個目標趨勢，從而幫助注塑成型者確定各個加工參數的正確值并確定其可變化范圍，得到更加穩定的成型工藝條件。
(2) 會同模具設計人員，結合使用最經濟的加工設備，確定最佳的模具方案。
(3) 對于制品在預定的標稱厚度的條件下，可以對兩種以上的樹脂材料的成型性能進行比較，會同制品設計人員選擇成本、質量、可加工性較好的設計方案。
在填充過程分析的基礎上，進一步進行保壓分析，可以得到熔體在保壓過程中壓縮產生的密度變化，并優化出合適的保壓工藝參數。
三、 流動分析的一般步驟
采用MPI/Flow可使注塑成型從制品設計、模具設計到注塑工藝的確定完全在并行工程的環境下進行，不僅克服了傳統的串行設計存在的產品開發周期長的缺點，而且提高了開模的成功率，優化了注塑成型的工藝條件，降低了產品的開發和制造成本。典型的流動分析過程如圖1所示。
四、 MPI/Flow應用實例
制件為一汽車零件，材料為Bayer USA Lustran LGA-SF，一模兩腔。
1．建模
在Pro/ENGINEER中建模，通過STL文件格式讀入MPI。制件模型及澆注系統如圖2所示。考慮到對稱性，只取其1/2進行填充和保壓過程的模擬。
圖2 模型及其澆注系統
2．工藝條件
根據所選材料Lustran LGA-SF的工藝要求，工藝參數為：熔體溫度260oC，型腔溫度60oC，注射時間為1.25s。
3．模擬結果
(1) 填充過程
填充過程的模擬可得到填充時間、填充壓力、熔體前沿的溫度、熔體溫度在制件厚度方向的分布、熔體的流動速度、分子趨向、剪切速率及剪切應力、氣穴及熔接痕位置等，并直觀地顯示在計算機屏幕上，從而幫助工藝人員找到產生缺陷的原因。圖3是填充過程模擬得到的部分結果。
(a) 填充過程中的壓力分布
(b) 填充過程中熔體前沿溫度分布
(c) 填充過程中熔體溫度分布
(d) 制件表面的分子趨向
圖3 填充過程模擬得到的結果
(2) 保壓過程
在填充過程模擬的基礎上，進一步進行保壓過程的模擬，可以得到所需的保壓時間，并通過優化得到合理的保壓壓力。圖4是采用二級保壓壓力（70Mpa 3.5s，50 Mpa 3.5s）得到的制件中體積收縮率和縮凹的分布情況。
(a) 保壓結束后制件中的體積收縮率
(b) 保壓結束后制件表面的縮凹
圖4 保壓結束后制件的收縮結果
五、 結束語
MPI/Flow通過對填充和保壓過程的模擬，幫助工藝人員從本質上了解缺陷產生的原因，找出消除缺陷的對策。在注塑行業的推廣使用，將會大大縮短新產品的開發周期和費用，為生產企業帶來顯著的經濟效益。
參考文獻
1． 許鶴峰，陳言秋：注塑模具設計要點與圖例，化學工業出版社，1999
2． 余衛東，陳建：注塑成型CAE技術，計算機輔助設計與制造，60-62，No.3，2002
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