Moldflow在塑件翘曲分析中的应用

Moldflow 在塑件翘曲分析中的应用

( 浙江工业职业技术学院 , 浙江 绍兴 312000  刘 健)
摘要 : 借助 Moldflow 软件强大的模流分析功能 , 对塑件平面度进行了分析 , 并通过对多种设计方案进行比较和调整 , 最终确定了最优的设计方案。有效地简化了设计过程 , 提高了设计效率 , 降低了模具的报废率 ,具有很强的实用性。

1 引 言
        Moldflow 软件的推出给传统注射模设计提供了技术参考 , 用户可以利用 Moldflow 软件在模具加工前用计算机模拟分析整个注射成型过程 , 准确预测熔体的填充、保压、冷却情况以及塑件中应力的分布、分子和纤维取向分布、塑件的收缩和翘曲变形等情况 , 以便能尽早发现问题 , 及时修改塑件和模具设计 ,而不必等到试模以后再返修模具。
2 实例分析
        本实例是为某公司做的一个算例 , 要求分析最佳浇口位置与数量及塑件的平面度 , 平面度分析即塑件的翘曲分析。塑件材料采用加入 30 %玻璃纤维的 PA66 尼龙 , 虽然材料的流动性能比较好 , 但由于加入了玻璃纤维 ,导致塑件边缘容易发生翘曲 ,在计算过程中必然涉及到纤维取向分析 , 通过分析纤维在流动过程中的取向来判断其对塑件强度的影响 ,并据此判断浇口位置设置的正确与否 , 给整个注射分析过程带来了难度。
塑件翘曲产生的原因主要是注射过程中塑件收缩率不均匀 ,其表现在以下方面 :
        ( 1) 塑件不同部位的收缩率不一样。
        ( 2) 沿塑件厚度方向收缩率不同。
        ( 3) 与分子取向平行和垂直方向收缩率不同。
        MF/ Warp 是 Moldflow 中的一个翘曲分析模块 ,用于分析整个塑件的翘曲变形( 包括线性、线性弯曲和非线性) ,同时还可以指出产生翘曲的主要原因以及相应的补救措施。 MF/ Warp 模块在一般工作环境中能考虑到注塑机性能、材料特性、环境因素和冷却参数的影响 ,预测并减小翘曲变形。

MF/ Warp 模块把翘曲产生的原因归结为以下 3点 :
        ( 1) 冷却不均匀。
        ( 2) 收缩不均匀。
        ( 3) 分子取向不一致。
        采用 MF/ Warp 模块进行分析的主要目的是确定塑件翘曲变形的结果是否满足设计要求 ,如果不能满足设计要求 , 给出产生翘曲的主要原因 , 因此在进行翘曲分析前 ,冷却、流动分析必须要已经完成。在选择分析流程时 , 有 2 种分析流程 Cool- Flow -War p ( 简称CFW ) 和 Flow-Cool- Flow-War p (简称 FCFW )可供选择。 CFW 在进行冷却分析时是假设熔体的前沿温度不变 , 先对塑件做 Cool 分析 , 将温度差值减到最低 , 并以 Cool 的结果作为 Flow 的输入 ; 而FCFW 在进行流动分析时是假设模具温度不变。对于翘曲分析 , 在假设熔体前沿温度不变的前提下计算结果更精确 , 所以最好选择 Cool- Flow War p 分析流程。
2. 1 分析过程www.kongzipx.com
        ( 1) 有限元模型的建立。将公司提供的 CAD模型以 stl 格式导入到 MF 中 , 因为塑件厚度比较厚 ,所以采用 Fusion ( 双面模) 模式导入 , 再进行网格划分 ,得到有限元模型。
        ( 2) 参数设置。公司提供的材料属性为PA66 +30 %玻璃纤维 ,注塑机型号 HTF360XB ,最大锁模力3 600 kN ,螺杆直径 < 70 mm ,注射速度 368 mm3/ s , 注射压力 1 800 kN , 注射行程 322 mm , 然后根据公司希望的浇口位置进行设置和分析。
2. 2 单点进浇方案www.ugboke.com
        单点进浇方案的浇口位置与冷却管道布置见图 1 。计算参数在按照 2. 1 节步骤 ( 1) 、 ( 2) 设置完成后 , 按 Analy sis 键进行计算分析。填充过程完成后的填充流动鱼纹见图 2 , 冷却温度分布见图 3 , Z向的翘曲结果见图 4 。从单点进浇的结果可知 , 填充流动鱼纹图显示的流动趋势不理想 , Z 向的翘曲为 0. 700 4 mm , 并且主要发生在塑件的配合处 ,无法满足平面度要求 , 需对填充工艺进行调整 , 调整后的参数见表 1 的方案 1 、2 和 3 , 但效果均不佳。
2. 3 两点进浇方案
        两点进浇方案的浇口位置与冷却管道布置见图 5 ,设置完成后将该模型复制 1 份 ,重新按 Anal ysis键进行计算分析。填充过程完成后 , Z 向的翘曲结果见图 6 。从两点进浇的结果可知 , Z 向的翘曲为0. 906 8 mm , 翘曲值大于单点进浇 , 而且在图 7 上可以看到明显的熔接痕 , 直接影响塑件表面质量 , 也无法满足平面度要求 , 需对填充工艺进行调整。调整后的参数见表 1 方案 4 、 5 、 6 , 但效果也不佳。




