MoldFlow軟件在注射模具設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

1、󰀁󰀁2005年3月󰀁第13卷󰀁第1期鷺江職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)JournalofLujiangUniversityVo.l13󰀁No.1Mar.2005MoldFlow軟件在注射模具設(shè)計(jì)中的運(yùn)用陳美謙(集美大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系,福建廈門3610021)摘󰀁要計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用,特別是CAD/CAM/CAE/CAPP等的綜合運(yùn)用,在塑料產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到成型生產(chǎn)中起著非常重要的作用.運(yùn)用MoldFlow軟件,特別是它的模擬和綜合分析功能,可以方便地得到合理的工藝參數(shù),優(yōu)化模具結(jié)構(gòu),從而注塑出最佳的塑料制品.關(guān)鍵詞Mo

2、ldFlow軟件;注射模具設(shè)計(jì);應(yīng)用中圖分類號(hào)TH203󰀁文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B󰀁文章編號(hào)1008-3804(2005)01-063-04塑料產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到成型生產(chǎn)是一個(gè)十分復(fù)雜的過程,它包括塑料制品設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具加工制造和模塑生產(chǎn)等幾個(gè)主要方面.它需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、模具設(shè)計(jì)師、模具加工工藝師及熟練操作工人協(xié)同努力來完成,這是一個(gè)設(shè)計(jì)、修改、再設(shè)計(jì)的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過程.計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用,(具體表現(xiàn)為CAD/CAM/CAE/CAPP等的綜合運(yùn)用),正在各方面取代傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方式,并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,本文通過介紹CAE分析軟件的代表󰀁b

3、3041;󰀁MoldFlow及其實(shí)例運(yùn)用,來闡述CAE軟件在模具設(shè)計(jì)中起到的重要作用.󰀁󰀁1󰀁MoldFlow軟件簡(jiǎn)介MoldFlow(以下簡(jiǎn)稱MF)軟件1.1󰀁MF軟件的構(gòu)成MF軟件主要由MPA(MoldFlowPlasticsAdvisers產(chǎn)品優(yōu)化顧問)、MPI(MoldFlowPlasticsInsight1是美國(guó)MoldFlow公司的產(chǎn)品,該公司自1976年發(fā)行世界上第一套塑料注塑成型流動(dòng)分析軟件以來,一直主導(dǎo)塑料成型CAE軟件市場(chǎng).注塑成型模擬分析)、MPX(MoldFlowPlasticsExpert

4、注塑成型過程控制專家)三部分構(gòu)成,有以下幾個(gè)模塊:模型輸入與修復(fù):MF軟件可以直接讀取其它CAD模型,基于中心面的分析還可運(yùn)用MPI軟件的造型功能完成.模型輸入后,軟件提供了多種修復(fù)工具,以生成既能得到準(zhǔn)確結(jié)果,又能減少分析時(shí)間的網(wǎng)格.塑料材料與注塑機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù):數(shù)據(jù)庫(kù)包含超過7500種塑料材料的詳細(xì)數(shù)據(jù)和290種商用注塑機(jī)的運(yùn)行參數(shù).流動(dòng)分析:分析塑料在模具中的流動(dòng),并且優(yōu)化模腔的布局、材料的選擇、填充和保壓的工藝參數(shù).冷卻分析:分析冷卻系統(tǒng)對(duì)流動(dòng)過程的影響,優(yōu)化冷卻管道的布局和工作條件,與流動(dòng)分析相結(jié)合,可以得到完美的動(dòng)態(tài)注塑過程.翹曲分析:分析整個(gè)塑件的翹曲變形,同時(shí)指出產(chǎn)生翹曲的主要原因以

5、及相應(yīng)的改進(jìn)措施.纖維填充取向分析:MPI軟件模塊使用一系列集成的分析工具來優(yōu)化和預(yù)測(cè)整個(gè)注塑過程的纖維󰀁󰀁收稿日期2004-05-28󰀁󰀁󰀁󰀁修回日期2004-09-22(1971-),女,.64鷺江職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2005年取向,使其分布合理.優(yōu)化注塑工藝參數(shù):根據(jù)給定的模具、注塑機(jī)、塑件材料等參數(shù)以及流動(dòng)分析結(jié)果自動(dòng)產(chǎn)生控制注塑機(jī)的填充保壓曲線,從而免除了在試模時(shí)對(duì)注塑機(jī)參數(shù)的反復(fù)調(diào)試.結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析:分析塑件在受外界載荷情況下的機(jī)械性能,在考慮注塑工藝的條件下,優(yōu)化塑件的強(qiáng)度和剛度.確定合理的塑料

