注塑模模流分析技术-moldflow.pdf

,CAE分析在注塑领域中重要性日益增大。CAE分析已从原理上说明了许多使注塑失败,像翘曲、飞边等的原因。实际经验往往不足以鉴别潜在的问题,可以用经验解决的生产问题太有限,只有采用CAE分析这样的技术,才能全面应付注塑中出现的问题,加工出优质产品。目前,注塑模CAE软件(常称注塑模流分析软件)能成功地应用在三个方面:塑件设计、模具设计及成型工艺。1、塑件设计塑件设计者通过模流分析解决下列问题:(1)塑件能否全部充满这是一个为广大模具设计者普遍关注的问题,特别是当设计大型制件时尤其如此。在设计者的心目中,材料结构特性、装饰特性和加工特性之间的关系往往模糊不清,而模流分析以科学的方式提供了在设计阶段对不同塑料及其与成型有关的特性进行评价的方法。(2)塑件实际最小壁厚是多少这是一个直接关系到塑件成本的问题。塑料成本往往占成本的40%,使用薄壁塑件就能大大降低塑件的用料成本,缩短冷却时间(冷却时间是塑件壁厚平方的函数),提高生产效率,进而又降低了塑件的成本。(3)浇口的位置是否合适浇口的位置对产品的质量有至关重要的影响,适当运用模流分析方法能使产品设计者在设计时具有充分的选择浇口位置的余地,确保设计的审美特性,并同时满足合理的价格要求。2、,以期得到良好的模具设计:(1)良好的充填形式对任何注塑来说,最重要的是控制充填的方式,采用模流分析则可以最大限度地避免或消除因为充填不好所造成的分子取向和翘曲变形,从而保证产品的质量和生产的经济性。(2)最佳的浇口位置及浇口数量为了对充填方式进行控制,模具设计者必须选择合适的浇口位置和浇口数量。模流分析使设计者有多种浇口位置的选择方案并对其影响作出评价。这一分析也可受塑件设计指导,以期外观质量及成型方面得到最佳的浇口平衡。(3)浇注系统的设计在模具设计中采用平衡式浇注系统,无论对设计者、制造者还是产品质量本身都是有利的。非平衡式浇注系统的设计是令设计者非常头痛的事情,它要经过大量修改、试模才达到较为理想的状态。而采用模流分析则可以帮助设计者较为轻松地设计出压力平衡、温度平衡或者压力、温度都平衡的非平衡式浇注系统。并可对流道内剪切速率和摩擦热进行估算。进而可以避免由于浇注系统设计的问题而使材料产生降解和型腔内过高的熔体温度。(4)冷却系统的设计通过冷却分析,可以合理的布置冷却水道,获得合理的冷却效果,缩短冷却时间、减少翘曲变形,提高制件质量。(5)减少返修成本模流分析可以提高模具一次试模成功的可能性。设计者和使用者都知道,模具的反复返工要耗损大量的时间和财力。模流分析使得在试模之前就可确认各种模具设计方案对模塑过程的影响,无疑将大大减少时间和财力的消耗。此外,未经反复返工的模具,其寿命也较长。3、成型工艺(1)更加宽广更加稳定的加工“裕度”模流分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要注塑加工参数的变动影响提出一个目标趋势。借助模流分析,注塑工便可估定各个加工参数的正确值,并确定其变动范围。会同模具设计者一起,选择使用最经济的设备,确定最佳的模具方案。(2)减少塑件应力和翘曲选择最好的加工参数使塑件残余应力最小。残余应力常常使塑件在成型后出现翘曲,甚至发生失效。(3)省料和减少过量充模采用模流分析技术一般可以节省5%的材料,这对大量生产来说是很有意义的。同时它还有助于消除因局部过量注射所造成的翘曲。(4)最小的流道尺寸和回收料成本模流分析有助于选定最佳的流道尺寸,从而尽量减小浇注系统的体积,减少流道部分塑料的冷却时间,缩短整个注塑周期,并将回收料成本降到最低。、一维流动分析一维流动分析采用有限差分法求解,可得到熔体的压力、温度分布以及所需的注射压力,一维流动分析计算速度快,流动前沿位置容易确定,可根据给定的流量和时间增量直接计算出下一时刻的熔体前沿位置,但仅局限于简单、规则的几何形状,在生产实际中的应用很受限制。对一维流动分析的研究始于二十世纪六十年代,研究对象主要是几何形状简单的圆管、矩形或中心浇注的圆盘等。2、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。所谓中面是指位于制件内外表面或模具型腔/型芯表面间的中心面。其模拟过程如图18-3所示。图18-3基于中面模型的模拟过程(a)3维实体/表面模型;(b)中面模型;(c)中面模型网格划分;(d)模拟结果显示在中面流技术中,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