Moldflow模流分析从入门到精通

10.1.3  最佳浇口分析的结果完成了浇口位置分析之后，会产生两个结果，即屏幕显示和最佳浇口位置分析结果图示。分析结果示意图其实是浇口位置合理性因子分布图示。当因子为1时，表示这个位置是最佳浇口位置，因子值越小，浇口位于这个位置的成型合理性就越小，如图10.10所示。

10.2  成型工艺窗口分析
成型工艺窗口（Molding Window）分析能够获得生产合格产品的成型工艺条件范围。也就是确定制品的最优成型条件，即模温、料温及注射时间等工艺参数，可获得一个分析的初始工艺条件。成型工艺窗口分析可以帮助用户确定获得高质量的产品的“模温、料温及注射时间”及其允许的变化范围。
另外，也可用成型工艺窗口分析评估不同的浇口位置。从而确定某个浇口位置是否可行，或确定某个浇口有更宽的成型条件范围。如果成型工艺条件位于这个范围之内，就可以生产出好质量的制品。有了成型工艺窗口的分析结果之后，需要时成型工艺师就可以在这个范围内对成型条件做出适当的修改来获得最好的制品质量。
10.2.1  成型工艺窗口分析设置
在成型工艺窗口分析前，需要设置分析的条件。用户需要设置分析的条件有选择注塑成型机的类型以及指定分析中模具温度、熔体温度和注塑时间的范围。下面讲解成型窗口分析的操作，操作如下。
1．对工程方案进行复制
在工程任务栏中，右击【dvd_方案（浇口位置）】图标，在弹出的快捷菜单中单击【复制】命令，此时在工程任务栏中出现名为【dvd _cover_方案（浇口位置）（复制品）】的工程，重命名为【dvd_方案（成型窗口）】，如图10.11所示。
2．设置分析类型
双击【dvd_方案（成型窗口）】方案，激活该方案，如图10.12所示。选择【分析】|【设置分析序列】|【成型窗口】命令，完成分析类型的设置，如图10.13所示

3．设置工艺窗口分析条件
选择【分析】|【工艺设置向导】命令，弹出【工艺设置向导－成型窗口设置】对话框，如图10.14所示。当然用户可以采用默认的工艺范围，那么除了注塑机类型之外的所有选项都为自动，对应的分析范围AMI将根据成型材料相关数据自动确定。工艺参数分析可先在下拉列表框中选择指定，然后单击右侧出现的【编辑范围】按钮，可以在弹出的对话框中分别输入对应参数的最小值和最大值，来确定对应的选项控制范围。

用户还可以对分析条件进行更高级的设置。在图10.14中，单击【高级选项】按钮，弹出【成型窗口高级选项】对话框，如图10.15所示。


图10.15  【成型窗口高级选项】对话框
在高级设置中，用户可以选择对那些工艺参数进行成型范围分析，而不仅仅限于模具温度、熔体温度、注塑时间这三项。AMI默认选中【计算首选成型窗口的限制】中的所有参数，在【计算可行性成型窗口限制】中，仅选中了注塑压力范围一项。在【计算可行性成型窗口限制】中用户可以选择的参数还有剪切速率限制、剪切应力限制、流动前沿温度下降限制、流动前沿温度上升限制和锁模力限制。在已选择的参数后面，会出现对应的因子文本框，文本框中的数字用来控制成型工艺窗口的大小。
【计算首选成型窗口的限制】是可以保证制品质量的“工艺条件”。在表10-1里，列出了各参数的默认值及选择标准的解释。
表10-1  首选的工艺条件标准
参  数  名        默  认  值        说    明
剪切速率限制        1        产品的最大剪切速率不能超出材料参数中提供的材料的最大允许剪切速率。一般来说，这都不是问题
剪切应力限制        1        产品的最大剪切力不能超出材料参数中提供的材料的最大允许剪切力。这有时可能是产品的主要问题，因为产品的剪切力通常都很高。如果制品用于恶劣环境，则该值的范围必须降低，可取在0.5～0.8之间
流动前沿温度下降限制        10℃        流动前沿温度下降是重要的限制参数。尽管允许升高10℃，大多数时候取其一半的值。通常也不改变这个限制值
流动前沿温度上升限制        10℃        流动前沿温度也允许升高，但最好的情况是温度不升高
注塑压力限制        0.8        为了防止需要的注塑压力太靠近注塑机的极限压力以致于压力难以维持。默认的注塑机的压力极限为100 MPa，针对成型工艺条件分析的压力极限是80 MPa。这是较佳的限制范围。这允许浇注系统中有压力降。如果生产该制品的注射机有较高的注塑压力，则默认的注塑机也应相应的变更最大注塑压力
锁模力限制        0.8        通常在保压阶段的锁模力最大，但应低于注塑机允许极限的        80％。默认的注塑机锁模力极限设定为7000 吨，除非是用特殊的机器一般不太可能达到这个极限
单击【OK】按钮，返回到【工艺设置向导－成型窗口设置】对话框，单击【确定】按钮，完成成型窗口设置。