6、收縮率:MPI3.1通過流動(dòng)分析結(jié)果確定合理的塑料收縮率,保證模腔的尺寸在允許的公差范圍內(nèi).氣體輔助成型分析:模擬氣體輔助注射成型過程,對(duì)整個(gè)成型過程進(jìn)行優(yōu)化.特殊注塑成型過程分析:MPI3.1可以模擬共注射、反應(yīng)注射、微芯片封裝等特殊的注射成型過程,并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化.1.2 MF軟件在注塑模設(shè)計(jì)中的主要作用優(yōu)化塑料制品:運(yùn)用MF軟件,可以得到制品的實(shí)際最小壁厚,優(yōu)化制品結(jié)構(gòu),降低材料成本,縮短生產(chǎn)周期,保證制品能全部充滿.優(yōu)化模具結(jié)構(gòu):運(yùn)用MF軟件,可以得到最佳的澆口數(shù)量與位置,合理的流道系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng),并對(duì)型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸和冷卻系統(tǒng)尺寸進(jìn)行優(yōu)化,在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試模、修模,大大提高

7、模具質(zhì)量,減少修模次數(shù).優(yōu)化注射工藝參數(shù):運(yùn)用MF軟件,可以確定最佳的注射壓力、保壓壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時(shí)間、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間,以注塑出最佳的塑料制品.2 MF軟件在汽車類注射模具設(shè)計(jì)中的實(shí)際運(yùn)用后門上截 是汽車后門門板的組成部分,在第一次試模中存在以下問題:1)進(jìn)膠不平穩(wěn);2)漲模導(dǎo)致飛邊;3)嚴(yán)重注不滿;4)筋粘模.從經(jīng)驗(yàn)上分析,要解決以上問題應(yīng)將重點(diǎn)放在流道的排布及澆口的優(yōu)化設(shè)置上,為進(jìn)一步驗(yàn)證和找出最佳的解決方案,用MF軟件進(jìn)行分析.2.1 原始澆注系統(tǒng)方案的MF流動(dòng)分析2.1.1 有限元模型:該產(chǎn)品總體壁厚為2.5mm,長(zhǎng)度約為930mm,寬度約為320mm.根據(jù)

8、客戶要求做成一模兩位的熱流道模具.澆注系統(tǒng)采用三個(gè)熱噴嘴,每腔開設(shè)3個(gè)側(cè)澆口的進(jìn)膠方式.本次分析采用基于中心面的分析方法,從Pro/E讀取產(chǎn)品3D文件,經(jīng)過修復(fù),有限元模型如圖1所示.該注塑件的注塑工藝參數(shù)如表1所示.表1 注塑工藝參數(shù)材料臺(tái)灣奇美公司的ABs777D樹脂注塑機(jī)規(guī)格三菱1600T模溫65料溫24596%序號(hào)123時(shí)間/秒0105保壓壓力80800填充時(shí)間2秒V/P轉(zhuǎn)換保壓曲線圖1 有限元模型2.1.2 流動(dòng)分析結(jié)果與問題分析1)嚴(yán)重注不滿與制品飛邊的問題分析在MPI模塊中輸入各種注塑工藝參數(shù),如料溫、螺桿轉(zhuǎn)速等,由軟件模擬運(yùn)算,得到注塑成型第1期陳美謙:MoldFlow軟件在注

9、射模具設(shè)計(jì)中的運(yùn)用 65 模擬分析結(jié)果圖2和鎖模力曲線圖3,可以看出當(dāng)型腔填充至1.9s時(shí),型腔的實(shí)際鎖模力已經(jīng)到達(dá)注塑機(jī)的最大鎖模力1600T,此時(shí)型腔還未注滿,故產(chǎn)生了短射現(xiàn)象.這一結(jié)果與產(chǎn)品的實(shí)際注塑結(jié)果相同,如圖4所示.如果不限定注塑機(jī)的型號(hào),按同樣的工藝參數(shù)再次運(yùn)行分析,則計(jì)算結(jié)果顯示要使制件注滿所需的最小鎖模力應(yīng)為2846T,這與試模時(shí)所選用的1600T的注塑機(jī)相差太遠(yuǎn).顯然,如果要將制件打滿,必然因漲模而產(chǎn)生嚴(yán)重飛邊.根據(jù)生產(chǎn)廠目前的注塑設(shè)備條件,最大的注塑機(jī)鎖模力為2350T.那么要生產(chǎn)這一產(chǎn)品,必然要考慮如何降低成型該產(chǎn)品的最大鎖模力.2)粘模問題的分析如圖2根據(jù)屏幕的不同顏

