MoldFlow软件翘曲分析及应用

achao_ufo

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   (a) 稳定翘曲   (b) 非稳定翘曲
变，由于平面应变过大导致制品失稳而弯曲。一般，          图1 翘曲分类
这种翘曲变形很大。
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。
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。                                             图2 FUSION模型
分析结果如图3所示。
                              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。

                        图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 type为Automatic；
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）。

                      图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。
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。                         图6 Automatic分析结果

                图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 Orientation的Sensitivity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       图8 优化注塑参数的翘曲变形
形浇口等。
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。
参  考  文  献

1、        MPI3.1培训资料
2、        MOLDFLOW公司网站www.moldflow.com

[ 本帖最后由 achao_ufo 于 2008-6-7 15:54 编辑 ]

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