注射成型过程计算机模拟---实验指导书.doc

《注射成型过程计算机模拟技术》实 验 指 导 书编写 李松柏 翁灿审核 蒋炳炎班级： 姓名： 学号： 中南大学机电工程学院机械制造及自动化系二零一二年九月目 录实验一 MoldFlow 软件流动分析及应用…………………………………………………………1【实验目的】…………………………………………………………………………………………1【实验器具】…………………………………………………………………………………………1【实验原理】………………………………………………………………………………1【实验步骤】………………………………………………………………………………1【实验报告】…………………………………………………………………………………………5实验二 MoldFlow 软件翘曲分析及应用………………………………………………… 6【实验目的】………………………………………………………………………………6【实验器具】…………………………………………………………………………………………6【实验原理】………………………………………………………………………………6【实验步骤】………………………………………………………………………………7【实验报告】…………………………………………………………………………………………10附录 MoldFlow 软件介绍…………………………………………………………………………11【应用领域】…………………………………………………………………………………………11【软件组成及作用】…………………………………………………………………………………11【主要模块】……………………………………………………………………………………………121实验一 注射过程流动（Flow ）分析实验【实验目的】 掌握 MoldFlow 软件的网格划分、网格诊断、网格修复等前处理操作技术； 了解塑料材料在模具内流动中注射工艺参数对注射制品缺陷的影响，预测注射成型制品的缺陷，控制塑料材料在模具中的流动方式，掌握保压工艺曲线的优化方法，改善成型制品的缺陷，提高一次试模的成功率。

实验器具】 微型计算机（台/人） ； MoldFlow 软件实验原理】塑料在不同形状的模具流道和模具型腔中流动时，由于塑料本身特有的粘滞特性，塑料熔体内部具有粘滞力，管壁存在摩擦力，塑料熔体沿管道流动和在模具型腔中流动时会引起压力降和流速的变化，模具流道和模具型腔本身截面形状和尺寸的变化，也会引起流体压力、流速分布和流量的变化，将对塑料制品的性能产生重要的影响研究不同塑料材料的流动特性，涉及到流体力学、材料流变学、计算数学等知识，通过对塑料熔体在流动过程中建立相应的控制方程，根据对应的边界条件，对塑料熔体流动过程中的速度场、温度场以及剪切应力、剪切速率、体积流量、粘度等参数变化进行求解，从而预测注射成型制品的缺陷，改变注射工艺参数，改善成型制品的缺陷，提高一次试模的成功率Moldflow 软件中 MPI/Flow 模块能够对注塑成型工艺过程提供全面的解决方案，主要体现在以下几个方面：(1) 制品能否充满，特别是对于大型制品；(2) 最佳的浇口位置与数量、类型；(3) 流道系统的优化设计通过流动分析，帮助模具设计人员设计出压力平衡、温度平衡或者压力、温度均平衡的流道系统，并最大程度地减少流道部分的体积；(4) 通过对熔体温度、模具温度、注射时间等主要注塑加工参数对制品工艺性能提出一个目标趋势，从而帮助注塑成型者确定各个加工参数的正确值并确定其可变化范围，得到更加稳定的成型工艺条件；(5) 对于制品在预定的标称厚度的条件下，可以对两种以上塑料材料的成型性能进行比较，选择成本、质量、可加工性较好的设计方案；（6）通过填充过程的分析，进一步进行保压分析，根据保压分析的结果，检查制品出现的缺陷，包括熔接线长短、气穴大小与位置、是否短射、体积收缩的均匀性，优化出合适的保压工艺参数，改善成型制品的缺陷。

