基于Moldflow的手机外壳注塑模流分析讲解

1、 J I A N G S U U N I V E R S I Y 本科毕业论文 基于 Moldflow 的手机外壳注塑模流分析 Analysis of injection mold of the mobile phone casing based on Moldflow 学院名称： 材料科学与工程学院 专业班级： 高分子 0502 学生姓名： 赵育星 指导教师姓名： 王保志 指导教师职称： 讲师 二九 年 五 月 目录 文摘 00 英文文献 00 第一章 绪论 00 1.1 注塑成型技术发展概况及趋势00 1.2 注塑成型技术的现状00 1.3 MoldFlow 软件介绍 00 1.4 本论文

2、研究的目的及意义00 第二章 注塑成型的理论基础 00 2.1 MoldFlow 采用的粘度模型 00 2.2 充模过程的假设与简化 2.3 充模流动方程 2.4 冷却过程控制方程 2.5 保压过程控制方程 00 第三章 MoldFlow 注塑模拟分析过程 00 3.1 注塑选材 00 3.2 所选材料的流变学性质 3.2.1 实验仪器及数据 3.2.2 数据拟合结果 00 3.3 注塑的制件 3.3.1 产品尺寸和外形 3.3.2 产品网格划分 00 3.3.3 网格的状态统计 00 3.4 注塑工艺参数 3.4.1 成型工艺参数设置 3.4.2 分析类型设置 3.5 浇注系统创建 3.5.

3、1 浇口位置 3.5.2 流道设计 3.5.3 浇口与流道网格划分 3.6 冷却系统创建 3.6.1 冷却系统建模 3.6.2 冷却系统网格划分 3.6.3 设定冷却液入口 第四章 模拟结果分析 00 4.1 流动结果分析 00 4.1.1 充填时间 00 4.1.2 过程压力、锁模力随时间的变化 00 4.1.3 气穴位置 00 4.1.4 熔接痕 00 4.2 冷却结果分析 00 4.2.1 产品的上表面和下表面温度00 4.2.2 冻结时间 00 4.2.3 水路中冷却液的温度00 4.3 翘曲结果分析00 4.3.1 所有因素引发的变形00 4.3.2 收缩导致的变形 00 第五章 实

4、际生产应用实例 00 5.1 正交试验介绍 00 5.2 正交试验设计00 5.2.1 选择正交试验表00 5.2.2 成型参数值00 5.3 试验结果分析00 5.3.1 正交试验结果00 5.3.2 方差分析结果00 5.3.3 分析结果小结00 第六章 结论 00 致谢 00 参考文献 00 基于 Moldflow 的手机外壳注塑模流分析 专业班级：高分子 0502 姓名：赵育星 指导教师：王保志 职称：讲师 摘要 塑料成型加工方法很多，包括注射成型、挤出成型、压制成型等。注射成型能 一次成形状复杂、尺寸精确的制品，适合高效率、大批量的生产方式，己发展成为热塑性 塑料最主要的成型加工方法

5、。在成型过程中，工艺参数直接影响到模具内熔体的流动状态 和产品的最终质量，因此获取最优的工艺参数成为提高注塑制品质量的前提条件。 本文使用 Moldflow 软件模拟整个注塑过程，该软件融合了一整套设计原理，可以评 价和优化整个过程，可以在模具制造之前对塑料产品的设计、生产和质量进行优化。本着 “优化设计”的理念，本例中，由于手机外壳为薄壁塑料制件，在成型过程中主要缺陷是 翘曲变形和填充不足，因此选择“流动 +冷却 +翘曲”分析类型。 首先分析了注塑行业的现状及趋势，其次分析了 Moldflow 软件模拟注塑过程的理论 基础，然后使用软件进行模拟得出结果。最后针对结果使用正交试验优化了影响塑件

6、翘曲 的成型工艺参数，并提出了进一步优化的方法。 如果 Moldflow 软件广泛应用于注塑行业的模拟分析，必将达到提高注塑生产效率， 提升产品质量，减少盲目调机，降低不良率，控制料耗，减少机位人手，降低成本，增强 竞争力的目的。 关键词 ：Moldflow/MPI 手机外壳 冷却分析 流动分析 翘曲分析 正交试验 Analysis of injection mold of the mobile phone shell based on Moldflow Abstract There are many methods in plastic forming , including injecti

7、on molding, extrusion molding, suppression molding etc. Injection molding can shape a complex and precise size of products, and has developed into the most important method in thermoplastic processing. In the polymer melt and quality of molding process, the process parameters directly affect the flo

8、wing of the the final product,so it has becomed a prerequisite to obtain the optimal injection molding processing parameters to improve product quality. Moldflow sofware can simulate the whole process of injection molding, it integrates a set of design principle and can evaluate and optimize the who

9、le process. Moldflow provide users with a wealth of analysis types, users can select the appropriate type of analysis with the defective of parts. the defect is warpage and fill in the process of the shaping as a result of the thin-walled plastic mobile phone shell parts.So the type of analysis is F

10、ill +Flow+ Cool+ Warp. First, we analyze the trend of the injection industry, followed by an analysis of the theoretical foundation of the Moldflow software, and then we use the software to simulate the results. Finally, acrossing to the results,we optimize the molding process parameters. If MoldFlo

