【文章內容簡介】 第二章 注塑模擬CAE的原理注塑成型能一次成型形狀復雜，尺寸精度要求較高的塑料制品。適合高效率、大批量的生產方式，已發(fā)展成為熱塑性塑料最主要的成型加工方法。注射成型是一個相當復雜的物理過程。一方面，非牛頓的高溫塑料熔體在壓力的作用下，注入溫度較低的型腔；另一方面，由于熔體與模具型腔的溫差導致使注入的熔體快速冷卻，同時伴隨固化、體積收縮及可能的結晶過程。其成型過程包括充模流動、保壓及冷卻三個階段。注塑模的CAE是從狹義出發(fā)，主要是在設計模具之前對熔料的流動情況、壓力分布和冷卻過程等進行模擬，以獲得實現(xiàn)最佳充填的模具結構[21,27]。 Moldflow系統(tǒng)的結構在注塑成型中，如果模具設計不合理則可能在塑件表面出現(xiàn)熔接縫、充填不足、表面燒傷、翹曲、縮痕及殘余應力等缺陷。一旦模具制造完成后發(fā)現(xiàn)上述缺陷，對模具進行修整非常麻煩，還要拖延模具的交貨期，嚴重時會造成模具報廢。成型條件數(shù)據(jù)形狀數(shù)據(jù)材料數(shù)據(jù)注塑成型分析填充、保壓、冷卻幾何品質預測外觀尺寸（翹曲、縮痕）塑件性能預測精細結構預測a 分子取向b 結晶度c 形態(tài)d 殘余應力 simulationcapacityofforecastingplasticsproperties現(xiàn)在可以利用計算機模擬功能對初步設計構思進行模擬。發(fā)現(xiàn)問題即對設計進行修改，直到成型過程滿意為止[2831]。 。它能正確的預測出塑件的性能[32，33]。塑料數(shù)據(jù)塑料數(shù)據(jù)熱導率 不流動料溫比熱容 黏性系數(shù)密度 分配系數(shù)固化溫度 溫度系數(shù)設計流模具各部分壓力/壓力損失壓力梯度熔料溫度剪切應力剪切速率冷卻時間由流動平衡法和壓力梯度法得澆口直徑/壁厚值成型條件模具溫度熔料溫度填充時間模具數(shù)據(jù)按流動路徑設定的流動路徑形狀（澆道、澆口、行腔）塑件形狀FEM流動分析程序FEM模型節(jié)點/元素內的壓力、剪切力熔料溫度、剪切速率、流動方向等壓線圖/流動模型等溫線圖 ofMOLDFLOWsystem 第三章 實例：鼠標組合型腔—流動平衡分析與計算 概述在實際生產中，為提高生產效率常采用一模多腔模具來生產中、小型塑料制件。對多型腔模具設計來說，為保證各型腔制件的件重、性能等質量指標均勻一致，必須對澆注系統(tǒng)進行平衡分析，以使?jié)沧⑾到y(tǒng)流動平衡，即各型腔在相同壓力下同時充滿。在一模多腔或者組合型腔的注塑模成型生產過程中，熔體在澆注系統(tǒng)中流動的平衡性是十分重要的。如果塑料熔體能夠同時到達并充滿模具的各個型腔，則稱該澆注系統(tǒng)是平衡的。平衡的澆注系統(tǒng)不僅可以保證良好的產品質量，而且可以保證不同型腔內產品的質量一致性。根據(jù)多型腔模具的幾何布局，其澆注系統(tǒng)分為平衡布置和非平衡布置兩類。對于平衡布置的澆注系統(tǒng)，熔體到各型腔的流動距離相等，如果忽略制造誤差，則流動過程是自然平衡的，即不論成型條件如何變化，各型腔均會在相同的壓力下同時充滿。在實際生產中，為使模具結構不致過大并減少流道廢料，常采用非平衡布置澆注系統(tǒng)，經過人工平衡，即在成型工藝參數(shù)一定的情況下，通過調整流道和澆口尺寸使熔體同時充滿各型腔，達到流動平衡。（d）（c）（b）（a）圖（a）所示的直線形型腔排列中，熔體在澆注系統(tǒng)中的流程相對較短，但是流動不平衡；圖（b）所示的型腔排列能夠保證熔體流動的平衡性，但是顯然這種流道布局使得熔體在澆注系統(tǒng)中的流程較長；如果既要保證流動的平衡性，又要盡量縮短熔體的流程，則可以改變行腔的布局，采用圖（c）和圖（d）所示的布局方式。對于組合型腔的模具，由于各型腔幾何形狀和容積不同，澆注系統(tǒng)的平衡與否除了考慮型腔和流道的布局方式，還要考慮流道截面尺寸的設計。合理的流道尺寸能夠保證熔體在模具型腔內流動的平衡性。鼠標上下蓋體的組合型腔模具。利用MPI進行分析的目的是分別確定通向上下蓋體分流道的截面尺寸，從而保證熔體能夠基本上在同一時刻充滿型腔，實現(xiàn)熔體的平衡流動。由于給出的鼠標模型為非對稱產品，因此在進行組合型腔布局設計之前，需要利用澆口位置Gate Location分析找出上下蓋體的最佳澆口位置，初步保證熔體在單獨型腔內合理的流動和填充過程。具體需要以下內容： Location分析找出上、下蓋體的最佳澆口位置；，以獲得Runner Balance分析所需要的一些約束條件；，在初步模型Fill分析的基礎上進行流道平衡Runner Balance分析，從而得到優(yōu)化的流道設計；，調整和修改設計方案，并對最后的方案進行分析驗證。在Gate Location分析前所要完成的前處理工作主要包括以下內容：；；；。根據(jù)產品初步設計的Fill填充分析結果，我們將對產品的澆注進行Runner Balance分析，目的是希望改善熔體在型腔內流動的不平衡性，降低兩個型腔內的壓力表，防止過保壓等由于流動不平衡造成的情況出現(xiàn)。