MoldFlow软件翘曲分析及应用

发布日期:[09-10-18 17:39:28] 浏览人次:[]

MoldFlow软件翘曲分析及应用
Analysis and Application of Warpage with MoldFlow Software
 
文劲松 麻向军 
(华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程中心SCUT—MoldFlow高级技术应用培训中心)
 
一 翘曲产生的原因
1 翘曲分类
Moldflow MPI/WARP模块把翘曲分为两种形式,见图1。
1)稳定翘曲(图1a):翘曲变形与收缩应变成正比。
2)非稳定翘曲(图1b):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
1 翘曲分类
2 翘曲产生的原因
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。
MPI/WARP把翘曲产生的原因归结为以下三点:
1) 冷却不均匀;
2) 收缩不均匀;
3) 分子取向不一致。
因此,MPI/WARP模块的主要目的是确定制品翘曲变形的结果是否满足设计要求,如果不能满足设计要求,给出产生翘曲的主要原因。
 
二 翘曲分析步骤
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 (简称CFW)和Flow - Cool - Flow - Warp (简称FCFW)下的Set Analysis Sequence命令),有两种分析流程Cool - Flow - Warp
 
CFW在进行冷却分析时假设熔体的前沿温度不变,而FCFW分析流程。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
2 FUSION模型分析步骤
对于FUSION网格模型,MPI/WARP还不能进行弯曲分析,所以分析非常简单,选择Cool - Flow - Warp分析流程后,在设置工艺参数(菜单命令Analysis下的Process Settings命令)的第三步,选取Isolate cause of warpage选项,该选项的作用是判断产生翘曲变形的主要原因。如果网格数量大于50000个,选取Use iterative solver
选项,可显著减少计算时间。
有一FUSION模型如图2所示,采用三条冷却水道。设计要求是:与地面接触的边变形小于1.0 mm,如果达不到这个要求,这条边的中点必须与地面接触;手柄与底板的平行度小于1.5 mm。分析结果如图3所示。
 
2 FUSION模型
                                                                       图3 FUSION模型分析结果
从分析结果可看出,该制品的变形不能达到设计要求,尤其是手柄部分。而产生翘曲变形的主要原因是冷却不均匀,因为冷却不均匀产生的翘曲变形达到了5.3mm,所以,对于这个制品,为减少翘曲变形,首先应考虑优化冷却水道的布置。
3 MIDPLANE模型分析步骤
对于Midplane网格模型,在工艺参数设置第三步,有四种翘曲分析模型可供选择,首先选择Automatic判断制品是否弯曲,如果制品没有弯曲,则选择Small Deflection;如果制品产生弯曲,则选择Bucking。下面以图4的模型来说明,采用热流道,两条冷却水道,设计要求托盘底部四个角必须在同一平面,且底部向上翘曲小于1.5 mm。
4  MIDPLANE模型
分析步骤如下:
1) 选择分析流程Cool - Flow - Warp
2) 设置工艺参数,在第三步,选择Warpage analysis typeAutomatic
3) 在屏幕输出文件靠近结尾处,查找图5所示的参数λ(Eigenvalue lambda)。
5 参数λ输出形式
如果λ没有输出,则制品没有产生弯曲;如果屏幕文件输出了λ值,则以λ大于0的值为判断标准,λ<1,则产生弯曲,否则没有产生弯曲,此例,λ2=0.86,小于1,所以制品产生弯曲。分析结果如图6所示,不能满足设计要求。
6 Automatic分析结果
4)如果产生弯曲,则用Bucking模型再次进行翘曲分析。确保Isolate cause of warpage选项被选中。在屏幕输出文件靠近结尾处,查找图7结果。                        
7  Bucking分析屏幕输出结果
这个结果说明产生翘曲的三种原因哪个起主要作用,以第三项Sensitivity值为判断标准,值最大的为主要原因。此例,Differential OrientationSensitivity值最大,说明制品翘曲变形主要是由于分子取向不均匀引起的。
5)如果没有产生弯曲变形,则以Small Deflection模型再次进行翘曲分析,确保Isolate cause of warpage选项被选中。分析结果判断同FUSION网格模型。
从上面的分析可看出,如果对塑料制品的翘曲变形非常严格,进行翘曲分析时,最好采用MIDPLANE网格模型,分析结果更精确。
三 翘曲变形的改善
根据翘曲分析的结果,应采取相应的措施减小翘曲变形以达到制品的设计要求。
1分子取向不均匀
1)确定合理的注塑工艺参数:在允许的范围内,适当提高注塑温度和注射速度。对图4 的制品,注射时间减小0.2秒,注塑温度提高10度,分析结果如图8所示,翘曲变形由原来的10mm减少到4.3mm,效果非常明显。
2)适当减小或增大制品局部地方的壁厚,特别是设置浇口的地方。
3)改变浇口位置及形状,如多浇口进料,把中心浇口改为侧浇口,采用扇形浇口等      
8 优化注塑参数的翘曲变形
2 收缩不均匀
1) 优化保压参数,把单一压力保压改为分段保压效果明显。
2)尽量使制品壁厚均匀,这与前面改善分子取向不均匀的措施矛盾,所以需要具体情况具体分析。
3 冷却不均匀
1) 合理设计冷却水道,对于复杂的型芯、型腔最好采取特殊的冷却方式,如采用镶块。
2) 确保冷却液在冷却道中保持紊流状态,进出口冷却液的温差小于3度。
总之,为减小翘曲变形而采取的措施应保证不会产生其它缺陷,如熔接痕等。在以上方法都不能使翘曲变形保持在设计允许范围以内时,可考虑修改制品结构,如在大的平板部分添加加强筋,或者选择新的材料。
四 结束语
本文介绍了MPI/WARP模块的使用步骤和改善制品翘曲变形的措施,在开模前进行翘曲分析,可保证生产出合格的塑料制品。
  考  文  献
 
1、 MPI3.1培训资料
2、MOLDFLOW公司网站www.moldflow.com
 
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本文关键字:moldflow  翘曲分析
本文所属专题:注塑成型 Moldflow 
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