11、w sofware can be widely used in the injection molding industry,it must can enhance production efficiency,improve the quality of mobile phone shell, reduce the number of blind debugging machine,reduce the rate of non-performing, control consumptionof material,reduce the number of people to operate th

12、e machines,reduce costs,enhance competitiveness Key words Moldflow/MPIMobile phone shellCooling Flow Warpage Orthogonal test 第一章 绪论 1.1 注塑成型技术发展概况及趋势 近年来，我国塑料工业高速发展，塑料产品使用的领域越来越多，使用的比例也越来 越大。保守估计，目前仅汽车行业就需要各种塑料制品 200 万吨，电冰箱、洗衣机和空调 的年产量均超过 2000 万台，彩电的年产量己超过 5000 万台，到 2010 年，在建材行业， 塑料门窗的普及率为 30%，塑料管的普

13、及率将达到 50%。这些都会带动塑料工业的发展。 塑料的加工方法很多，主要包括挤出、注塑、压塑和吹塑成型等，其中注塑成型技术 在塑料制品生产中的应用最为广泛，注塑制品约占塑料制品总量的30%左右，尤其是塑料 作为工程结构材料的出现，注塑制品的用途已经扩大到国民经济的各个领域，并有逐步代 替传统金属和非金属材料的制品的趋势。 由于具有质量轻、比强度高、耐磨损、消音减振、电性能好、便于加工等特点 , 塑料 注射成型技术在工业生产中将会得到了越来越广泛的应用 , 其相关的成型工艺参数及模具 技术将成为 CAD/CAE技术研究的热点领域， MoldFlow 软件作为模流分析行业的最优秀的软 件，必将得

14、到广泛的应用。 1.2 注塑成型技术的现状 不同的工艺方案对注塑产品质量有明显影响。影响注塑产品质量的工艺参数很多 , 如 果仅根据经验或者参考手册 , 难以做到综合考虑并合理搭配 , 难以设计出最佳注射工艺方 案。目前我国广泛采用经验加试模定工艺的方法，缺乏量化指标指导 , 经常会出现废品率 高和质量不稳定等缺陷， 不能适应现代生产对制品高质量和高效率的要求。 而美国，日本， 德国等一些发达国家大部分企业使用计算机辅助软件进行工艺分析，结果建立在科学的理 论体系下，得到的产品质量好，生产效率高。日本使用普及率达75%以上，美国和德国在 60%以上，而我国则不足 10%。 1.3 MoldFl

15、ow 软件介绍 Moldflow 公司是专业从事注塑成型 CAE软件和咨询公司，自 1976 年发行了世界上第 一套流动分析软件以来，一直主导塑料成型 CAE软件市场。近几年在汽车、家电、电子通 讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。 Moldflow 拥有大量专业的模拟分析工具，能够 对绝大多数热塑性塑料和热固性塑料的注塑成型过程进行模拟，不仅可以模拟塑料制品成 型过程中的充填、保压及冷却阶段，还能预测出制品成型后的缺陷，甚至能够分析纤维增 强材料的流动过程，预测纤维的流动取向，对改善成型工艺，提高制品质量提供了科学的 依据。Moldflow 中的模拟分析工具主要有 MPI/Flow 模块

16、、MPI/Cool 模块、MPI/Warp模块、 MPI/Stress 模块、 MPI/Shrink 模块、 MPI/Optim 模块、 MPI/Gas模块、 MPI/Fiber 模块和 MPI/Reactive Molding 模块。本文中使用 Moldflow 软件对设计的产品进行模具相关方面 的设计和成型工艺方面的优化分析。 1.4 本论文研究目的及意义 在本例中，使用模流分析软件 MoldFlow对一实例产品进行模拟分析，对产品进行完一 系列的前期设计后，设置注射工艺参数，对产品进行流动、冷却、翘曲分析，得出结果， 然后分析得到的结果，如果结果满意，则可以尝试着调整工艺参数进行进一步的

17、优化，如 果结果不合理，则必须重新调整注塑工艺参数，直至结果合理。通过该分析后进一步了解 MoldFlow的分析流程，从而熟练地应用在实际生产中，比较精确的模拟注塑实验过程，在 多次的模拟试验后快速高效的得到最优的成型工艺参数来指导生产。这篇论文的最主要目 的就是解决实际生产问题。 Moldflow 先如今还没有广泛应用于注塑成型工业， 如果 MoldFlow 广泛的应用于注塑 成型工业，那么它必将取代传统的凭经验或者手册确定成型工艺参数的方法。它可以科学 合理的确定注塑成型工艺参数，减少实际生产中通过反复试验来确定合理的注塑参数的次 数，降低产品的成型周期，节约成本，使我国的注塑成型工业有飞

18、速的发展。 第二章 注塑成型的理论基础 2.1 MoldFlow 采用的粘度模型 普通注塑成型的熔体充模流动行为，已有很多商品化的 CAE软件可以对其进行有效地 分析与模拟， MoldFlow 软件就是其中之一。 注射成型过程中，非牛顿塑料熔体在模腔中做非等温瞬态流动，熔体一方面因与低温 模具接触而快速冷却，另一方面因高速剪切作用又产生热量，整个成型过程熔体同时承受 着来自注射机的高压压力和模具的高速剪切，并伴随着熔体固化、体积收缩、分子取向和 可能的结晶过程，成型过程相当复杂。因此注射成型越来越依赖于CAE分析技术，而开发 分析软件的一个先决条件是明确熔体剪切粘度与温度、压力、剪切速率等诸因