实验步骤】MPI/Flow 模块可使注塑成型从制品设计、模具设计到注塑工艺的确定完全在并行工程的环境2下进行，不仅可克服传统串行设计存在的产品开发周期长的缺点，而且可提高开模的成功率；通过优化注塑成型的工艺条件，可降低产品的开发和制造成本，典型的流动分析过程如图 1 所示3图 2 模型及其浇注系统生成报表本次实验制件选一汽车零件，材料为聚丙烯（PP） ，一模两腔，实验步骤如下：1．建模在 Pro/ENGINEER 中建模，通过 STL 文件格式读入 MPI制件模型及浇注系统如图 2 所示考虑到对称性，只取其 1/2 进行填充和保压过程的模拟2．工艺条件根据所选材料聚丙烯（PP）的工艺要求，工艺参数为：熔体温度 260oC，型腔温度 60oC，注射时间为 1.25s3．模拟结果(1) 填充过程填充过程的模拟可得到填充时间、填充压力、熔体前沿的温度、熔体温度在制件厚度方向的分布、熔体的流动速度、分子趋向、剪切速率及剪切应力、气穴及熔接痕位置等，并直观地显示在计输入CAD 模型网格划分选择材料选择浇口位置选择注射机确定注塑条件设定分析参数分析计算填充问题解决？解决流道平衡保压曲线确定、优化图 1 流动分析流程图4算机屏幕上，从而帮助工艺人员找到产生缺陷的原因，图 3 是填充过程模拟得到的部分结果。

a) 填充过程中的压力分布 (b) 填充过程中熔体前沿温度分布(c) 填充过程中熔体温度分布 (d) 制件表面的分子趋向图 3 填充过程模拟得到的结果(2) 保压过程在填充过程模拟的基础上，进一步进行保压过程的模拟，可以得到所需的保压时间，并通过优化得到合理的保压压力图 4 是采用二级保压压力（70Mpa 3.5s，50 Mpa 3.5s）得到的制件中体积收缩率和缩凹的分布情况a) 保压结束后制件中的体积收缩率 (b) 保压结束后制件表面的缩凹图 4 保压结束后制件的收缩结果54．保压工艺参数的优化设置：选取工艺条件中保压压力与保压时间的关系，保压压力一般取注射压力的 80%~120%，注射时间按注射——保压切换时间算（设为 t0） 保压曲线中分段保压时间的确定：（1）计算第一段保压时间：查看压力曲线，光标移至 Flow 处按右键，点击 Create New Plot，选取 Pressure 与 XY Plot 项，显示出压力曲线分布图。

点击填充末端，显示该处压力曲线，如图 5所示查出曲线中压力最高点所对应的时间 t4 和压力为 0 时所对应的时间 t5，则第一段保压（恒定保压）时间为： t1=( t4＋t 5)/2－t 0（s）图 5 制件填充末端压力分布曲线图（2）计算第二段保压时间：第二段保压时间为浇口冻结所需时间减去注射时间点击 Frozen Layer Fraction 结果，显示制品冻结情况，当浇口处值为 1 时，浇口完全凝固，此时停止保压，对应的时间为浇口冻结时间 t3，如图 6 所示故第二段保压时间为：t 2=浇口冻结时间 t3－第一段保压结束时间（ t1＋t 0）图 6 浇口冻结所需时间图6最后把计算后的保压工艺参数设置得如图 7 所示保压曲线pressuretime图 7 保压压力与保压时间关系图3．保压过程后分析结果评价：点击分析结果中的 Volumetric shrinkage(at ejection)项，显示体积收缩率分布图，再点击分析结果中的 Pressure at injection location 项，显示压力曲线分布图体积收缩率与压力分布应尽量均匀，以防止变形过大实验报告】针对此汽车零件制品或者自行设计一个塑料制品，在原始方案的基础上，优化保压工艺曲线，要求至少提出两种改进方案，对分析结果进行处理，生成分析报表，提交实验报告，实验报告要求符合统一规范。