4．分析计算
双击案例任务窗口中的【开始分析】图标，或者选择【分析】|【开始分析】命令，弹出【选择分析类型】对话框，如图10.16所示。单击【确定】按钮，程序开始运行。等待程序运行，可以查看分析的过程和分析的进度，与分析完成通过查看日记的内容一样。
图10.17是分析过程中的内容，屏幕显示给出了推荐的模具温度、熔体温度和注塑时间。从图10.17中可以看到，分析得到的成型条件为：推荐模具温度为97.78℃，推荐熔体温度为337.95℃，推荐注塑时间为0.7633秒。运行完成后，弹出【分析完成】对话框，如图10.18所示。单击OK按钮，退出【分析完成】对话框

10.2.2  成型工艺窗口分析的结果
根据用户设置的参数，完成工艺窗口分析后，AMI会分析计算出相应的分析结果。分析的输出结果包括最优成型条件，用云图显示“成型条件”的范围，图表显示的“制品的质量”、 “注射压力”、“剪切力”、“料流前锋温度”、“冷却时间”及“剪切率”等随工艺条件改变而变化的结果。通过分析结果可以确定“最佳工艺条件”及其可变动范围。也可比较不同的浇口位置的分析结果，找出最佳的浇口位置。
优化分析结果图示包括Injection Pressure（注塑压力）、Maximum Cooling Time（最大冷却时间）、Maximum Shear rate（最大剪切速率）、Minimum Flow Front Temperature（流动前沿最小温度）、Quality（质量）、Zone（成型窗口）和Maximum Shear Stress（最大剪切应力）。
在各个结果图示中，用户在图所示的分析结果属性对话框中可以方便地调节参数的大小，根据对应的曲线变化趋势，观察成型条件对各个参数的影响。
图10.19所示是熔体温度在260℃、注塑时间在0.25秒时，最大压力降与模具温度的关系曲线。当熔体温度和注塑时间不变时，最大压力降与模具温度成反比例关系。用户可以选择不同的变量作为关系图的X轴，观察不同变量与注塑压力的关系。图10.20所示是熔体温度在260℃、注塑时间在0.25秒时，最大冷却时间与模具温度关系曲线。模具温度和熔体温度越高，需要的冷却时间越长。

图10.21所示是熔体温度在260℃、注塑时间在0.25秒时，最低流动前沿温度与模具温度的关系曲线。当熔体温度和注塑时间不变时，最低流动前沿温度与模具温度成正比例关系。图10.22所示是熔体温度在260℃、注塑时间在0.25秒时，最大剪切应力与模具温度的关系曲线。当熔体温度和注塑时间不变时，最大剪切应力与模具温度成正比例关系。

熔体温度在260℃、注塑时间在0.25秒时，制品质量因子与模具温度的关系曲线如图10.23所示。图中质量因子的值越高，表示质量越好。因此应当尽量使曲线峰值达到最大。随着模具温度的增大，制件质量变好。当模具温度达到121℃，取得峰值，质量因子等于0.1827。
成型工艺窗口结果如图10.24所示，由模具温度、熔体温度和注塑时间3个参数确定。从图中可以看出，默认工艺条件分析时将Automatic范围分别设置为：熔体温度260℃～270℃、注塑时间0.1～6.7秒、模具温度97℃～120℃。图中红色区域为不可选成型范围，黄色区域为可选成型范围，绿色为首选成型范围。用户应当尽量在绿色范围内选择成型条件。

10.3  DOE分析
实验设计（Design of Experiments，简写DOE）分析按照优化方法通过设计一系列的实验，用最少数量的实验完成所有实验参数在不同实验水平上组合的全部实验，并确定出各个实验参数对实验目标的影响度的多少，因此可以调节实验目标影响最大的实验参数获得较好的实验结果，同时还可以得到各个实验参数最佳组合方式。
因此与传统的实验方法相比，DOE分析不仅节省了时间、精力和降低了成本，而且可以利用最少的实验获得覆盖面非常广泛的实验结果，从而得到产生最佳效果的实验参数组合。
在AMI中的DOE分析提供了两种实验设计方法：Taguchi和Factorial实验设计。Taguchi方法通过运行数目较少的一组优化实验，确定出对实验目标的影响最大的实验参数。在Taguchi方法中是将各个实验参数作为独立变量进行实验的，没有考虑参数之间可能存在的相互影响。Factorial方法运行的实验数目要大于Taguchi方法中运行的实验，它用以确定实验参数的最佳实验水平组合。
因此，在进行实验设计对案例进行优化时，一般先使用Taguchi方法，然后再使用Factorial方法。AMI的优化分析中包含对填充的优化（Design of Experiments（Fill））和对流动的优化（Design of Experiments（Flow））。进行这两个实验设计分析时，首先对填充或流动设置相关工艺参数，然后设置DOE的实验参数。