发布时间 : 星期五 文章基于Moldflow的手机外壳注塑模流分析更新完毕开始阅读
First, we analyze the trend of the injection industry, followed by an analysis of the theoretical foundation of the Moldflow software, and then we use the software to simulate the results. Finally, acrossing to the results,we optimize the molding process parameters.
If MoldFlow sofware can be widely used in the injection molding industry,it must can enhance production efficiency,improve the quality of mobile phone shell, reduce the number of blind debugging machine,reduce the rate of non-performing, control consumption of material,reduce the number of people to operate the machines,reduce costs,enhance competitiveness
Key words Moldflow/MPI Mobile phone shell Cooling Flow Warpage Orthogonal test
第一章 绪论
1.1 注塑成型技术发展概况及趋势
近年来，我国塑料工业高速发展，塑料产品使用的领域越来越多，使用的比例也越来越大。保守估计，目前仅汽车行业就需要各种塑料制品200万吨，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过2000万台，彩电的年产量己超过5000万台，到2010年，在建材行业，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%。这些都会带动塑料工业的发展。
塑料的加工方法很多，主要包括挤出、注塑、压塑和吹塑成型等，其中注塑成型技术在塑料制品生产中的应用最为广泛，注塑制品约占塑料制品总量的30%左右，尤其是塑料作为工程结构材料的出现，注塑制品的用途已经扩大到国民经济的各个领域，并有逐步代替传统金属和非金属材料的制品的趋势。
由于具有质量轻、比强度高、耐磨损、消音减振、电性能好、便于加工等特点,塑料注射成型技术在工业生产中将会得到了越来越广泛的应用,其相关的成型工艺参数及模具技术将成为CAD/CAE技术研究的热点领域，MoldFlow软件作为模流分析行业的最优秀的软件，必将得到广泛的应用。
1.2 注塑成型技术的现状
不同的工艺方案对注塑产品质量有明显影响。影响注塑产品质量的工艺参数很多,如果仅根据经验或者参考手册,难以做到综合考虑并合理搭配,难以设计出最佳注射工艺方案。目前我国广泛采用经验加试模定工艺的方法，缺乏量化指标指导,经常会出现废品率高和质量不稳定等缺陷，不能适应现代生产对制品高质量和高效率的要求。而美国，日本，
德国等一些发达国家大部分企业使用计算机辅助软件进行工艺分析，结果建立在科学的理论体系下，得到的产品质量好，生产效率高。日本使用普及率达75%以上，美国和德国在60%以上，而我国则不足10%。
1.3 MoldFlow软件介绍
Moldflow公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司，自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导塑料成型CAE软件市场。近几年在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。Moldflow拥有大量专业的模拟分析工具，能够对绝大多数热塑性塑料和热固性塑料的注塑成型过程进行模拟，不仅可以模拟塑料制品成型过程中的充填、保压及冷却阶段，还能预测出制品成型后的缺陷，甚至能够分析纤维增强材料的流动过程，预测纤维的流动取向，对改善成型工艺，提高制品质量提供了科学的依据。Moldflow中的模拟分析工具主要有MPI/Flow模块、MPI/Cool模块、MPI/Warp模块、MPI/Stress模块、MPI/Shrink模块、MPI/Optim模块、MPI/Gas模块、MPI/Fiber模块和MPI/Reactive Molding模块。本文中使用Moldflow软件对设计的产品进行模具相关方面的设计和成型工艺方面的优化分析。
1.4 本论文研究目的及意义