思考题1．当延长保压时间的时候，为什么存在这样一个时刻，使得当保压时间超过这个时刻以后，即使再延长时间，也对整个制件或部分制件的体积收缩率没有影响？2．改变保压压力对体积收缩率有什么影响？为什么？7实验二 塑料制品的翘曲分析实验【实验目的】 熟练掌握 Moldflow 软件的使用； 使用 Moldflow 软件对模具制件发生翘曲的原因进行分析，采取改变工艺参数的方法，改善制件的翘曲变形实验器具】 微型计算机（台/人） ； MoldFlow 软件实验原理】翘曲变形是指注塑件的形状在制品脱模后偏离了模具型腔的形状，或稍后一段时间内产生旋转或扭曲现象，典型表现为制品平坦部分有起伏，直边朝里或朝外弯曲或扭曲，是塑件最常见的质量缺陷翘曲变形不仅影响产品装配和使用性能，而且影响产品外观质量，所以翘曲变形程度已成为评定产品质量的重要指标之一制品的翘曲变形根据制品是否失稳分为稳定翘曲和非稳定翘曲变形两种形式，如图 8 所示1）稳定翘曲（图 8a）：翘曲变形与收缩应变成正比2）非稳定翘曲（图 8b）：翘曲变形是由于制品弯曲而产生的在这种情况下，收缩应变表现为平面应变，由于平面应变过大导致制品失稳而弯曲。

一般，这种翘曲变形很大a) 稳定翘曲 (b) 非稳定翘曲图 8 翘曲种类在注塑过程中，翘曲是由于制品收缩率不均匀而产生的，收缩率不均匀表现在以下几方面：1）制品不同部位的收缩率不一样；2）沿制品厚度方向收缩率不同；3）与分子取向平行和垂直方向的收缩率不同翘曲的发生主要与产品结构、模具设计以及成型工艺三方面因素有关，研究不同塑料材料的流动特性和冷却特性，涉及到流体力学、材料流变学、传热学等知识据结果分析，翘曲产生的原因可以归结为以下三点：1） 冷却不均匀；2） 收缩不均匀；3） 分子取向不一致在注塑过程中，每个注塑周期都包含有充填、保压、和冷却三个阶段，在充填和保压阶段中，塑料熔体经历了大的变形，同时有轻微的冷却，冷却时间的长短是决定模具生产率的重要参数，冷却不均匀很容易引起翘曲变形和制品内部的残余应力，根据传热原理确8定最佳冷却时间，对冷却系统进行优化设计，对翘曲变形的减少具有重要意义热胀冷缩是材料的热力学特性，由于材料本身的性能和水分含量的变化，材料的熔化和着色剂混合不均匀；注射工艺条件的变化，如保压不一致，模温和熔化温度变化；另外，注塑机控制器的不稳定等因素都会造成收缩的不均匀，根据材料的流变特性和收缩特性，优化保压工艺参数，从而达到减少翘曲变形的目的。

分子取向会导致平行流动方向和垂直流动方向的收缩不一致，从而产生翘曲特别是对纤维增强的塑料制品，取向效应是导致制品翘曲的主要原因之一，通常，不含充填物的材料在平行于流动方向的收缩大于垂直于流动方向的收缩，而含充填物的材料收缩情况正好相反可以通过改变浇口位置及形状、更改制件的壁厚等措施来减少翘曲变形实验步骤】1 分析流程的确定进行翘曲分析之前，冷却、流动分析必须已经完成在选择分析流程时（菜单命令Analysis 下的 Set Analysis Sequence 命令）,有两种分析流程 Cool - Flow - Warp (简称CFW)和 Flow - Cool - Flow - Warp (简称 FCFW)CFW 在进行冷却分析时假设熔体的前沿温度不变，而 FCFW 在进行流动分析时假设模壁温度不变对于翘曲分析，假设熔体的前沿温度不变计算的结果更精确，所以，最好选择 Cool - Flow – Warp 分析流程对制件划分的网格类型不同，其分析的步骤也就不同，下面分别就 FUSION 网格模型和MIDPLANE 网格模型介绍分析步骤，FUSION 网格模型分析步骤比较简单。