内容发布更新时间 : 2024/12/23 2:25:10星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

材料成型CAE论文 （Moldflow注塑工艺分析）

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基于MPI的塑料模具成形仿真实验指导书

一、实验目的

1.了解注塑模模拟仿真软件MPI-Moldflow Plastic Insight的功能； 2.熟悉Moldflow Plastic Insight各个菜单和工具栏；

3.运用实例初步掌握Moldflow Plastic Insight的成形分析流程； 4.独立完成范例文件的塑性成形分析。 二、实验内容

1.介绍Moldflow Plastic Insight软件的菜单、工具栏、显示控制、图层控制及文件接口等；

2.介绍Moldflow Plastic Insight软件分析流程；

3.学生在教师指导下完成示例模型的成形分析，并提交成形分析报告。 三、实验设备

1.每个学生一台PC机，CPU：P5D2.8G，硬盘120G，内存，10242MB，显示器17LCD 2. Moldflow Plastic Insight6.0中文版软件 3.InternetExplorer软件 四、实验原理

1.注塑成形的基础知识

所谓注塑成形（Injeetion Molding）是指将已熔化的材料喷射注入到模具内，经由冷却与固化后，得到成品的方法。实验将运用Moldflow Plastic Insight软件来学习如何通过计算机仿真技术模拟塑件成形的过程，并估计成形缺陷、优化成形工艺参数，使学生掌握先进的注塑模设计手段和方法。

2.Moldflow软件介绍

Moldflow 的产品适用于优化制件和模具设计的整个过程，并提供了一套整体解决方案。Moldflow软硬件技术为制件设计、模具设计、注塑生产等整个过程提供了非常有价值的信息和建议，而且这些信息可以方便地实现共享。下面介绍Moldflow的产品。

Moldflow Plastics Insight简称为MPI它是Moldflow动态系列的升级产品，是一个更为深入的制件和模具设计分析的软件集成体，它提供了强大的分析功能、可视化功能和项目管理工具。这些工具使使用者可以进行深入的分析和优化。MPI使用者可以对制件的几何形状、材料的选择、模具设计及加工参数设置进行优化，从而获得高品质的产品。

1)MPI具有集成的用户界面

使用者可以方便地输入CAD模型、选择查找材料、建立模型并进行一系列的分析，同时先进的后处理技术能给使用者观察分析结果带来方便，还可以生成集成基于Insight的分析报告，方便实现。

2）提供了最为优秀的CAE模型获取集成方案

MPI可以直接读取任何CAE集成方案，实现了最广泛的几何模型集成。无论设计的几何模型是什么形式（包括线框模型、表面造型、薄壁实体以及难以用中型面来表达的厚壁实体），MPI都能提供已于使用的、稳定的、集成的环境来处理。

线框表面造型

MPI可以直接读取任何CAD表面模型并进行分析。在用户采用线框和表面造型文件时，MPI可以自动生成Midplane网格并准确计算单元厚度和进行精确的分析，因此节省了用户大量的CAE建模时间。

薄壁实体

MPI的Fusion 模块基于Moldflow的独家专利的Dual Domain分析技术，使用户可以直接进行薄壁实体模型分析，这将原来需要几小时甚至几天的建模工作缩短为几分钟，并且无需进行中型面网格的生成和修改。Fusion模块可以直接从塑件顾问(MPA)中读取模型，用来进一步的分析。

厚壁实体

Moldflow的MPI/Flow3D和MPI/Cool3D等模块通过使用经过验证的、基于四面体的有限元体积网格解决方案技术，可以通过对厚壁产品和厚度变化较大的产品进行真实的三维模拟分析。