19、素的关系， 建立材料的粘度模型。 一般常用的模拟模型有幂率模型、 5 参数的 Cross_WLF模型和 7 参数的 Cross_WLF模 型。5 参数的 Cross_WLF模型和 7 参数的 Cross_WLF模型避免了幂率模型的缺陷，不仅可 以描述高剪切速率时熔体的幂流变行为，而且可以描述在接近零剪切速率时的牛顿流变行 为。同时这两种模型都是压力敏感模型 , 都考虑了压力对粘度的影响。现代注射成型技术 尤其是薄壳成型技术的出现 , 已使注射压力高达 300MPa，如此高的压力对粘度有着极其重 要的影响，高压作用下粘度明显增加 , 粘度模型中如不考虑压力对粘度的影响，模拟结果 的误差将随着压力

20、的提高而不断增大，因此 Cross 模型为多数流动模拟软件所采用。 7 参 数的 Cross_WLF模型适应的温度范围更广，能更准确地描述伴有冷却效应的熔体流动，特 别是当温度接近玻璃化转变温度时， 能更好地拟合粘度的迅速增加。 MoldFlow 软件采用的 即是 7 参数的 Cross_WLF模型。 该模型的表达式为： * 1-n (T，P)=0(T，P) 1+( 0/*)1-n(2-1) 0(T，P)=D1exp-A1(T-T) / A 2+(T- T )(2-2) A2=A 2+D3P(2-3) T =D2+D3P(2-4) 这是一个由 7 个参数(n、*、D1、D2、D3、A1、A2)

21、构成的粘度模型。 T 是一个参考温 度，通常被认为是材料的玻璃化转变温度， D1、A1、A2 为模型常数， D2 则对应着低压下 的玻璃化转变温度， D3 是压力影响系数， 表示粘度的压力依赖性， 其准确数值要通过特定 的粘度测试方法和数据分析程序才能获得。 虽然 Cross 模型已经被一些著名的 CAE 分析软件所使用，但是无论那一种粘度模型， 都不能完全准确地描述熔体的流变行为。而且近年来出现的新型注射成型技术如薄壳成型 技术，其成型过程的模拟对粘度模型精度的要求更高。如薄壳成型技术模拟过程中要考虑 压力对粘度的影响，甚至要求模型能够预测成型过程中的材料降解(材料降解影响粘度 )， 考虑表

22、面张力和模具表面粗糙度对成型过程的影响。因此虽然薄壳成型过程模拟采用精度 较高的 Cross_WLF 模型，但模拟结果和实际实验结果还存在一定的误差。目前，美国GE 公司正在研究一个薄壳成型所特有的粘度模型，以进一步提高模拟精度。 2.2 充模过程的假设与简化 鉴于大多数塑件都是薄壁件，故可认为熔体是在扁平型腔内流动，厚度方向的尺寸 其它方向小，故可引入以下假设 : (l) 由于型腔厚度 (z 方向)远小于其它两个方向 (x ，y 方向)的尺寸，且熔体的粘度较大， 因此，可忽略 z 方向的速度分量 (w=0) ，并且认为压力 P是 x，y 的函数，沿 z 向不变， 即P/Z=0。 (2) 在熔

23、体流动方向 (x ，y 方向 ) 上，相对于热对流项而言，热传导项很小，可忽略不计。 (3) 在充模流动过程中，可认为熔体是不可压缩的，即 .V=0。 (4) 忽略正应力，仅考虑剪切应力。 (5) 惯性力和质量力相对于粘性剪切力而言都很小，可忽略不计。 (6) 在充模过程中，熔体温度变化范围不大，可以认为熔体的比热容及导热系数为常数。 (7) 忽略模腔内壁的边界层效应。 (8) 忽略熔体前沿附近喷泉式流动的影响。 2.3 充填流动方程 注射成型 CAE是根据连续介质力学、塑料加工流变学和传热学基本理论 , 建立塑料熔 体在模具型腔中流动、传热的数学模型。对于厚度方向尺寸远小于其他方向尺寸的薄壁

24、塑 件,可以使用基于非稳态、非等温条件下的 Hele2Shaw 流动模型，建立描述该过程的连续 性方程、运动方程和能量方程。由这些方程加上描述材料特性的本构关系和适当边界条件 可以准确描述注射成型充填过程。运用有限元 / 有限差分混合数值方法得到塑件在不同时 间段压力场、温度场等的变化情况 , 从而模拟出实际生产情况。三维薄壁型腔充填分析的 控制方程如下。 连续性方程： a(b u )a ( b y) (2-5) ax a y X方向上的动量方程： aP ax aaz( ni aayz ) = 0 (2-6) y 方向上的动量方程 : aPa( nay ayaz i az )=0 (2-7)

25、能量守恒方程： ( au az 2 )+ 2 ( aa yz ) (2-9) (2-8) p(Cp( aaTt + u aaTx ) = k aazT2 +niV 式中, b 为型腔半厚， u、v 分别是 x 、y 方向的平均速度； 、Cp、k、t 分别为密度、 比热容、热导率、时间 ,P、T 分别为熔体的压力和温度； 、V 分别表示黏度和剪切速率。 2.4 冷却过程控制方程 从实质上说，冷却阶段是恒定模腔体积、恒定制品重量下的冷却收缩与压力自然释放 过程。对冷却阶段型腔压力和温度变化的研究是获得最佳成型加工参数和优质制品的重要 途径，同时也为模具的设计提供重要的技术数据和理论依据，具有现实的

