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1、MoldFlow 软件翘曲分析及应用Analysis and Application oafrWpage 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CU TMoldFlow高级技术应用培训中心）11（a） 稳定翘曲 （b） 非稳定翘曲图1 翘曲分类一 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la）：翘曲变形与收缩应变成正 比。2）非稳定翘曲（图lb）：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 变，由于平面应变过大导致制品失稳而弯曲。一
2、般， 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 Anal
3、ysis 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Proce
4、ss 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。分析结果如图3所示图2 FUSION模型Deflection, all effects:! Component!Scale Factor = 1,000|
5、 mrr;.“4.545 3.1401.7350.3302-1.075Deflection, differential shrinkage:! ComponentScale Factor = 1 .碉总0.1686 -0.1042-0.3771Scale (200 mm)r- -0.6499-0.9228 128 8Deflection, differential cooling:Z ComponentScale Factor = 1.000mmScale (200 mm)5.2243.8942.5631.232-0.098721Deflection, orientation effects:
6、! ComponentScale Factor = 1 .碉卅Scale (200 mm)0.1285 0.0594-0.0096;-0.0787b -0.1477 128* 8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
7、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所示的参数入(Eigenvalue lambda)。Louest 2 eigenualue(s) and corresponding eigenu
8、ectorfs) Eigenualue lambda1 =-4.34875011e-01Eigenualue lambda2 =8.59609OO8e-01Switching to large deflection solution.图5参数入输出形式如果入没有输出，则制品没有产生弯 曲；如果屏幕文件输出了入值，则以入大于 0的值为判断标准，入1,则产生弯曲，否 则没有产生弯曲，此例，入2 = 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
9、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Single Uariant Norm of shrinkage change SensitiuityDifferentialShrinkage6.0605e032.796e+Q0DifferentialOrient曰tion8.62300G1 ,012e+04DifferentialCooling2.17470G-5.681e+02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
10、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Isolatecause 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-594219-0.5457-3.788Deflection, all effects:Z ComponentScale Factor = 1.000mm0.5351-1
11、.627-2.707Scale (200 mm)图 8 优化注塑参数的翘曲变形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）
12、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