        2. 4 采用 Moldflow 软件优化最佳浇口位置采用 Moldflow 软件根据模型结构进行自动分析 ,得到的优化浇口位置见图 8 。
本例是将企业根据经验值确定的浇口位置与软件分析得到的浇口位置进行比较 ,在选出浇口位置后布置冷却管道 , 再进行分析。冷却管道布置应该尽可能靠近塑件表面 , 以达到良好的冷却效果 ,避免因冷却效果不佳而引起翘曲。

    分析结果提供的参考参数为 : 注射时间、注射压力、注射速度、保压压力、保压时间、冷却时间、最大锁模力和周期等 , 并且可以通过鱼纹图查看塑件的填充流动过程、冷却后的温度分布情况、纤维的趋向以及预测熔接痕、气穴、翘曲等发生的部位等。通过以上参数和图像可合理编制成型工艺 ,重新设定浇口位置。

2. 5 采用 Moldflow 优化的浇口进浇
        Moldflow 优化的浇口位置及冷却管道布置见图 9 , 设置完成后将该模型复制 1 份 , 重新按 Analy 2sis 键进行计算分析。计算结果中的流动鱼纹见图10 ,冷却温度分布见图 11 , Z 向的翘曲见图 12 。从塑件内表面进浇的结果显示 , 流动鱼纹的流动梯度
变化相当理想 , Z 向的翘曲为 0. 370 1 mm ,翘曲值在要求范围内 , 达到了分析效果 , 模拟时选取的工艺参数见表 1 中方案 7 、 8 。从分析结果可以看出 , 方案 8 的 Z 向翘曲分量达到要求 ,且塑件表面质量较好 ,最终选用方案 8进行模具修改及注射成型。



3 结束语
        Moldflow 是模具行业不可缺少的优秀软件 , 随着 Moldflow 软件在注射成型过程中的应用 , 通过对熔体在模具中的流动行为进行模拟 , 可以预测和显示熔体流动前沿的推进方式、填充过程中压力和温度变化、气穴和熔接痕的位置等。帮助工艺人员在
试模前对可能出现的缺陷进行预测 ,找出缺陷产生图 12 优化浇口 Z 向的翘曲的原因并加以改进 ,提高一次试模的成功率 , 缩短产
品开发周期 ,加快产品投放市场 ,大大增强企业的竞争力。

参考文献 :
[ 1]单 岩 ,王 蓓 ,王 刚 . Moldflow 模具分析技术基础
[ M] . 北京 :清华大学出版社 ,2004.