26、指导意义。由于 模腔内物料的温度、压力、比容的变化服从状态方程 (即 P一V一 T关系) ，在模壁的冷却 作用下，沿模腔厚度方向 (y 方向) 上存在着固化层和非固化层，同时考虑了压力对物料玻 璃化温度的影响。基于这两方面的原因，采用了 Tait 状态方程，并作如下假定 : (1) 冷却过程为沿厚度方向的一维非稳态传热，且导温系数为常数。 (2) 模壁温度保持不变。 (3) 模腔不发生变形，其体积恒定不变，且物料紧贴模壁。 (4) 沿厚度方向上同一高度的料层的压力、温度相等。 (5) 模腔内制品不出现缩孔、气孔等缺陷。 因此，冷却阶段模腔内物料的压力和温度变化历程可由如下方程进行描述，模腔内物

27、 料沿厚度方向的温度变化控制方程为 : 22 T/t= (2u/y2)(2-10) 初始条件： t=0 ，T=T0 边界条件: y=士 b，T=Tw；y=0，T/y =0 式中， 为聚合物材料的导热系数 (m/s2)。 模腔内物料的压力一比容一温度 (P 一 V 一 T)关系的 Tait 状态方程为 : (2-11) (2-12) V(T,P)=V0(T)1-C (1+P/A(T) V0(T)=V + 1(T-T ) (2-13) A(T)= 2exp( 3,T) 式中， C为常数， V为物料的玻璃化温度。 模腔内制品质量的控制方程为 : M=Vb/ ab(y ，t)d y(2-14) 33

28、式中， V为模腔体积 (m3)；(y，t) 为 t 时刻模腔内高度为 y 的料层的密度 (m3/t) 。M为 制品质量 (Kg) 。 沿模腔厚度方向的截面平均温度 Tav 为 : Tav= 0b (y ，t)d y/ 0b dy(2-15) 2.5 保压过程控制方程 保压模拟的实质是求解可压缩、非牛顿流体的非等温流动问题 , 其分析原理与流动模 拟类似于充填流动模拟中的推导 , 考虑熔体的密度、比热和导热系数的变化 , 可导出保压过 程的控制方程为 : (2-16) aaxp aaz (ni aazv )= 0 (2-17) ap a ay a z (ni aazv ) = 0 (2-18)

29、aaptaay( v) aay( v) aaz( w ) =0 aCp(T)(aaTt uaayT ) = aaz K(T)aazT ni ( aavz )2 (aavz) (2-19) 高保压压力能够降低产品收缩的机会 ,补充模穴的塑料越多 , 越可避免产品的收缩。但 保压压力造成产品不均匀收缩 ,而导致产品的翘曲变形。对于薄壳件而言 , 由于压力影响更 明显,这种情况会更严重。在较高的保压力下 , 可使制件得到较大的密度 , 使收缩率减小 , 表面质量提高。高中黏度塑料 ( 如聚碳酸醋、聚乙烯等 ) 的制品壁厚小、流程长、精度要 求较高时 ,要求更高的保压压力。但保压压力过高 , 使制件残

30、余应力增加 ,变形增大。 第三章 Moldflow 注塑模拟分析过程 3.1 注塑选材 随着科技的进步和客户需求的变化， 如今的电子产品逐渐变的更小， 更强大，更美观， 这种进步在日常生活使用的手机上便能体现出来。如今的手机变的越来越小，外观越来越 美观。除此之外，使用者一般还注重手机的耐久性能。用户一般不希望看到手机掉在地上 就摔坏了。随着零部件变的越来越小，它的厚度也变的越来越薄。聚合物熔体在注塑过程 中很难充满薄壁塑件模具的型腔中，所以塑件薄的部分在注塑中很难成型，由此而导致的 问题就是在塑件薄壁部分会产生翘曲。由于翘曲问题的存在，通过注塑这种方法形成的该 塑件是没有预想中的形状和尺寸的

31、。 最好的解决这种问题的方法就是选择合适的塑料材料和正确的注塑参数。部件厚度减 少的同时，该部分的强度也降低了，这个问题可通过选择适当的耐久材料得到解决，但是 选择的这种材料可能适合强度的需要，但是不符合部件外观的需要。 综合考虑，本例使用大赛璐化学工业有限公司生产的牌号为 Novalloy S 1100的 ABS/PC 材料作为注塑材料。这种材料成型的产品不但强度高，而且成型后的制件产品外观也很美 观。 3.2 所选材料的流变学性质 3.2.1 实验仪器及数据 熔体的流变数据是用日本岛津公司的 CFT-500D 型毛细管流变仪测定的，毛细管流变 仪的工作原理如图 3-1 所示。 (3-3)

32、图 3-1 毛细管流变仪工作原理图 和压力降 P的值即可得到剪切粘度，计算公式为 9： 表观剪切速率： 。 32Q aD 3 (3-1) 剪切应力： T P D (3-2) Tw L 表观粘度： 熔体在流变仪料筒里保持恒温并被挤入内径为 D、长为 L的毛细管内 ,通过测量流量 Q Tw a 实验测得的原始经校正后见表 温度 剪切速率 1/s 粘度 Pa-s 实验 1 253.3 1.99526 656.289 实验 2 253.3 12.5893 593.507 实验 3 253.3 25.1189 546.297 实验 4 253.3 39.8107 505.358 实验 5 253.3 7

