MoldFlow軟件在注塑模具設計中的應用

2013-06-22 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

關鍵字:模具結構設計 CAD CAE 模具模腔

本文對MoldFlow軟件在塑料注塑成型過程中的作用及其整體結構進行了簡單的介紹.通過三個方面:塑料制品及模具結構設計、注塑過程數值分析和數控加工來闡述計算機技術在注塑模中的應用主要表現。

一前言

塑料產品從設計到成型生產是一個十分復雜的過程,它包括塑料制品設計、模具結構設計、模具加工制造和模塑生產等幾個主要方面,它需要產品設計師、模具設計師、模具加工工藝師及熟練操作工人協同努力來完成,它是一個設計、修改、再設計的反復迭代、不斷優化的過程。傳統的手工設計、制造已越來越難以滿足市場激烈競爭的需要。計算機技術的運用,正在各方面取代傳統的手工設計方式,并取得了顯著的經濟效益。計算機技術在注塑模中的應用主要表現在以下幾方面。

1、塑料制品及模具結構設計

商品化三維CAD造型軟件如proengineer、UG、CATIA等為設計師提供了方便的設計平臺,其強大的曲面造型和編輯修改功能以及逼真的顯示效果使設計者可以運用自如地表現自己的設計意圖,真正做到所想即所得,而且制品的質量、體積等各種物理參數一并計算保存,為后續的模具設計和分析打下良好的基礎。同時,這些軟件都有專門的注塑模具設計模塊,提供方便的模具分型面定義工具,使得復雜的成型零件都能自動生成,而且標準模架庫、典型結構及標準零件庫品種齊全,調用簡單,添加方便,這些功能大大縮短了模具設計時間。同時,還提供模具開合模運動仿真功能,這樣就保證了模具結構設計的合理性。

2、注塑過程數值分析

運用CAE軟件如MoldFlow模擬塑料熔體在模具模腔中的流動、保壓、冷卻過程,對制品可能發生的翹曲進行預測等,其結果對優化模具結構和注塑工藝參數有著重要的指導意義,可提高一次試模的成功率。在下面的章節中將詳細討論。

3、數控加工

利用數控編程軟件可模擬刀具在三維曲面上的實時加工過程并顯示有關曲面的形狀數據,以保證加工過程的可靠性,同時還可自動生成數控線切割指令、曲面的三軸、五軸數控銑削刀具軌跡等。

二 MoldFlow軟件的作用

MoldFlow軟件是美國MOLDFLOW公司的產品,該公司自1976年發行了世界上第一套塑料注塑成型流動分析軟件以來,一直主導塑料成型CAE軟件市場。2000年4月,收購了另一個世界著名的塑料成型分析軟件C-MOLD。

MoldFlow軟件包括三部分:

MoldFlow Plastics Advisers(產品優化顧問,簡稱MPA):塑料產品設計師在設計完產品后,運用MPA軟件模擬分析,在很短的時間內,就可以得到優化的產品設計方案,并確認產品表面質量。

MoldFlow Plastics Insight(注塑成型模擬分析,簡稱MPI):對塑料產品和模具進行深入分析的軟件包,它可以在計算機上對整個注塑過程進行模擬分析,包括填充、保壓、冷卻、翹曲、纖維取向、結構應力和收縮,以及氣體輔助成型分析等,使模具設計師在設計階段就找出未來產品可能出現的缺陷,提高一次試模的成功率。2001年年底,MOLDFLOW公司發布了集MPI2.0與C-Mold 2000.7功能于一體的MPI3.0,現已升級到3.1版本,與MPI2.0相比,MPI3.1的模型準備與分析在統一的界面下進行,大大簡化了操作步驟,而且分析結果更準確。該軟件包在中國大陸廣泛使用,以后的講座,均以MPI3.1為準。

MoldFlow Plastics Xpert(注塑成型過程控制專家,簡稱MPX):集軟硬件為一體的注塑成型品質控制專家,可以直接與注塑機控制器相連,可進行工藝優化和質量監控,自動優化注塑周期、降低廢品率及監控整個生產過程。

MoldFlow軟件在注塑模設計中的作用主要體現在以下幾方面。

1、優化塑料制品

運用MoldFlow軟件,可以得到制品的實際最小壁厚,優化制品結構,降低材料成本,縮短生產周期,保證制品能全部充滿。

2、優化模具結構

運用MoldFlow軟件,可以得到最佳的澆口數量與位置,合理的流道系統與冷卻系統,并對型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸和冷卻系統尺寸進行優化,在計算機上進行試模、修模,大大提高模具質量,減少修模次數。

3、優化注塑工藝參數

運用MoldFlow軟件,可以確定最佳的注射壓力、保壓壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時間、保壓時間和冷卻時間,以注塑出最佳的塑料制品。

三 MPI3.1軟件的主要模塊

1、模型輸入與修復

MPI3.1有三種分析方法:基于中心面的分析、基于表面的分析與三維分析。中心面既可運用MPI軟件的造型功能完成,也可從其它CAD模型中抽取,再編輯;表面分析模型與三維分析模型直接讀取其它CAD模型,如快速成型格式(STL)、IGES、STEP、proe模型、UG模型等。模型輸入后,軟件提供了多種修復工具,以生成既能得到準確結果,又能減少分析時間的網格。

2、塑料材料與注塑機數據庫

材料數據庫包含了超過4000種塑料材料的詳細數據,注塑機數據庫包含了290種商用注塑機的運行參數,而且這兩個數據庫對用戶是完全開放的。

3、流動分析

分析塑料在模具中的流動,并且優化模腔的布局、材料的選擇、填充和保壓的工藝參數。

4、冷卻分析

分析冷卻系統對流動過程的影響,優化冷卻管道的布局和工作條件,與流動分析相結合,可以得到完美的動態注塑過程。

5、翹曲分析

分析整個塑件的翹曲變形,包括線形、線形彎曲和非線形,同時指出產生翹曲的主要原因以及相應的改進措施。

6、纖維填充取向分析

塑件纖維取向對采用纖維化塑料的塑件性能(如拉伸強度)有重要影響。MPI軟件使用一系列集成的分析工具來優化和預測整個注塑過程的纖維取向,使其分布合理,從而有效地提高該類塑件的性能。

7、優化注塑工藝參數

根據給定的模具、注塑機、塑件材料等參數以及流動分析結果自動產生控制注塑機的填充保壓曲線,從而免除了在試模時對注塑機參數的反復調試。