- AutoCAD Moldflow UG MoldWizard 模具開發4合1
- 萬書斌
- 3296字
- 2020-07-23 18:27:03
2.3 初步分析
本案例希望通過“BEM冷卻+填充+保壓+翹曲”分析，改善制品的質量。以Moldflow最佳澆口位置區域分析結果為基礎，展開基本分析。
技術要點
BEM（全稱“邊界元法”）冷卻分析將計算穩定狀態或整個成型周期的平均溫度。至少需要為此分析準備成型零件和冷卻管道的模型。使用這種方法，很容易修改冷卻管道的位置，以查看冷卻管道位置的影響。創建鑲件來代表由不同材料（通常采用具有較高熱傳導率的材料）制成的工具區域。
2.3.1 工藝設置與分析過程
① 選擇分析序列。在【成型工藝設置】面板中單擊【分析序列】按鈕
，彈出【選擇分析序列】對話框。從中選擇“冷卻+填充+保壓+翹曲”，再單擊【確定】按鈕，如圖2-43所示。
② 初步分析時工藝設置參數盡量采用默認設置。由于繼承了前面分析的結果，所以無須重新選擇材料。單擊【工藝設置】按鈕
，彈出【工藝設置向導】對話框。設置第1頁，如圖2-44所示。
圖2-43 選擇分析序列
圖2-44 設置第1頁
③ 單擊【下一步】按鈕進入第2頁。然后設置如圖2-45所示的參數。
④ 單擊【下一步】按鈕進入第3頁。在第3頁中勾選【考慮模具熱膨脹】和【分離翹曲原因】復選框。最后單擊【完成】按鈕，如圖2-46所示。
⑤ 當所有應該設置的參數都完成后，單擊【開始分析】按鈕
，Moldflow啟動分析。可以單擊【作業管理器】按鈕
，彈出【作業管理器】對話框以查看分析進程，如圖2-47所示。
圖2-45 設置第2頁
圖2-46 設置第3頁
圖2-47 查看分析進程
2.3.2 分析結果解讀
經過較長時間的耐心等待之后，完成了“冷卻+填充+保壓+翹曲”分析。下面解讀分析結果。
在方案任務窗格中可以查看分析的結果，本例有流動、冷卻和翹曲3個結果，如圖2-48所示。
1.流動分析
為了簡化分析的時間，下面將重要的分析結果一一列出。
圖2-48 分析結果列表
（1）充填時間。
如圖2-49所示，按Moldflow常規的設置，所得出的充填時間為0.6829s，充填時間較短。從充填效果看，熔體流動性較為一般，很明顯制件的頭部端比尾部端充填得較慢一些。
圖2-49 充填時間
（2）流動前沿溫度。
流動前沿溫度結果由充填分析生成，顯示的是流動前沿到達位于塑料橫截面中心的指定點時聚合物的溫度。
圖2-50表示的是充填過程中流動波前溫度的分布，產品中大部分區域波前溫度較為平衡，在223.2℃～231.7℃之間。但是流動性好的制件，波前溫度差應該在2℃～5℃之間較為合理。本制件有約8℃的落差，說明存在因充填時間較短而產生的遲滯區域。
技術要點
如果零件薄壁區域中的流動前沿溫度過低，則遲滯可能導致短射。在流動前沿溫度上升數攝氏度的區域中，可能出現材料降解和表面缺陷。
圖2-50 流動前沿溫度
（3）體積收縮率。
體積收縮率是指從保壓階段結束到零件冷卻至環境參考溫度（默認值為25°C/77°F）時局部密度的百分比增量。體積收縮率主要用來檢查制件中是否存在縮痕缺陷。
從本例制件分析的體積收縮率結果來看，體積收縮率最高達到了6.284%（0.06284），最低為0.1932%，體積收縮不均勻，產生縮痕缺陷。再看圖2-51中的收縮率較為嚴重的區域是在充填末端，而好的制件其體積收縮率應該是很均衡的。
圖2-51 體積收縮率
（4）氣穴。
氣穴一般產生在流動前沿與型腔壁之間，因形成旋渦并擠壓便會產生氣穴（常說的“氣泡”），通常的結果是在零件表面形成小孔或瑕疵。在極端情況下，這種擠壓將使溫度升高到引起塑料降解或燃燒的水平。
不管制件的流動性有多么好，總會在充填末端產生氣穴。本例制件的氣穴效果如圖2-52所示，總的來看，氣穴產生在孔、倒扣位置區域，這些位置通常會設計頂桿及斜頂等頂出機構，借助于頂桿間隙，排氣就容易解決。所以氣穴不會對制件帶來不良影響。
圖2-52 氣穴
（5）熔接線。
熔接線表達了兩個流動前沿相遇時合流的角度。熔接線的顯示位置可以標識結構弱點和（或）表面瑕疵。
從如圖2-53所示的熔接線分布圖可以看出，熔接線主要集中于孔、倒扣位置，數量較少。可以適當加大熔體溫度、注射速度或保壓壓力，以便更好地解決熔接線的問題。
技術要點
如果熔接線集中出現在產品中心或筋、肋較少的受力區域，極易造成產品斷裂。
圖2-53 熔接線
2.冷卻分析