33、9.4328 430.513 实验 6 253.3 199.526 315.723 实验 7 253.3 501.187 206.295 实验 8 253.3 1995.26 91.3382 实验 9 253.3 2511.89 78.574 实验 10 253.3 6309.57 41.9023 3.2.2 数据拟合结果 Origin 7.5 是美国 OriginLab 公司推出的数据分析和制图软件，是公认的简单易学、 操作灵活、功能强大的软件，既可以满足一般用户的制图需要，也可以满足高级用户数据 分析、函数拟合的需要。因此也是本次实验数据分析中所采用的主要运算工具。用 OriginPro

34、7.5 软件对实验数据用最小二乘法拟合 Cross-WLF七参数粘度模型，拟合结果 如图 3-2 ： 图 3-2 拟合结果 对应材料的参数为： n=0.2532、*=111870、D1=1.80E+011、D2=417.15K、D3=0Pa、A1=28.27、A2=51.6K 3.3 注塑的制件 3.3.1 产品尺寸和外形 在该分析中，使用手机外壳上盖作为分析实例。使用 Pro/E 4.0 软件设计出尺寸的外 观。零件的尺寸为 145mm 60mm 20mm。外形见图 3-3 。 图 3-3 手机外观图 3.3.2 产品网格划分 Moldflow MPI 有三种网格类型，即中面网格（ Midp

35、lane ）、表面网格（ Fusion ）和实 体网格（ 3D），根据不同的分析类型搭配网格。 在本文的分析中，对手机外壳的划分采用表面网格，表面网模型是由三角形单元组成 的，与中面不同， 中面网格创建在模型壁厚的中间处， 而表面网格创建在模型的上下表面， 对于一般的薄壁塑件，都采用表面网格进行划分。而手机外壳为薄壁塑件，所以本例采用 中面网格进行划分。 3.3.3 网格的状态统计 本例网格边长为 5mm。由于在本文的分析中要对网格进行翘曲分析，所以网格纵横比 要在 20 以内，模型的匹配率要大于 85%，本文取最大纵横比为 6，对划分好的网格进行修 补处理。 通过调整和诊断后得到网格的状态，

36、见表 1 表 1 网格状态 三角形 3912个 交叉边 0个 节点 2049个 相交单元 0个 柱体 121个 完全重叠单元 0个 连通区域 1个 配向不正确的单元 0个 网格体积 3 6.525cm3 最小纵横比 1.157000 流道体积 2.7111cm3 最大纵横比 5.979000 网格面积 2 142.157cm2 平均纵横比 2.391000 自由边 0个 匹配百分比 96.6% 公共边 5868个 相互百分比 97.2% 3.4 注塑工艺参数 3.4.1 成型工艺参数设置 1，模具温度。模具表面温度，根据选择的材料（ PC/ABS）的特性选择值为 75。 2，熔体温度。熔料温度

37、，根据选择的材料的特性，选择温度为 265。 3，本例模拟采用“自动控制方式”进行。 4，速度/ 压力切换。速度和压力控制转换点的设置，在充填阶段，首先对注塑机的螺 杆进行速度控制，等充填到某个状态时，将速度控制方式转变为压力控制。本例 采用“充填体积 %”来设置速度 / 压力切换点，当充填体积达到 99%的时候进行速度 与压力的切换。 5，保压控制。保压及冷却过程中的压力控制。包括保压压力与充填时间。液压压力 与时间、最大机器压力百分比、充填压力百分比与时间。本例采用充填压力百分 比与时间的关系进行控制，保压压力为充填压力的 80%，保压时间选择 10s。 6，开模时间。是指顶出产品时模具打

38、开的时间。本文设置开模时间为5s。 7，注射 +保压+冷却时间。冷却分析使用这个值来定义模具跟塑料接触的时间。本例 采用软件自动分析。 3.4.2 分析类型设置 Moldflow 的研发小组发现翘曲分析时， 初始条件中假设料流温度是均匀的所得到的翘 曲分析结果比假设模具温度是均匀的所得到的翘曲分析结果更准确。因此在做翘曲分析的 时候首选的分析类型是冷却 +流动 +翘曲。 冷却分析：用来分析模具内的热传递，主要包含塑件和模具的温度、冷却时间等。目 的是判断制品冷却效果的优劣，计算出冷却时间，确定成型周期时间。 流动分析：用于预测热塑性高聚物在模具内的流动。 MPI 模拟从注塑点开始逐渐扩散 到相

39、邻点的流动前沿， 直到流动前沿扩展并充填完制品上最后一个点， 完成流动分析计算。 目的是获得最佳保压阶段设置。 翘曲分析：用于判定热塑性材料成型的制品是否会出现翘曲，如果出现翘曲的话，查 出翘曲原因。 3.5 浇注系统创建 3.5.1 浇口位置 浇口是注塑成型模具的浇注系统中连接流道和型腔的熔体通道。浇口设计对注塑件质 量的影响尤为重要。利用 Moldflow/MPI 分析软件，可以给用户提供最佳浇口位置的参考 MoldFlow 给出的分析结果见图 3-4 。 图 3-4 最佳浇口位置 根据 MoldFlow 的分析结果，在本例中设计了三种初始浇口方案，每种方案除了浇口 位置不一样外，其余的工