MPI的流道平衡Runner Balance分析，僅僅針對Midplane和Fusion兩類網格模型，而且要求被分析產品的每個型腔都是單澆口注塑。流道平衡分析希望通過優(yōu)化流道Runner尺寸，達到以下一些目的：，從而保證在同一時刻充滿各個型腔；，從而保證在相對較低的料溫下降低產品的內應力水平；，盡量減小澆注系統(tǒng)所消耗的材料。MPI系統(tǒng)在進行流道平衡分析計算之前，要完成的前處理主要包括以下內容：；；；；（包括平衡約束條件）的設定；。鼠標組合型腔的流道平衡分析是在初步設計的Fill填充分析基礎上進行的，因此分析前處理要相對簡化許多，主要包括以下內容：（mouse_top_bottom_original_unbalanced）中復制基本分析模型；；；。 成型條件對流動平衡的影響非平衡布置澆注系統(tǒng)的流動平衡是有條件的，當成型條件發(fā)生變化時，如流道和澆口尺寸保持不變，則原來流動平衡賴以維持的條件如注射時間、料溫、模溫等發(fā)生變化，流動平衡就會被破壞。為研究注射時間、料溫和模溫等成型條件變化對流動平衡的影響，注射時間、料溫和模溫各取3個水平，根據(jù)正交表L (3 )設計試驗方案 ，利用z—MOLD軟件對模具型腔充填過程進行9次數(shù)值模擬試驗， 用充填結束時各型腔平均壓力差的最大值表征流動的不平衡程度(即平均壓力差的最大值越大，流動的不平衡程度越高)。為分析各因素的影響大小，對上述試驗結果進行方差分析： 結果所以注射時間的變化對流動平衡有顯著影響，而模溫和料溫對流動平衡的影響并不顯著。充模過程中熔體先流到距主流道最近的分流道末段，如果注射時間較長，即注射速率較低，不能迅速產生足夠大的壓力差使熔體克服澆口阻力快速通過澆口，則澆口處熔體溫度可能迅速降低，甚至凝固，澆口處會產生更大的流動阻力，這樣，熔體將先充滿距主流道最遠的型腔，然后再返回來依次沖破阻力最小的澆口并充滿各型腔：如果注射時間較短，即注射速率較高，則熔體將先充滿距主流道最近的型腔，最后充滿距主流道最遠的型腔。充填結束時，先充滿的型腔壓力較高，而后充滿的型腔壓力較低，使各型腔壓力有較大差別，流動失去平衡。因此，與平衡布置的多型腔模具相比，非平衡布置的多型腔模具的充模過程更為復雜，實際生產中應嚴格控制成型條件，保證流動平衡，以使一模多腔模具所生產的各制件質量均勻一致。 上蓋的澆口位置分析由于鼠標模型是非對稱產品，因此在進行組合型腔布局設計之前，需要利用澆口位置Gate Location分析找出上下蓋體的最佳澆口位置，初步保證熔體在單獨腔體內合理的流動和填充過程。 分析前處理 項目創(chuàng)建和模型導入。選擇File（文件）—New Project（新建項目）命令，此時，系統(tǒng)會彈出項目創(chuàng)建路徑對話框，在Project name—欄中植入項目名稱mouse，單擊OK按鈕，默認的創(chuàng)建路徑是MPI的項目管理路徑。 創(chuàng)建新項目。選擇File（文件）—Import（導入）命令，單擊“打開”按鈕。 選擇分析模型 View和分析任務窗口Study ，鼠標上蓋的基本分析模型被導入。 基本分析模型導入 網格模型信息查看查看網格模型信息。選擇Mesh（網格）Mesh Statistics（網格狀態(tài)統(tǒng)計）命令。 分析類型的設定在導入的基本分析模型中，分析類型已經設置為Gate Location最佳澆口位置分析。 材料選擇鼠標采用的材料為GE Plastics（Europe）公司的ABS材料，其牌號為Cycolac T。在分析任務窗口Study Tasks中右鍵單擊Cycolac T:GE Plastics（Europe），可以查看材料屬性。 工藝參數(shù)的設定工藝參數(shù)選用默認設置，各項參數(shù)的含義和設置如下：a．Injection molding machine（注塑機）默認設置為Default injection molding machine。b．Mold surface temperature（模具表面溫度）默認值為60oC。c．Melt temperature（熔體溫度）默認值為240oC。 工藝參數(shù) 分析計算在完成了分析前處理之后，即可進行分析計算，整個解算器的計算過程基本由MPI系統(tǒng)自動完成。雙擊任務欄窗口中的Analyze Now一項，解算器開始計算。 分析結果選擇Analyze（分析）Job Manager（任務管理器）命令可以看到任務隊列及計算進程。通過分析計算的輸出信息Screen output，可以查看到計算中的相關信息。 結果分析計算結束后，MPI生成最佳澆口位置的分析結果，分析任務窗口Study Tasks。1．Results Summary（結果概要）以文字的形式給出最佳澆口位置的分析結果。從Results Summary中可以看到：Remended gate location（s）are：Near node=737推薦的澆口位置在節(jié)點N737附近。Execution time：CPUtime used 分析