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一、Moldflow發(fā)展概況
模具是生產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備,隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展,以及塑料制品在航空、航天、電子、機械、船舶和汽車等工業(yè)部門的推廣應用,產品對模具的要求也越來越高,傳統(tǒng)的模具設計方法已無法適應當今的要求. 與傳統(tǒng)的模具設計相比,計算機輔助工程(CAE)技術無論是在提高生產率、保證產品質量方面,還是在降低成本、減輕勞動強度方面,都具有極大的優(yōu)越性。
美國MOLDFLOW上市公司是專業(yè)從事注塑成型CAE軟件和咨詢公司,自1976年發(fā)行了世界上第一套流動分析軟件以來,一直主導塑料成型CAE軟件市場。MOLDFLOW一直致力于幫助注塑廠商提高其產品設計和生產質量,MOLDFLOW的技術和服務提高了注塑產品的質量,縮短了開發(fā)周期,也降低了生產成本,MOLDFLOW已成為世界注塑CAE的技術領袖。利用CAE技術,可以在模具加工前,在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬分析,準確預測熔體的填充、保壓和冷卻情況,以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況,以便設計者能盡早發(fā)現問題并及時進行修改,而不是等到試模后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方 法的一次突破,而且在減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等方面,都有著重大的技術、經濟意義。塑料模具的設計不但要采用CAD技術,而且還要采用CAE技術,這是發(fā)展的必然趨勢。
21世紀,塑料工業(yè)以以前所未有的速度高速發(fā)展。塑料,在各個領域、各個行業(yè)乃至國民經濟中已擁有舉足輕重的不可替代的地位。模具是工業(yè)生產的重要工藝裝備。由于用模具加工成形零部件,具有生產高效、質量好、節(jié)約原材料和能源、成本低等一系列優(yōu)點,已成為當代工業(yè)生產的重要手段和工藝發(fā)展方向。模具制造是一個生產周期要求緊迫,技術手段要求較高的復雜生產過程??傊?,模具具有結構復雜、型面復雜、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特點。應用數控加工進行模具的制造可以大幅提高加工精度,減少人工操作,提高加工效率,縮短模具制造周期。同時,模具的數控加工具有一定典型性,并比普通產品的數控加工有更高的要求。在模具的加工中,各種數控加工均有用到,應用最多的是數控銑及加工中心,數控線切割加工與數控電火花加工在模具數控加工中的應用也非常普遍,線切割主要應用在各種直壁的模具加工,如沖壓加工中的凹凸模,注塑模中的鑲塊、滑塊,電火花加 工用的電極等。對于硬度很高的模具零件,采用機加工辦法無法加工,大多采用電火花加工,另外對于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用電火花加工。而數控車床主要用于加工模具桿類標準件,以及回轉體的模具型腔或型芯,如瓶體、盆類的注塑模具,軸類、盤類零件的鍛模。在模具加工中,數控鉆床的應用也可以起到提高加工精度和縮短加工周期的作用。模具應用廣泛,現代制造業(yè)中的產品構件成形加工,幾乎都需要使用模具來完成。因此,凡制造業(yè)發(fā)達的國家,模具市場均極為廣闊;凡模具發(fā)達國家,制造業(yè)也必定很發(fā)達和繁榮,也必定擁有國內、國外兩個市場。所以,模具產業(yè)是國家高新技術產業(yè)的重要組成部分,是重要的、寶貴的技術資源。優(yōu)化模具系統(tǒng)結構設計和型件的CAD/CAE/CAM,并使之趨于智能化,提高型件成形加工工藝和模具標準化水平,提高模具制造精度與質量,降低型件表面研磨、拋光作業(yè)量和制造周期;研究、應用針對各種類模具型件所采用的高性能、易切削的專用材料,以提高模具使用性能;為適應市場多樣化和新產品試制,應用快速原型制造技術和快速制模技術,以快速制造成型沖模、塑料注射模或壓鑄模等,應當是未來5~20年的模具生產技術的發(fā)展趨勢。
二、冷卻系統(tǒng)重要性及簡介
塑料產品從設計到成型生產是一個十分復雜的過程,它包括了幾部分:塑件設計、模具結構設計、模具加工制造和模塑生產等幾個主要方面,他需要產品設計是、模具設計師、模具加工工藝師及熟料操作工人協同努力來完成,他是一個設計、修改、再設計的反復迭代、不斷優(yōu)化的過程。