40、艺参数都一样 方案一，采用的为单一浇口，其浇口位置和充填结果如图 3-5 所示 图 3-5 方案一充填结果 方案二，采用对称的双浇口，其浇口位置和充填结果如图 3-6 所示 图 3-6 方案二充填结果 方案三，采用对称双浇口，其浇口位置和充填结果如图 3-7 所示 图 3-7 方案三充填结果 一般情况下， 实际生产中的浇口位置设置在软件提示的最优区域内， 但是聚 合物熔体在薄壁模腔中的流动非常困难， 当璧非常薄的时候， 这种情况更加明显， 这就需要更高的注射压力， 但是压力太大， 注塑机或许达不到要求， 并且压力越 大，成本越高。通过分析发现制件的上半部分没有充满， 所以浇口应尽量往上放， 但

41、也要参考最佳注塑位置。 因此方案三是合理的， 在方案三成型工艺参数下， 得到的结果也可以接受， 这在下文分析中会涉及到。 3.5.2 流道设计 Moldflow 软件提供了流道设计向导，可以根据模型自动设计流道，但是在 本例中，我们使用手工方式设计流道， 手工设计的优点就是可以根据自己的需求 设计主流道和分流道的长度、直径、角度等。流道设计见图 3-8 。 图 3-8 流道设计 3.5.3 浇口与流道网格划分 对于设计的流道和浇口，必须要进行网格划分才能进行之后的计算与分析， 设定单元网格边长为 3，对于设计的流道和浇口进行网格划分。划分完成后对网 格状态进行下统计，无误后即可。 3.6 冷却

42、系统创建 3.6.1 冷却系统建模 冷却系统的设计原则主要有两个 :1 ，冷却系统对产品的冷却要均匀。 2，冷 却系统对产品的冷却要迅速。基于这两点来优化本例的冷却系统 , 从而达到使塑 件快速、均衡冷却的目的 , 从而缩短注塑成型的冷却时间， 提高生产效率 , 减少废 品, 增加经济效益。 本例采用手工创建冷却系统。水管的直径为10mm，水管与制品间的距离为 10mm，管道数量为 14 条，管道中心之间的距离为 22mm，管道超出制品边缘的距 离为 20mm。管道之间的衔接适用软管。冷却管布局如图 3-9 所示。 图 3-10 冷却液入口 图 3-9 冷却系统 3.6.2 冷却系统网格划分

43、单元网格边长为 15，对于设计的冷却管进行网格划分。划分完成后对网格状态 进行下统计，无误后即可 3.6.3 设定冷却液入口 般系统分析的冷却液入口都在制品的边缘， 本例中为了达到最佳的冷却效 果，冷却液的入口设置在制品的中部， 接近聚合物熔体先填充的区域， 冷却液入 对于设计的冷却管， 必须要进行网格划分才能进行之后的计算与分析， 设定 口如图 3-10 所示 第四章 模拟结果分析 4.1 流动结果分析 对于塑料注射成型来说 , 最重要的是控制塑料在模具中的流动方式。制品的 许多缺陷,如气穴、熔接痕、短射乃至制品的变形、 冷却时间等 ,都与树脂在模具 中的流动方式有关。 MPI/Flow 通

44、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、 填充过程中的压力和温度变化、 气穴和熔接 痕的位置等 , 帮助工艺人员找出缺陷产生的原因并加以改进工艺参数。 4.1.1 充填时间 充填时间为聚合物熔体从进入模具到充填满模具的时间。 分析结果主要通过 不同的颜色显示了熔接痕流动时的形状变化以及充模过程， 查看该结果可以知道 型腔是否充满，充模过程是否平衡等。充填时间是一项非常重要的结果，从图 4-1 可以看出对称的两边充填时间相差不超过 0.1s 。总的充填时间为 0.7500s 。 图 4-1 充填时间 般注塑生产中， 注塑时间不宜过长， 因为随着注射时间的延

45、长， 塑料熔体 的流动长度缩短。此结果可以通过两个方面进行解释 第一, 由于注射时间的延长，相同注射量的熔体在模腔中流动的时间变长， 熔体通过模腔壁损失的热量变多， 熔体的表观粘度加大， 故流动长度变小。 温度 与液体表观粘度的关系可由公式（ 4-1 ）表示： (4-1) 0= e( - 0 ) 其中 0一液体在温度为 0时的表观粘度； 一某一基准温度 时的表观粘度； 常数，由实验测得。 第二, 由于注射时间变长，注射速度减小，熔体各层之间的剪切速率减小， 导致粘度加大，最终使得流动长度减小。所以，在改善塑料熔体的充填性时，应 尽量减小充填时间，这样也可显著提高生产效率。 4.1.2 过程压力

46、、锁模力随时间的变化 这里的压力指的是进料口处的压力。 压力随着时间的增加而变大， 最大注塑 压力出现在 0.75s 时间的时候， 此时发生速度与压力的转换， 这时候充填百分比 为 99.10%，之后进入了保压阶段，保压压力为 72.77MPa，保压时间为 10s 。整 个过程中最大锁模力为 15.61 吨。分析得到的最大注塑压力和最大锁模力为我们 选择注塑机提供了参考。整个注射过程的详细信息见表 2 表2 注射过程 充填阶段 时间 体积 压力 锁模力 流动速率 状态 (s) (%) (MPa) (tonne) (cm3/s) 0.04 4.91 3.38 0.00 12.74 V 0.07