在本例中，使用模流分析软件MoldFlow对一实例产品进行模拟分析，对产品进行完一系列的前期设计后，设置注射工艺参数，对产品进行流动、冷却、翘曲分析，得出结果，然后分析得到的结果，如果结果满意，则可以尝试着调整工艺参数进行进一步的优化，如果结果不合理，则必须重新调整注塑工艺参数，直至结果合理。通过该分析后进一步了解MoldFlow的分析流程，从而熟练地应用在实际生产中，比较精确的模拟注塑实验过程，在多次的模拟试验后快速高效的得到最优的成型工艺参数来指导生产。这篇论文的最主要目的就是解决实际生产问题。
Moldflow先如今还没有广泛应用于注塑成型工业，如果MoldFlow广泛的应用于注塑成型工业，那么它必将取代传统的凭经验或者手册确定成型工艺参数的方法。它可以科学合理的确定注塑成型工艺参数，减少实际生产中通过反复试验来确定合理的注塑参数的次数，降低产品的成型周期，节约成本，使我国的注塑成型工业有飞速的发展。
第二章 注塑成型的理论基础
2.1 MoldFlow采用的粘度模型
普通注塑成型的熔体充模流动行为，已有很多商品化的CAE软件可以对其进行有效地分析与模拟，MoldFlow软件就是其中之一。
注射成型过程中，非牛顿塑料熔体在模腔中做非等温瞬态流动，熔体一方面因与低温模具接触而快速冷却，另一方面因高速剪切作用又产生热量，整个成型过程熔体同时承受着来自注射机的高压压力和模具的高速剪切，并伴随着熔体固化、体积收缩、分子取向和可能的结晶过程，成型过程相当复杂。因此注射成型越来越依赖于CAE分析技术，而开发分析软件的一个先决条件是明确熔体剪切粘度与温度、压力、剪切速率等诸因素的关系，建立材料的粘度模型。
一般常用的模拟模型有幂率模型、5参数的Cross_WLF模型和7参数的Cross_WLF模型。5参数的Cross_WLF模型和7参数的Cross_WLF模型避免了幂率模型的缺陷，不仅可以描述高剪切速率时熔体的幂流变行为，而且可以描述在接近零剪切速率时的牛顿流变行为。同时这两种模型都是压力敏感模型,都考虑了压力对粘度的影响。现代注射成型技术尤其是薄壳成型技术的出现,已使注射压力高达300MPa，如此高的压力对粘度有着极其重要的影响，高压作用下粘度明显增加,粘度模型中如不考虑压力对粘度的影响，模拟结果的误差将随着压力的提高而不断增大，因此Cross模型为多数流动模拟软件所采用。7参数的Cross_WLF模型适应的温度范围更广，能更准确地描述伴有冷却效应的熔体流动，特别是当温度接近玻璃化转变温度时，能更好地拟合粘度的迅速增加。MoldFlow软件采用的即是7参数的Cross_WLF模型。
该模型的表达式为：
η（T，γP）=η0(T，P) ／{1+[(η0γ/τ*)1-n]}] (2-1) η0(T，P)=D1exp[-A1(T-T) / {A2+(T- T )}] (2-2) A2=A 2+D3P (2-3) T =D2+D3P (2-4) 这是一个由7个参数(n、τ*、D1、D2、D3、A1、A2)构成的粘度模型。T 是一个参考温度，通常被认为是材料的玻璃化转变温度，D1、A1、A2为模型常数，D2则对应着低压下的玻璃化转变温度，D3是压力影响系数，表示粘度的压力依赖性，其准确数值要通过特定的粘度测试方法和数据分析程序才能获得。 虽然Cross模型已经被一些著名的CAE分析软件所使用，但是无论那一种粘度模型，都不能完全准确地描述熔体的流变行为。而且近年来出现的新型注射成型技术如薄壳成型技术，其成型过程的模拟对粘度模型精度的要求更高。如薄壳成型技术模拟过程中要考虑压力对粘度的影响，甚至要求模型能够预测成型过程中的材料降解(材料降解影响粘度)，考虑表面张力和模具表面粗糙度对成型过程的影响。因此虽然薄壳成型过程模拟采用精度较高的Cross_WLF模型，但模拟结果和实际实验结果还存在一定的误差。目前，美国GE公司正在研究一个薄壳成型所特有的粘度模型，以进一步提高模拟精度。 2.2 充模过程的假设与简化
鉴于大多数塑件都是薄壁件，故可认为熔体是在扁平型腔内流动，厚度方向的尺寸 其它方向小，故可引入以下假设:
(l)由于型腔厚度(z方向)远小于其它两个方向(x，y方向)的尺寸，且熔体的粘度较大，因此，可忽略z方向的速度分量(w=0)，并且认为压力P是x，y的函数，沿z向不变，即δP/δZ=0。
(2)在熔体流动方向(x，y方向)上，相对于热对流项而言，热传导项很小，可忽略不计。 (3)在充模流动过程中，可认为熔体是不可压缩的，即Δ.V=0。 (4)忽略正应力，仅考虑剪切应力。
(5)惯性力和质量力相对于粘性剪切力而言都很小，可忽略不计。
(6)在充模过程中，熔体温度变化范围不大，可以认为熔体的比热容及导热系数为常数。 (7)忽略模腔内壁的边界层效应。
(8)忽略熔体前沿附近喷泉式流动的影响。
2.3 充填流动方程
注射成型CAE是根据连续介质力学、塑料加工流变学和传热学基本理论,建立塑料熔