水杯模流分析报告moldflow.docx
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水杯模流分析报告moldflow
课程论文题目：
水杯模流分析
课程名称：
Moldflow软件应用
姓名：
倪彬城
学号：
123271220901124
班级：
模具一班
基于moldflow的水杯注塑工艺优化设计
摘要：
介绍CAE软件Moldflow，运用Moldflow软件中的MPI模块对水杯外壳注塑成形过程进行数值模拟分析，预测型腔压力分布、温度分布、锁模力大小、体积收缩率及翘曲变形，根据结果比较，提出工艺优化方案。
关键词：
水杯外壳CAEMoldflow注射成型
1前言
随着塑料在家电、电子、机械等产品和日常用品中的广泛应用,对塑料模具设计和制造的要求也越来越高。
传统的注塑模具设计主要依靠设计人员的直觉和经验,模具设计加工完成后往往需要反复地调试才能正式投入生产,发现问题后,需要重新调整工艺参数,甚至要修改塑料产品和模具,这种模具设计方式制约了新产品的开发速度。
目前，尽管CAD/CAM在模具设计与制造中运用比较成熟，但是由于塑料制品的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性，欲精确制定出一套可以减少成本、节省时间、提高产品质量及合格率的最佳工艺方案具有一定难度。
要设计和制造出高质量模具，仅仅依靠CAD/CAM是不够的，必须运用CAE技术，在计算机上对整个注塑过程进行模拟分析，依据塑料性能，优化成型工艺参数和制品结构，使模具设计师在设计阶段就能找出未来产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率，缩短模具的制造周期，降低生产成本。
本文运用CAE数值分析软件模拟分析塑料水杯成形过程，揭示其成形规律，并提出工艺优化方案[1]。
2、Moldflow的简介
Autodesk Moldflow仿真软件具有注塑成型仿真工具，能够帮助您验证和优化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程。
该软件能够为设计人员、模具制作人员、工程师提供指导，通过仿真设置和结果阐明来展示壁厚、浇口位置、材料、几何形状变化如何影响可制造性。
从薄壁零件到厚壁、坚固的零件，AutodeskMoldflow的几何图形支持可以帮助用户在最终设计决策前试验假定方案。
在产品的设计及制造环节，Moldflow提供了两大模拟分析软件：
AMA（Moldflow塑件顾问）和AMI（Moldflow高级成型分析专家）。
AMA简便易用，能快速响应设计者的分析变更，因此主要针对注塑产品设计工程师，项目工程师和模具设计工程师，用于产品开发早期快速验证产品的制造可行性，AMA主要关注外观质量（熔接线、气穴等）、材料选择、结构优化（壁厚等）、浇口位置和流道（冷流道和热流道）优化等问题。
AMI用于注塑成型的深入分析和优化，是全球应用最广泛的模流分析软件。
企业通过Moldflow这一有效的优化设计制造的工具，可将优化设计贯穿于设计制造的全过程，彻底改变传统的依靠经验的“试错”的设计模式，使产品的设计和制造尽在掌握之中。
AutodeskMoldflowAdviser透过简化注塑成型的模拟帮助设计者优化模具设计的诸多特征，如浇口，流道，模穴的排位。
引导设计者从分析的开始建立直到结果的解析，并帮助他们认识到通过壁厚，浇口位置，材料，产品几何的变更是如何影响产品的制造可行性的。
通过对成型工艺的模拟能够帮助设计者找出并解决潜在的问题，AutodeskMoldflowAdviser使得每一位设计工程师都能自信的完成注塑件的设计。
3水杯外壳注射成型的CAE模拟
3.1模型导入及网格划分