模具是生產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備,隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展,一家塑件在航空。航天、電子、機械、船舶和汽車燈同業(yè)部門的推廣應用,對模具設計的要求也越來越高,傳統(tǒng)的模具設計方法已無法適應當今的要求。與傳統(tǒng)的模具設計相比,計算機輔助工程(CAE)技術無論是在提高生產效率、保證產品質量方面,還是在降低成本。減輕勞動強度方面,都具有極大的效用。
在塑料成型的過程中冷卻時間占據了絕大部分的時間,根據數據顯示,在注射成型過程中,約有5%的時間用于注射,而15%的時間用于推出塑件,剩下80%的時間為冷卻時間,所以冷卻系統(tǒng)的設計優(yōu)劣決定了生產效率和生產成本,所以冷卻系統(tǒng)的設計是不容忽視的;采用計算機輔助技術,運用Moldflow軟件進行模具設計后的仿真模擬并進行分析可以獲得設計中存在的問題并進行及時的修改優(yōu)化,最終得出最優(yōu)方案。
Moldflow的設計分析解決方案是全球塑料注射成型行業(yè)中使用最廣泛、技術最先進的軟件產品。傳統(tǒng)的注塑模具設計基本憑借設計個人的只是和經驗,模具設計、加工完畢后,需要花大量的時間進行調試、修改,甚至可能由于無法換回的一點失誤使得整個設計報廢,模具設計、加工的成本很高。MPL/COOL是Moldflow的一部分,注塑模冷卻系統(tǒng)的設計不凡對塑件的精度,變形、耐應力開裂性、表面質量等影響較大,在注塑模冷卻系統(tǒng)的設計通常被認為是次要部分,對于冷卻系統(tǒng)的尺寸和結構設計都沒有給予足夠的重視,往往將冷卻系統(tǒng)的設計作為模具結構設計的最后一道工序來做,這樣的冷卻設計很難滿足客戶對生產效率和高質量產品的要求,如果冷卻系統(tǒng)設計不合理會造成模具生產效率低,影響產品質量,甚至會導致模具直接報廢,所以必須對冷卻系統(tǒng)的設計進行充分的分析。
影響注射模冷卻的因素很多,如塑件的形狀,冷卻介質的種類、溫度、流速,冷卻管道的幾何參數及空間布置,模具材料、熔體溫度、塑件要求的頂出溫度和模具溫度、塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等,這些參數之間互相聯系,荷香影響,有這些參數的合理組合才能獲得理想的效果,但靠傳統(tǒng)的經驗和簡化公式是很難確定的,只有通過Moldflow分析才能得到理想的結果。MPI/cool采用邊界元法(boundary element method)對模具的溫度進行三維模擬,塑件厚度方向上采用解析來計算其溫度分布,并通過塑件的熱流量將二者完全耦合進行迭代計算求解,一般塑件進行冷卻分析時迭代設計要耗時約,而且對計算機CPU和內存要求非常高。MPI/cool能夠模擬冷卻管道(包括隔板管、噴流管、連接軟管)、鑲塊、多種模具材料、普通流到和熱流道、分型面及模具邊界對模具和制造溫度的影響,從而為優(yōu)化冷卻系統(tǒng)提供可靠的依據。MPI/Cool不僅能對中性面模型和fusion模型進行冷卻分析,而且能夠對3D模型進行冷卻分析。此外,MPI/Cool、MPI/Flow和MPI/Warp等相結合,可以得到十分完美的動態(tài)注射過程模擬流態(tài)分析。
三、Moldflow Plastic Insight 簡介
MPI是你決定產品幾何造型及成形條件最佳化的進階模流分析軟件。從材料的選擇、 模具的設計暨成形條件參數設定,以確保在射出成型過程中塑料在模具內的充填行為模式,以獲得高質量產品。
MPI能分析模擬塑料流動形態(tài)、產品體積收縮、冷卻時間、纖維配向性、產品翹曲等等,并且加強了塑料材料的使用。此外MPI還能分析模擬氣體輔助射出及熱固性成型。
MPI模擬分析減少生產周期時間。我們通過電腦模擬分析能確定和修改潛在問題。并幫助模具設計人員預測常碰到的問題并加以修正設計。其它的效益是改變材料材質以節(jié)省材料費用及煩瑣的射出成形條件設定,以達到降低成本之目的。
MPI主要提供以下功能模塊:
有限元解決方案
MPI/FUSION(雙層面網格模型)
MPI/FUSION 適用于分析形狀特征復雜之薄殼類塑膠零件。它基于Moldflow的獨家專利的Dual Domain(雙層面)分析技術,直接從CAD軟件中提取實體表面產生網格。FUSION網格大大降低前期網格處理時間,能快速對產品進行流動、冷卻,翹曲等分析。它以最快的網格處理及最佳的網格質量和準確的分析結果成為應用廣泛的薄壁件分析的網格形式。
MPI/3D(3D實體模型)
MPI/3D適用應用于模擬粗厚件產品的塑料流動分析。三維實體流動分析使用獨一無二仿真求解三技術, 應用四面體有限元素網格,來模擬塑料三維方向充填流動情況, 至整個模穴填滿為止.