10、色(MF顏色管理),及運(yùn)用軟件查詢功能,可以查出澆口A流出的熔膠前鋒大約在0.78s時(shí)到達(dá)型腔末端B點(diǎn).從型腔B點(diǎn)的壓力曲線圖(圖5)可以看出在0.78s料流前鋒到達(dá)B點(diǎn)后,型腔B點(diǎn)的壓力仍然在不斷的上升,即由10Mpa上升至65Mpa.B處區(qū)域型腔壓力的不斷上升,必然造成B處背面的定位筋因抱緊力過大而產(chǎn)生粘模.此外該區(qū)域的材料也會(huì)因過度填充而使密度增加,造成不必要的材料浪費(fèi).2.2 幾種流動(dòng)方案的比較方案1:如圖6所示,從流動(dòng)平衡方面考慮去除圖5所示的澆口A,移動(dòng)原來的澆口位置,并新增一處澆口及流道.1)改用注塑機(jī)E2350Rs155,不改變?cè)泄に噮?shù),運(yùn)行MF分析.結(jié)果成型所需的最大注射

11、壓力為126.54Mpa,最大鎖模力由原來的2846T下降為2350T.從注塑成型模擬分析結(jié)果圖6可以看出熔膠完全充滿型腔,不再發(fā)生短射現(xiàn)象,且整個(gè)填充過程的流動(dòng)狀態(tài)比較平衡.但問題是2350T的鎖模力仍然較高.若用注塑機(jī)E2350Rs155進(jìn)型注塑生產(chǎn),圖示A區(qū)域仍有短射的可能.2)將模溫提高至75 ,料溫提高至265 ,運(yùn)行MF分析.結(jié)果成型所需的最大注射壓力降低為119.72Mpa,66 鷺江職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2005年最大鎖模力由2350T降低為2221T.根據(jù)經(jīng)驗(yàn),成型所需的最大鎖模力不應(yīng)超過注塑機(jī)最大鎖模力的80%,即1880T.顯然,所需的鎖模力仍然較高.3)將制件總體壁厚由2.5mm

12、增加至3mm.再次運(yùn)行MF分析.結(jié)果最大注射壓力降低至103.86Mpa,最大鎖模力由2221T降低至1773T.如果用注塑機(jī)E2350Rs155進(jìn)行生產(chǎn),這一方案有一定的可行性.方案2:將制件壁厚增加至3mm,模溫75 ,料溫265 ,其余工藝參數(shù)保持不變.改用4個(gè)熱噴嘴進(jìn)膠.從注塑成型模擬分析結(jié)果圖7可以看出整個(gè)填充狀態(tài)比較平衡.成型所需的最大注射壓力為91.79Mpa,最大鎖模力為1631.32T,較方案1有所改善.方案3:在方案2的基礎(chǔ)上再次改變澆口位置,如圖8所示.從注塑成型模擬分析結(jié)果可以看出整個(gè)填充狀態(tài)比較平衡.成型所需的最大注射壓力降低為88.49Mpa,最大鎖模力降低為156

13、7.47T,優(yōu)于方案2.3 結(jié)論從以上的3種分析方案的比較可以看出,方案3是3個(gè)方案中注塑工藝條件最好的一個(gè)方案.但根據(jù)目前模具的情況,要實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)更改,熱流道板要重新加工,其工作量相當(dāng)大,改動(dòng)成本高.而方案1雖然注塑工藝條件不如方案3,但用注塑機(jī)E2350Rs155進(jìn)行注塑生產(chǎn)也完全滿足注塑機(jī)生產(chǎn)的安全系數(shù)要求,且只需對(duì)動(dòng)模型芯進(jìn)行加膠并加工出新的流道,改動(dòng)成本較低.因此方案1是比較符合實(shí)際較為可行的方案.參考文獻(xiàn)1MoldFlow正版軟件培訓(xùn)教材Z.上海新科益公司,2000.MoldFlowandItsApplicationinInjectionMouldDesignCHENMei qian(DigitalContro,lCollegeofEngineeringandTechnology,JimeiUniversity,Xiamen361021,China)Abstract:Applicationofcomputertechnology,especiallythatofCAD/CAM/CAE/CAPP,playsafun damentalroleinplasticsdesignandproduction.ThearticleintroducestheapplicationofMoldFlowsoftwareininjectionm