3）拥有广泛、深入的模拟分析工具

MPI能够模拟最广泛的热塑性塑料和热固性塑料注射成型中的制造工艺。具体地说就是MPI可以模拟热塑性塑料注射成型过程中的充填、保压以及冷却阶段，还能预测处制品成型后的缺陷，如制品翘曲变形等。甚至能够分析纤维填充材料的流动情况，预测纤维的取向并在预测产品翘曲时加以考虑。MPI还可以模拟其他各种热塑性塑料成型工艺，如砌体辅助注射成型、共注和注压成型以及反应成型过程，包括热固性注射成型、反应注射成型和半导体芯片封装。

●MPI/Synergy

MPI/Synergy是一个前置和后置处理器，支持MPI系列产品的所有分析模式，分析组建提供塑料行业范围最广的成型模拟工具，MPI/Synergy环境支持传统的中性层模型、基于Moldflow专利（Dual Domain技术）的Fusion模型和3D实体模型。

●MPI/Midplane

MPI/Midplane不仅大大缩短了对塑件产品进行造型的时间，而且可以自动产生网格化的实体中型面，使用户可以致力与深入的工艺分析。

●MPI/Fusion

MPI/Fusion是处理CAD模型最方便的方法，在保证流动、保压、优化、冷却和翘曲等分析基础上，能够减少处理模型的时间。在用户MPI使用组件进行热固性塑料模具分析时，也可以使用MPI/Fusion。使用MPI/Fusion可以改进纸片和模具设计，确定材料和工艺条件，从而在质量、成本和时间上取得最佳组合。

●MPI/3D

MPI/3D技术解决的是一类以前用传统的有限元方法无法解决的问题。即在厚的部件中，熔融的塑料向各个方向上流动的这类问题。通过使用基于实体四面体的有限单元网格，即使在由非常大的厚薄变化的情况下，MPI/3D技术也能在非常厚的实体上执行正真的、三维模拟。

●MPI/flow

流动分析模块MPI/flow 可以模拟注射时的充模和保压阶段，预测热塑性材料的流动件，以便有效地得到高质量的产品。运用MPI/flow，可以急性制品和模具设计，选择合适的材料和工艺条件，以取得质量、成本和时间的最佳平衡点。

●MPI/Cool

冷却分析模块MPI/Cool通过分析冷却系统对流动过程的影响，达到优化冷却管路的布局和工作条件，Cool与 flow模块相结合，可以产生十分万马的注塑过程分析结果。这样可以改善冷却管路的设计，从而产生均匀的冷却，缩短成型周期，减少产品成型后的内应力。

●MPI/Wap

翘曲分析模块MPI/Wap可使用户了解在注射成型过程中制品收缩和翘曲的原因，并且能预测变形发生的区域。分析结果可使用户在模具制造之前，就可优化设计，选择适当的材料和工艺条件，使用MPI/Wap，即使是严格要求尺寸的稳定性，良好的表面质量及与其他

部件精确配合的制品都能高质量、快速、低成本地制造出来。

3.注塑制品易出现的缺陷、原因和解决方法

通过合理地运用Moldflow系列软件，可以预先估计出好的注塑制品及其模具中可能存在的缺陷，同时结合实际经验，就可以在开模之前分析缺陷出现的原因，并最终解决这些问题，从而减少修模、试模的次数，提高一次成功率。

注塑成型中产品出现缺陷有各种各样的原因，从材料、模具、工艺参数到成型设备都对制品的质量有着直接或间接的影星，这是一个综合因素的影响，出现产品缺陷一般有以下一些因素：

●模具设计不合理

●成型工艺参数选择不当

●材料（聚合物）性质本身造成的产品缺陷 ●注塑成型设备（注塑机）选择不当 （1）欠注

欠注（Short Shot）也可以称为填充不足或短射，是指聚合物不能完全充满模具型腔的各个角落的现象。

1）产生欠注的原因

●流动受限，由于浇注系统设计的不合理导致熔体流动受到限制，流道过早凝结 ●出现滞流或者制品流程过长，过于复杂 ●排气不充分，未能及时排出的气体会产生阻止流体前沿前进的压力，从而导致欠注发生