MPI/Midplane(中間面網格模型)
MPI/Midplane適用于分析肉厚較均勻之薄殼類塑膠零件。它提取實體壁厚的中間面作為網格外形,并賦予它厚度,使用較少的網格數目快速分析得到最精確的分析結果。 ' ?' b; C9 t8 M# h6 O- N
2. 基本分析模塊
MPI/Flow(流動分析,優(yōu)化充填和保壓階段)
SMPI/Flow基本分析模塊,能模擬射出成型過程中熔膠流動行為模式,以確保產品設計、質量及制造的可行性。使用流動分析能夠迅速找到最佳射出成型條件、預知產品可能發(fā)生問題點及自動修正流道系統(tǒng)以達模穴平衡。由流動分析結果來考慮生產方式和修正產品幾何造型決定最佳的澆口位置、閥澆口數目或使用冷熱流道系統(tǒng)。
3. 常用分析模塊 3 b# t% @) s: H/ r
MPI/Cool(冷卻分析,最佳化冷卻系統(tǒng))
MPI/Cool是塑料射出和保壓階段被最佳化后的進一步分析。冷卻系統(tǒng)包括模具外型、嵌入物均能夠在一個冷卻分析中獲得分析結果。由分析結果你能夠調整冷卻系統(tǒng)尺寸和位置及修改冷卻系統(tǒng)環(huán)繞形式和改變冷卻劑參數,進行模具設計最佳化。
(翹曲變形分析,預測改善翹曲變形)
翹曲分析模塊能預測塑料產品在開模后之收縮和翹曲結果。在材料庫中有8000余種熱塑性材料您可應用線性或非線性分析,以預測塑料產品之缺陷及確定翹曲變形原因所在及變形量,并且能改善產品及模具中的殘留應力分布。
其它分析模塊
(氣體輔助注塑分析,最佳化模具設計)
MPI/Gas能仿真壓力控制或體積控制兩種模式在氣體輔助射出成型運用。分析可以模擬塑料充填與氣體在模穴滲透模式,結果包括預測氣體會不會吹穿產品、產品厚度分布、氣體穿透能力、氣體保壓壓力曲線、包風、熔合線位置和溫度分布等等MPI/Stress(應力分析,提供各種應力結果顯示)
MPI/Stress分析塑件產品在受外界載荷的情況下的機械性能,在考慮到注塑工藝條件下,優(yōu)化塑料制品的強度和剛度。STRESS預測在外載荷和溫度作用下所產生的應力和位移。對于纖維增強塑料,STRESS根據流動分析和塑料的種類的物性數據來確定材料的機械特性,用于結構應力分析。
(收縮分析,提供收縮結果顯示)
MPI/Shrink提供精確的收縮量評價和透過模具外型的收縮變化以確保預測產品收縮的尺寸。它允許調整射出成型條件、澆口的數目位置及材料以確保產品達到規(guī)定的收縮尺寸。收縮分析計算平行和垂直方向的流動, 如使用特殊的收縮材料,亦可使用 Moldflow材料數據庫搜尋。收縮分析也能預測X Y Z各軸中的產品收縮方向,以提供查詢說明。
MPI/Optim(注塑機參數優(yōu)化分析,減少實際調機時間)
MPI/Optim射出成型條件最佳化工具,能夠自動處理生產過程中決定射出成型條件。結果包括沖程長度、注射速度曲線、壓力切換、保壓段式以生產可接受的產品質量。把這些分析結果輸入 Moldflow ( MPX) Xpert TM以確保射出成型機能快速而有效率的運作。
MPI/Fiber(纖維取向分析,減小因纖維取向而生的產品翹曲等不良)
MPI/Fiber在塑料注射過程中塑料纖維流動方向對產品機械強度性質方面會有重要之影響。MPI精確的顯示出不同厚度方向層纖維配向性情況,纖維配向性分析也可預測彈性系數對合成材料的影響。
MPI/Reactive_Molding(熱固性塑料分析,模擬熱固性樹脂的流動和固化過程)
MPI/Reactive Molding熱固性塑料的流動及融合分析反應注射成型模塊可以使用戶模擬熱固性樹脂的流動和固化,并深入理解這些復雜的處理過程。你可以預測熱固性和橡膠成型方法,反應注射成型(RIM),增強型反應注射成型(SRIM),和樹脂傳遞模(RTM)的可制造性,縮短成型周期,優(yōu)化工藝條件。另外,可選的模塊還可模擬IC封裝等。
MPI/MuCell(微孔發(fā)泡成型分析,優(yōu)化產品設計和成型)
MPI/Microcellular注射成型是使用一種由熔融聚合物中混合二氧化碳(CO2)或氮氣(N2)所形成的超臨界流體(SCF)注射進模具中以制造多微孔泡沫制品。通PI/MuCell,用戶可評價成型的可行性。另外,用戶還可通過查看分析結果來優(yōu)化制品設計和工藝參數設計