在冷卻分析結果中，以回路冷卻液溫度、產品最高溫度、產品冷卻時間3個主要方面來進行介紹。
（1）達到頂出溫度的時間，零件。
如圖2-54所示為“達到頂出溫度的時間，零件”的冷卻過程。這4個圖表示的是產品的冷卻凝固過程，藍色區域表示最先凝固的區域，一般最薄處最先凝固，最厚處最后凝固。從圖中可看出，較厚區域周圍先行凝固而切斷了保壓回路，致使較厚區域得不到有效保壓。
圖2-54 冷卻過程
（2）回路冷卻液溫度。
如圖2-55所示，冷卻介質最低溫度與最高溫度之差僅約為0.33℃，總的來說冷卻系統是接近于恒溫的。而最高溫度與室溫也差不多，也就是說整個冷卻系統設計還是成功的。
圖2-55 回路冷卻液溫度
（3）最高溫度，零件。
如圖2-56所示，制品的最高溫度為43.17℃，最低溫度為30.37℃，溫差較大，冷卻不均勻，易產生翹曲。這需要對冷卻管道與制件間的距離，或者管道直徑等進行調整，直至符合設計要求為止。
圖2-56 最高溫度，零件
（4）溫度，零件。
查看“溫度，零件”結果可找出局部的熱點或冷點，以及確定它們是否會影響周期時間和零件翹曲。如果有熱點或冷點，則可能需要調整冷卻管道。零件整個頂面或底面與目標模具之間的溫差不應超過±10°C。
如圖2-57所示，零件某個點的最高溫度為45℃，最低溫度為27.01℃，溫差超過正常值（10°C）18°C左右，說明冷卻效果不理想，需要改善冷卻系統設計。
圖2-57 溫度，零件
3.翹曲分析
翹曲是塑件未按照設計的形狀成型，而發生表面的扭曲，塑件翹曲歸因于成型塑件的不均勻收縮。假如整個塑件有均勻的收縮率，塑件變形就不會翹曲，而僅僅會縮小尺寸；然而，由于分子鏈/纖維配向性、模具冷卻、塑件設計、模具設計及成型條件等諸多因素的交互影響，要能達到低收縮或均勻收縮是一件非常復雜的工作。
如圖2-58所示為翹曲總變形。總的來說，產品的翹曲在3個方向都有，尤其在X方向上的翹曲量最大，總的翹曲量為0.4566mm。
圖2-58 翹曲總變形
技術要點
要想將翹曲變形的比例因子放大，可以在分析結果中選中某一變形，然后選擇右鍵快捷菜單【屬性】命令，在打開的【圖形屬性】對話框的【變形】選項卡中設置“比例因子值”即可，如圖2-59所示。
圖2-59 設置比例因子
（1）變形，冷卻不均：變形。
如圖2-60所示為導致翹曲的冷卻不均因素的圖像。可以看出冷卻因素對翹曲的影響是比較小的，3個方向上都有少量的變形。
圖2-60 冷卻不均因素的翹曲變形
（2）變形，收縮不均：變形。
如圖2-61所示為導致翹曲的收縮不均因素的圖像，從圖中可以看出，收縮不均因素對翹曲變形影響較大，是導致翹曲變形的主要因素。
圖2-61 收縮不均因素的翹曲變形
知識鏈接
收縮與殘留應力
塑料射出成型本身就會發生收縮，因為從制程溫度降到室溫，會造成聚合物的密度變化，造成收縮。整個塑件和剖面的收縮差異會造成內部殘留應力，其效應與外力完全相同。在射出成型時，假如殘留應力高于塑件結構的強度，塑件就會于脫模后翹曲，或是受外力而產生破裂。殘留應力（residual stress）是塑件成型時，熔融料流動所引發（flow-induced）或者熱效應所引發（thermal-induced）的，而且凍結在塑件內的應力。假如殘留應力高于塑件的結構強度，塑件可能在射出時翹曲，或者稍后承受負荷而破裂。殘留應力是塑件收縮和翹曲的主因，而減少充填模穴造成之剪應力的良好成型條件與設計，可以降低熔膠流動所引發的殘留應力。同樣地，充足的保壓和均勻的冷卻可以降低熱效應引發的殘留應力。對于添加纖維的材料而言，提升均勻機械性質的成型條件可以降低熱效應所引發的殘留應力。
（3）導致翹曲的取向因素。
如圖2-62所示為導致翹曲的取向因素的圖像，從圖中可以看出，取向因素并沒有導致翹曲產生。
圖2-62 取向因素的翹曲變形
4.制品缺陷
從初次的按Moldflow理論值進行的分析結果可以得出如下結論：
（1）流動前沿溫度溫差大，冷卻效果不太理想，有遲滯現象。
（2）制件產生了較為嚴重的體積收縮。
（3）翹曲變形量較大，其中收縮不均因素為主要因素。
技術要點
塑件產生過量收縮的原因包括射出壓力太低、保壓時間不足或冷卻時間不足、熔融料溫度太高、模具溫度太高、保壓壓力太低等。
5.解決方案
針對初步分析中提出的缺陷問題，為優化分析給出合理建議：
● 改善冷卻效果，即改變冷卻管道管徑、冷卻回路與制件之間的間距。
● 通過設置工藝參數，調整注射壓力、注射時間、冷卻時間、模具溫度、熔體溫度、保壓壓力等值。