●模具温度或者熔体温度过低，降低了熔体的流动性，导致填充不完全 ●成型材料不足，注塑机注塑量不足或者螺杆前端缺料等，都会造成压力损失和成型材料体积不足，形成欠注。

2）欠注的解决方案

针对可能导致欠注发生的因素，应当从以下几个方面避免欠注产生。 ●避免滞流现象的发生

●尽量消除气穴，将气穴放置在容易排气的位置或者利用顶杆（cjcction pin）排放气体 ●增加模具温度和熔体温度

●增加螺杆速率，螺杆速率的增加会产生更多的剪切热，降低熔体粘性，增加流动性 ●改进制件设计，使用平衡流道，并尽量减小制件厚度的差异，减小制件流程的复杂程度

●更换成型材料，选用具有较小粘性的材料，材料粘性小，易于填充，而且完成填充所要求的注塑压力也会降低

●增大注塑压力最大值 （2）气穴

气穴是指由于熔体前沿汇聚而在塑件内部或者模腔表层形成的气泡。 气穴的出现可能导致欠注的发生，造成填充不完全和保压不充分，形成最终制件的表面瑕疵，甚至可能由于气体压缩产生热量出现焦痕（burn mark）.

1）气穴成因 ●跑道效益 ●滞流

●流长不平衡，即使制件厚度均匀，各个方向的流长夜不一定相同，导致气穴产生 ●排气不充分，在制件最后填充区域缺少排气口或者排气口不足是引起气穴形成最常见的原因

2）解决方案 ●平衡流长

●避免滞流和跑道效应的出现，对浇注系统作修改，从而使制件最后填充位置位于容易排气的区域

●充分排气，将气穴放置在容易排气的位置或者利用顶杆排气 （3）熔接痕和焊接线

当两个或多个流动前沿融合时，会形成接痕和熔接线。两者的区别在于融合流动前沿夹角的大小。

两个箭头为流动前沿方向，若图4-1中标注的角大于135°，则形成熔接痕。

图 4-1

熔接线位置上的分子趋向变化强烈，因此该位置的机械强度明显减弱。熔接线的强度大，视觉上缺陷也不如熔接线明显。熔接痕和熔接线的出现的部位还可能出现凹陷、色差等质量缺陷。

1）熔接线和熔接痕成因 由于制件的几何形状，填充过程中出现两个或者以上流动前沿时，很容易形成熔接痕或者熔接线。

2）解决方案

●增加模具温度和熔体温度，使两个相遇的熔体前沿融合得更好 ●增加螺杆速率

●改进浇注系统的设计，在保持熔体流动速率的前提下减小流道尺寸，以产生摩擦热。 ●如果不能消除熔接线和熔接痕，那么应使其位于制件上较不敏感的区域，以防止影响制件的机械性能和表现质量，通过改变浇口位置或者改变制件壁厚可以改变熔接线和熔接痕的位置。

（4）滞流

滞流式指某个流动路径上的流动变缓甚至停止。 1）滞流成因

如果流动路径上出现壁厚差异，熔体会选择阻力较小的壁厚区域首先填充，这会造成薄壁区域填充缓慢或者停止填充，一旦熔体流动缓慢，冷却速度就会加快，粘度增大，从而使流动更加缓慢，形成循环，滞流通常出现在筋、制件上与其他区域存在较大厚度差异的薄壁区域等。

滞流会产生制件表面变化，导致保压效果低劣、高应力和分子趋向不均匀，降低制件质量。如果质量的熔体前沿完全冷却，那么成型缺陷旧由滞流变为欠注

2）解决方案

●浇口位置远离可能发生滞流的区域

●尽量使容易发生滞流的区域成为最后填充的区域

●增加容易发生滞流区域的壁厚，从而减小其对熔体流动的阻力 ●选用粘度较小的成型材料 ●增加注塑速率以减少滞流时间

●增大熔体温度，使熔体更容易进入滞流区域