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MoldFlow软件流动分析及应用
AnalysisandApplicationofFlowwithMoldFlowSoftware

麻向军文劲松
华南理工大学聚合物新型成型技术国家工程中心
华南理工大学—美国MoldFlow高级应用技术中心

引言
对于任何注塑成型来说，最重要的是控制塑料在模具中的流动方式。制品的许多缺陷，如气穴、熔接痕、短射乃至制品的变形、冷却时间等，都与树脂在模具中的流动方式有关。MPI/Flow通过对熔体在模具中的流动行为进行模拟，可以预测和显示熔体流动前沿的推进方式、填充过程中的压力和温度变化、气穴和熔接痕的位置等，帮助工艺人员在试模前对可能出现的缺陷进行预测，找出缺陷产生的原因并加以改进，提高一次试模的成功率。
MPI/Flow的作用
MPI/Flow能够对注塑成型从制品设计、模具设计到成型工艺提供全面和并行的解决方案。
制品设计
制品设计者能用MPI/Flow解决以下问题。
(1)制品能否充满。这一古老的问题一直为许多设计人员所关注，特别是对于大型制品。
(2)制品最小壁厚。在满足制品使用性能和工艺性能的前提下，减小制品壁厚能够大大降低制件的循环时间，从而提高生产效率，降低制件成本。
(3)制品工艺性能。在产品设计阶段具有充分的选择浇口位置的余地，确保制品的审美特性。
模具设计
MPI/Flow能在以下方面辅助模具设计人员，以得到良好的模具设计。
(1)确保良好的填充形式。
(2)最佳的浇口位置与数量、类型以及正确地确定阀浇口的开启与闭合时间，有效地发挥阀浇口的作用。特别是对于有纤维增强的树脂的填充过程，通过分析纤维在流动过程中的取向来判断其对制品强度的影响，并据此判断浇口位置设置的正确与否。
(3)流道系统的优化设计。通过流动分析，帮助模具设计人员设计出压力平衡、温度平衡或者压力、温度均平衡的流道系统，并最大程度地减少流道部分的体积。同时，对流道内熔体的剪切速率和摩擦热进行评估，避免材料的降解和型腔内过高的熔体温度。
成型工艺
注塑成型者可利用MPI/Flow在以下方面得到帮助。
(1)通过对熔体温度、模具温度、注射时间等主要注塑加工参数对制品工艺性能提出一个目标趋势，从而帮助注塑成型者确定各个加工参数的正确值并确定其可变化范围，得到更加稳定的成型工艺条件。
(2)会同模具设计人员，结合使用最经济的加工设备，确定最佳的模具方案。
(3)对于制品在预定的标称厚度的条件下，可以对两种以上的树脂材料的成型性能进行比较，会同制品设计人员选择成本、质量、可加工性较好的设计方案。
在填充过程分析的基础上，进一步进行保压分析，可以得到熔体在保压过程中压缩产生的密度变化，并优化出合适的保压工艺参数。
流动分析的一般步骤
采用MPI/Flow可使注塑成型从制品设计、模具设计到注塑工艺的确定完全在并行工程的环境下进行，不仅克服了传统的串行设计存在的产品开发周期长的缺点，而且提高了开模的成功率，优化了注塑成型的工艺条件，降低了产品的开发和制造成本。典型的流动分析过程如图1所示。
MPI/Flow应用实例
制件为一汽车零件，材料为BayerUSALustranLGA-SF，一模两腔。
1．建模
在Pro/ENGINEER中建模，通过STL文件格式读入MPI。制件模型及浇注系统如图2所示。考虑到对称性，只取其1/2进行填充和保压过程的模拟。
图2模型及其浇注系统
2．工艺条件
根据所选材料LustranLGA-SF的工艺要求，工艺参数为：熔体温度260oC，型腔温度60oC，注射时间为1.25s。
3．模拟结果
填充过程
填充过程的模拟可得到填充时间、填充压力、熔体前沿的温度、熔体温度在制件厚度方向的分布、熔体的流动速度、分子趋向、剪切速率及剪切应力、气穴及熔接痕位置等，并直观地显示在计算机屏幕上，从而帮助工艺人员找到产生缺陷的原因。图3是填充过程模拟得到的部分结果。
(a)填充过程中的压力分布
(b)填充过程中熔体前沿温度分布
(c)填充过程中熔体温度分布
(d)制件表面的分子趋向
图3填充过程模拟得到的结果
(2)保压过程
在填充过程模拟的基础上，进一步进行保压过程的模拟，可以得到所需的保压时间，并通过优化得到合理的保压压力。图4是采用二级保压压力（70Mpa3.5s，50Mpa3.5s）得到的制件中体积收缩率和缩凹的分布情况。
(a)保压结束后制件中的体积收缩率
(b)保压结束后制件表面的缩凹
图4保压结束后制件的收缩结果
结束语
MPI/Flow通过对填充和保压过程的模拟，帮助工艺人员从本质上了解缺陷产生的原因，找出消除缺陷的对策。在注塑行业的推广使用，将会大大缩短新产品的开发周期和费用，为生产企业带来显著的经济效益。