47、10.13 4.10 0.00 13.42 V 0.11 15.01 4.66 0.00 13.38 V 0.14 18.96 5.19 0.00 13.27 V 0.17 23.68 6.07 0.01 13.34 V 0.21 28.67 7.30 0.05 12.17 V 0.24 32.39 17.33 0.33 12.54 V 0.28 36.84 23.29 0.52 12.76 V 0.31 41.44 28.37 0.73 12.91 V 0.34 45.88 32.85 0.95 13.03 V 0.38 50.46 37.27 1.23 13.07 V 0.41 55.05

48、 41.80 1.58 13.07 V 0.45 59.63 46.00 1.98 13.20 V 0.48 64.11 53.61 3.51 12.38 V 0.51 68.35 59.59 4.71 13.48 V 0.55 73.09 60.70 5.24 13.38 V 0.58 77.72 64.32 6.05 13.35 V 0.62 82.31 69.23 7.12 13.38 V 0.65 86.87 74.62 8.46 13.42 V 0.69 91.37 80.25 9.96 13.47 V 0.72 95.91 86.40 11.77 13.47 V 0.75 99.1

49、0 90.97 13.52 12.76 V/P 0.75 99.59 83.23 13.36 7.11 P 0.75 100.00 80.68 13.21 6.16 保压阶段 时间 保压 压力 锁模力 状态 (s) (%) (MPa) (tonne) 0.75 0.00 80.50 13.23 P 0.76 0.06 72.77 15.61 P 1.16 4.10 72.77 9.15 P 1.66 9.10 72.77 2.01 P 2.16 14.10 72.77 1.99 P 2.66 19.11 72.77 1.99 P 3.16 24.11 72.77 1.99 P 3.66 29.

50、11 72.77 1.98 P 4.16 34.11 72.77 1.97 P 4.66 39.12 72.77 1.96 P 5.16 44.12 72.77 1.95 P 5.66 49.12 72.77 1.92 P 6.16 54.13 72.77 1.88 P 6.66 59.13 72.77 1.83 P 7.16 64.13 72.77 1.77 P 7.66 69.13 72.77 1.68 P 8.16 74.14 72.77 1.58 P 8.66 79.14 72.77 1.48 P 9.16 84.14 72.77 1.37 P 9.66 89.15 72.77 1.2

51、7 P 10.16 94.15 72.77 1.17 P 10.66 99.15 72.77 1.07 P 10.75 100.00 0.00 1.05 P 10.75 压力已释放 泡 , 基本上都在注塑件四周侧壁边 , 并且基本集中在分型面上。处于分型面上的 气泡非常容易通过分型面排出， 可以不用考虑这些气泡。 在本例中出现的气泡数 量和位置还是可以接受的 图 4-2 气穴位置 气穴造成的原因有多种， 一，由于模具型腔内塑料补充不足， 外圈塑料冷却 固化，内部塑料产生收缩形成真空。二，由于吸湿性材料未干燥好，以及物料中 残留单体及其它化合物而造成的。 三，由于型腔内不可避免地存在气体， 因此

52、熔 体在流动过程中会将气体聚集在型腔内的某些部分。若这些气体不能顺利排出， 则型腔的这些部分无法得到充填而形成气穴。 即使熔体能够充填这些区域， 熔体 也常常因周围气体温度过高而产生焦痕， 从而影响塑件表面质量。 因此，在设计 中尽量将气穴移到不明显的区域。 判断气穴造成的原因， 只要观察塑料制品的气穴在开模时瞬时出现还是冷却 后出现，如果开模时出现， 多半是物料问题， 如果是冷却后出现的则属于模具或 注塑条件问题。 根据气穴的产生原因，解决的对策有以下几个方面 : ( 一) 在制品壁厚较大时， 其外表面冷却速度比中心部的快， 因此，随着冷却的进 行，中心部的树脂边收缩边向表面扩张， 使中心部

53、产生充填不足。 其解决方法主 要有: (1) 根据壁厚，确定浇口、浇道尺寸。一般浇口高度应为制品壁厚的 50%到60%。 (2) 至浇口封合为止，留有一定的补充注射料。 (3) 注射时间应较浇口封合时间略长 (4) 降低注射速度，提高注射压力。 (5) 采用熔融粘度等级高的材料。 ( 二 ) 由于挥发性气体的产生而造成的气穴，解决的方法主要有 : (1) 充分进行预干燥。 (2) 降低树脂温度，避免产生分解气体。 ( 三 ) 流动性差造成的气穴， 可通过提高树脂及模具的温度、 提高注射速度予以解 决。 4.1.4 熔接痕 熔接痕的形成是由于两股或两股以上的料流相遇并熔合时所形成的痕迹， 由 于