MPI/Co-Injection(連續(xù)注射分析,模擬連續(xù)注入兩種材料的性能) , V3 R, o# Y5 m( u( z
MPI/Co-Injection能模擬連續(xù)注入兩種材料的性能。 + t5 a; y3 l6 c6 W
MPI/Injection_Compression(壓注模分析,模擬壓注模分析過程) 5 h! b. o6 J" y. h
MPI/Injection Compression 能模擬壓塑模具內壓縮后的熔膠射出,以便制造尺寸不變的零件,這些零件相比之下並無壓力,而且符合低夾緊載重的條件。
Moldflow Manufacturing Solution(Moldflow品質控制專家)
如果您所從事的是塑料注射成型工作,Moldflow Manufacturing Solutions 系列產品能幫助您更好的控制產品的生命周期管理,提高生產效率。今天有許多公司艱苦創(chuàng)業(yè),因為塑料成型行業(yè)競爭越來越激烈,要求有利潤的產品能及時上市。在今天激烈競爭的情況下,最大的提高生產效率變得越來越重要了。然而,制造商面臨一系列的問題,很難保持競爭力,包括:產品的生命周期縮短,然而短期的產品數量呈指數級上升,用戶不斷的要求低成本的得到高質量的產品。
? 熟練操作工在操作精密注射成型設備時,有易將制造過程引向低勞動成本生產的趨勢
? 過時的、沒經過優(yōu)化的注射成型過程降低了效率,提高了生產成本和產品上市周期,減少了利潤。
在許多領域,都要求產品的可繼承性,隨著塑料制品的生產不斷擴大,和生產過程相關的問題也越來越多,常常造成時間延誤,增加成本。這是因為注射成型工藝是個復雜的過程,包括注射機參數,模具的復雜性,操作工的熟練程度和塑料材料屬性。另外,要求縮短模具準備時間,提高產品質量和每臺機器的效率的壓力越來越大。由于這些壓力,就要求有個系統(tǒng),通過直觀的,系統(tǒng)的方法來計劃,設置,優(yōu)化,控制和監(jiān)測成型過程。
直觀的 - 注射機操作者就可以最大化生產效率,而并不需要專家在旁邊指導
系統(tǒng)的 - 可科學的設置和優(yōu)化成型過程,而不單純依賴注射機操作者的技術
可驗證的- 符合今天都要求的質量控制報告
通用的 - 制造商可在公司范圍內,用這些解決方案制定標準
Moldflow Manufacturing Solutions系列產品是一個完整的協同合作的制造管理系統(tǒng),可提供產品和工藝數據來進行實時的生產管理,自動的設定、優(yōu)化和控制生產過程,對制造鏈接的獨一無二的設計,MMS系統(tǒng)能直接輸入Moldflow Plastics Advisers(MPA)和Moldflow Plastics Insight (MPI)軟件的分析結果,這兩個軟件都是注射成型工藝最好的預測分析產品。MPA和 MPI的分析結果能用來設定注射機的最初的流速和壓力曲線。通過這種方法,在產品和模具設計階段就開始了的優(yōu)化工作能直接繼承產品生產過程中,縮短模具處理
MMS/Operator Station為操作者提供了一個接口,用來察看和輸入參數,例如廢品數,停工原因和
材料的改變。這個模塊也可以顯示機器的狀態(tài),查看文檔, 也可以查看進入系統(tǒng)的人及他們的活動記錄
Desktop Applications - 針對生產和工藝過程的管理和分析
MMS/Production Manager 考慮注射機的開、停機時間,產品數量和機器效率,提供查看信息。
MMS/Production Manager 也是運用其它MMS 組件的基礎模塊。
MMS/Production Scheduler 允許制造商基于不同的模具/注射機/材料的組合,來制定工作計劃
MMS/Statistical Process Control 監(jiān)測工藝過程,當工藝條件要超過范圍時,發(fā)出警報。MMS/Statistical Quality Control 計錄靜態(tài)的質量控制數據(SQC),例如產品重量,尺寸及與靜態(tài)工藝控制 聯系起來(SPC)。
MMS/Production Reporting 允許所用的進入該系統(tǒng)的數據都能近似實時的記錄下來,以便確定方案。
參考文獻
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