将水杯的Pro/e模型保存为stl格式文件，导入moldflow中，模型如图1所示。
为方便研究分析，网格类型采用fusion网格，即表面网格，这种网格的优点是计算结果比较系统化，计算量不是很大，与中性面网格和3D网格相比，计算结果的准确性在简单薄壁制品的成型分析过程中相差很小，缩短生产时间，提高效率。
图1，水杯模型图
划分网格结果如图2所示，全局边长选择为2.5mm，弦高为0.2mm，一共划分为8596个结构单元。
对网格进行修复，参考以往研究者对水杯模流分析的过程[6]，设定最大纵横比为5.6，其余网格参数如图3所示。
图2，对水杯进行网格划分
图3，网格诊断结果
3.2材料的选用
水杯属于外置中小塑料件;表面质量要求高,不能有明显的气穴、熔接痕;配合面要求平整,翘曲量要小（小于0.5mm）。
这就要求塑料件成型后要有良好的表面粗糙度和较小的形状误差,并具有较高的强度和韧性[3]。
因此，材料选用（丙烯腈/丁二烯/苯乙烯）共聚物（ABS）。
模具温度为80℃,熔体温度为260℃。
3.3最佳浇口位置分析
一般情况下，手机水杯的浇口位置设置在手机的中部。
3.4保压+填充分析
保压压力控制对于减小飞边和防止机械损伤有非常重要的意义。
良好的保压压力控制方式有助于减小塑件收缩，提高塑件的外观质量。
保压时间过长或过短都对成型不利。
过长会使的保压不均匀，塑件内部应力增大，塑件容易变形，严重时会发生应力开裂。
过段则保压部分，塑件体积收缩严重，表面质量差。
压力填充为20%到100%.默认为80%。
图5，填充时间图
（1）
填充时间为0.8246。
图6，熔体前沿温度分布
（1）
温度从229.9—230.4这个范围内变化，塑件随着温度的升高，其保压压力也随之变化，假若成型水杯出现飞边的现象，则是保压压力的问题，从而我们可以调节其保压压力，来让塑件减少飞边的出现。
图7，体积剪切速率分布
（1）
从图中可以看出，在此工艺条件下，填充时间比较平衡，查到此材料的属性，最大剪切速率为500002/s，本例分析结果的体积剪切速率远远大于材料的许可值。
剪切速率是速度变化大小的度量，同时它代表塑料被剪切变形的速率。
剪切速率越大，塑料被变形的速率越高，此时就有可能会拉断塑料高分子链，产生裂痕啊、变色、机械性能降低等问题，从而影响产品强度。
因此，剪切速率值不应超过材料的极限值。
当分析结果显示，制件某区域的最大体积剪切速率值超过材料的许可值时，可通过延长填充时间、增大浇口尺寸等方式进行改善。
进行流动分析，本次分析的熔体前沿温度分布、体积剪切速率分别如图8、图9所示。
图8，熔体前沿温度分布
（2）
图10，注射口位置压力XY图
这种保压方式中压力在时间上呈现出连续，稳定的变化。
如果应用得当，曲线如图，可以使塑件获得一致的体积收缩率。
体积收缩率的高低是由熔体冷凝时具有的压力大小觉定的，压力越大，收缩越小。
采用曲线世保压方法能减少保压压力。
减少浇口处的压力从而增加浇口附近的体积收缩，可以避免过保压现象的产生。
当注塑机设备设置保压曲线的能力下，可以采用曲线式保压方法。
但是，如果当塑件厚度变化比较大时，曲线式保压方法并不能取得很好的保压效果。
这是因为塑件壁厚较厚的地方要获得和壁厚较薄的地方相同的体积收缩率，需要更高的压力。
4，结论
通过Moldflow软件模拟分析了浇口尺寸、熔体温度、以及填充时间对手机外壳制品注塑过程中充模压力、剪切速率、翘曲变形量等的影响,结合模拟分析结果可以指导并优化手机外壳模具设计及注塑过程工艺参数的设定，从而减少试模次数，提高经济效益。
参考资料：
Moldflow2010完全自学与速查手册。
陈艳霞陈如香吴盛金主编。
电子工业出版社。
王刚,单岩.Moldflow模具分析技术基础[M].北京：
清华大学出版社,2004.
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