54、熔接痕的存在将影响到制品的表面质量， 严重的将引起塑件报废。 图 4-3 给出 了熔接痕的分布情况， 熔接痕主要集中在塑件孔洞区域， 该区域为安装按键部分， 不影响塑件的外观效果。 对于手机上部分出现的熔接痕， 这是不可避免的， 即是 换别的浇口位置也会有熔接痕出现在手机的外表面。 增加浇口数量产生的熔接痕 更多。 改善熔接线缺陷可 图 4-3 熔接痕 由于制品结构的复杂性，熔接线 / 熔接痕常常很难避免， 以从以下几个方面入手 : 通过改变浇口位置、型腔的壁厚及流道系统的设计等改 变熔接线的位置， 尽量将其置于制品中不醒目而且强度要求不太高的地方； 通过 调整熔体交汇时的温度，提高熔接线的抗

55、拉 / 抗压强度，并尽量使痕迹不明显； 通过调整浇口位置、 数目等减少熔接线 /接痕条数；温度对熔接线 /熔接痕的影响 特别大，提高熔体的温度可以提高熔接线的质量； 如果熔体交汇时的温度与注射 温度相差不到 20度，熔接线的质量都可以接受 ( 最理想的情况是熔体交汇时的温 度等于注射温度 ) 。提高型腔内熔体温度的方法很多，提高模壁温度、注射熔体 温度及调整流道的尺寸 (提高摩擦热 )等都可以达到目的。 对熔接痕/ 熔接线改善，可参考以下几项措施 : (1) 调整成型条件，提高流动性。例如，提高树脂温度、提高模具温度、提高注 射压力及速度等。 (2) 调整模具方面，增设排气槽，在熔接痕的产生处

56、设置顶杆也有利于排气。 (3) 尽量减少脱模剂的使用。 (4) 设置工艺溢料并作为熔接痕的产生处，成型后再予以切断去除。 (5) 若仅影响外观，则可改变浇口位置，以改变熔接痕的位置。或者将熔接痕产 生的部位处理为暗光泽面等，予以修饰。 4.2 冷却结果分析 冷却分析结果主要包括产品上表面温度、 产品下表面温度、产品的温度差异、 冷凝时间和水路的冷却液的雷诺数。次要信息包括水路中的冷却液的流动速率、 水路中冷却液的温度和水路的管壁温度等。 4.2.1 产品的上表面和下表面温度 表面温度对制品质量具有重要影响。 MPI/ Cool 能够模拟注射周期的型腔表 面温度分布情况及其温度是否达到材料所要求

57、的模具温度。对于中性面模 型 ,MPI/ Cool 可以计算制品两个侧面的温度差别。产品上表面和下表面温度显 示的是产品与模具接触面的温度分布， 所以该结果也叫做模具表面温度， 表现的 是在成型周期中模具表面的平均温度。如图 4-4 所示该制品的表面温度最高为 32.55 。 图 4-4 产品上下表面温度 4.2.2 冻结时间 冻结时间可用来估计制件的成型周期， 它的长短直接影响到产品的生产。 如 图 4-5 所示本例冻结时间为 40.50S 图 4-5 冻结时间 4.2.3 水路中冷却液的温度 水路中冷却液的温度显示冷却液在水路中的温度变化。 冷却液的温度变化要 均匀，温度的变化不超过 3。

58、如图 4-6 所示，本例中冷却水的温差为 0.02 ， 是符合要求的 图 4-6 水路中冷却液的温度 4.3 翘曲结果分析 翘曲分析用于判断采用热塑性材料成型的制件是否会出现翘曲， 如果出现翘 曲的话，查处导致翘曲的原因， 制件上不同区域的收缩不均匀、 厚度方向上的收 缩不均匀或者在与材料分子取向平衡和垂直的方向上收缩不均匀都会导致翘曲 的产生。 4.3.1 所有因素引发的变形 是考虑了所有产生翘曲的因素后， 对制品引发的最后总的变形。 总变形如图 4-7 所示。 图 4-7 总的变形 4.3.2 收缩导致的变形 由图 4-8 可以看出， 对制件翘曲影响最大的是收缩变形导致的翘曲。 而冷却 和

59、分子取向导致的变形忽略不计。翘曲变形与塑件的收缩有关 , 一般均匀收缩只 引起塑件体积上的变化 , 只有不均匀收缩才会引起翘曲变形 图 4-8 收缩导致的变形 翘曲变形在成型条件设定因素中 ,主要取决于 :1 ，保压时间及压力； 2，塑料 熔体温度； 3，模具温度； 4，其它因素 （ 流动充模时间等 ） 。其中, 保压时间及 压力的影响最明显。 保压压力能使型腔内熔体在完全凝固前始终获得充分的压力 和补料,从而出现熔体的流动 ,特点是流速慢。通过 CAE 模拟分析软件可对成型 过程、结果进行预测 , 减少失误 , 从而确定改进方案和措施。 第五章 实际生产应用举例 5.1 正交试验介绍 本例中

60、由于大部分工艺参数是根据软件推荐设置的， 使用这些参数得到的产 品不一定就是最好的， 比如对于翘曲， 使用推荐的工艺参数分析得到的翘曲值就 不能接受，可以通过重新调整工艺参数使翘曲变小，这是有可能的。 在生产中， 工艺参数有许多种， 改变不同的参数搭配对应着大量的试验， 怎 么样才能快速高效的选择合适的工艺参数呢，正交试验可以很好的解决这一问 题。 正交试验设计是用于多因素试验的一种方法， 它是利用概率论、 数理统计学 与正交性原理，从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验， 这些点具有“均 匀”和“整齐”的特点，然后使用正交表进行合理安排试验的一种科学的试验方 法。正交试验可以科学合理的安