经典模流分析报告案例

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1、Moldflow模流分析報告 B0391901 For： Arthur Chen 2003.6,内容提要,1. 分析說明一 - 3 2. 塑膠材料簡介 - 4 3. 產品模型簡介 - 5 4. 分析模型簡介 - 6 5. 原始方案澆注系統設計 - 7 6. 原始方案冷卻系統設計 - 8 7. 原始方案基本成型條件 - 9 8. 原始方案分析結果 - 1030 9. 結論與建議 1 - 31 10.分析說明二 - 32 11.改善方案1澆注系統設計 - 33 12.改善方案1冷卻系統設計 - 34 13.改善方案1基本成型條件 - 35 14.改善方案1分析結果 - 3655 15.結論與建議

2、2 - 56 16.分析說明三 - 57 14.改善方案2澆注系統設計 - 58 15.改善方案2冷卻系統設計 - 59 16.改善方案2基本成型條件 - 60 17.改善方案2分析結果 - 6180 18.結論與建議 3 - 81,分析說明一,如下圖的產品，為複印機上的零件，對尺寸精度要求較高。採用PPE+PS+40%GF的塑膠以熱流道成型，產品結構與進澆位置均已確定，客戶希望通過調整冷卻水路或冷卻條件將整個周期時間縮短，因此藉以Moldflow模流分析驗證是否可行。 因Moldflow材料數據庫内暫無客戶使用的GE PPE+PS+40%GF塑膠，故在分析中使用物性較爲相似的Asahi Ka

3、sei Corporation的PPE+PS+40%GF塑膠來代替，在數值上會与實際試模有差異，但趨勢是一致的。此報告中以幾種方案進行分析比較，其中Original n為客戶原始設計方案，Revised n為我們基於Moldflow上的改善方案。,塑膠材料簡介,PPE+PS+40%GF Xyron X1764 Asahi Kasei Corporation 1. Melt Density 1.2827 g/cu.cm 2. Solid Density 1.3645 g/cu.cm 3. Ejection Temperature 110.000000 deg.C 4. Recommended M

4、old Temperature 75 deg.C 5. Recommended Melt Temperature 275 deg.C 6. Absolute Max. Melt Temperature 340 deg.C,7. Melt Temperature Minimum 250.000000 deg.C 8. Melt Temperature Maximum 300.000000 deg.C 9. Mold Temperature Minimum 50.000000 deg.C 10.Mold Temperature Maximum 100.000000 deg.C 11.Maximum

5、 Shear Rate 50000.000000 1/s 12.Maximum Shear Stress 0.4500000 Mpa,產品模型簡介,產品長寬高約為303*189*58mm，大部分肉厚較爲均勻，基本肉厚為2.6mm。但局部區域較厚，達6.0mm以上（如左圖），可能會發生嚴重縮水問題；局部大面積區域較薄，僅0.9mm左右（如右圖），可能會發生嚴重滯流問題。,肉厚分佈,分析模型簡介,對此薄殼類產品，可使用Moldflow有限元分析網格中的Fusion（雙層面網格）或Midplane（中性層網格）進行分析，分析結果一致。前者取外殼雙層網格，外表形狀与3D模型相同，前處理時間較短，但網格

6、數目是後者的兩倍以上，分析時間較長；後者取中間單層網格，局部區域形狀需做等效處理，前處理時間較長，但分析時間較短。本分析採用後者。,Fusion網格,Midplane網格,原始方案澆注系統設計,原始方案Original1為三板模，一模一穴，採用外熱式熱流道系統，兩點進澆（澆口直徑為3.0mm）。詳細尺寸請參考2D模具圖。,Original1,原始方案冷卻系統設計,原始方案共設計十條水路，其中母模側六條，公模側四條，藍色管道為10mm的直通水路，黃色管道為16mm的擋板水路，詳細尺寸請參考2D模具圖。,Original1,原始方案基本成型條件,注射機設定： Machine maximum cla

7、mp force: 350 tonne Maximum pressure: 216.00 MPa Maximum injection speed: 422.52 cm3/s Screw diameter: 58.00 mm 充填條件: Mold temperature : 70.00 deg.C Melt temperature(Hot Runner): 280.00deg.C Injection time : 2.0 sec Part volume to be filled : 255.8 cm3 Part Weight(Solid) : 349 g Total projected area

8、 : 390.4 cm2 冷卻條件: Coolant Temperature(Cavity) 60 deg.C Coolant Temperature(Core) 60 deg.C,PRESSURE %HP STEP DURATION sec 28.0 0.0 28.0 4.0 0.0 0.0 0.0 25.5,0 4.0 29.5 t(s),P(%HP),保壓曲線:,原始方案分析採用与實際試模相近的成型條件（HP約為190MPa），成型周期為43s（包括11.5s的開模時間）。,28,Original1,原始方案分析結果,以下解析的包括冷卻、充填、保壓、翹曲分析的較爲重要的結果。,Origi

9、nal1,Original1,由圖中可知，水溫升高較小（進出口水溫差在兩度以内），冷卻水路的長度設計是可以達成冷卻要求的。成型時不要爲了省事而將水路串聯起來，否則會導致水路過長水溫持續升高而降低冷卻效果。,冷卻水溫變化,Original1,左圖表示產品公模側表面溫度分佈，右圖表示產品母模側表面溫度分佈。從圖中可知，表面溫度分佈不太均勻，冷卻效果不太理想。,公母模側表面溫度分佈,Original1,從圖中可知，公母模側表面溫差較大，會使產品公母模側收縮不均一而導致翹曲變形問題。,公母模側表面溫差,Original1,上面兩圖表示的是從循環周期開始到產品完全凝固所需要的時間。開模時圈示的幾個區域仍

10、未凝固（如右圖，大部分區域在16s内就可以凝固），而最長凝固時間竟達80s左右（也正是產品上最厚的區域），故必將有嚴重縮水發生。,產品凝固需要的時間,充填時間約為2.2秒，充填流動不太平衡。箭頭指示處為最後充填區域。圈示處的薄肋發生嚴重滯流現象，導致產品短射。歸因於此肋太薄（僅0.9mm左右），而澆口又距離此肋太近，塑膠流動到該處時受到極大阻力而停滯不前並迅速凝固了。實際試模中用GE PPE+PS+40%GF的塑膠可能勉強填滿，但成型窗口很窄，仍可能短射，對此應高度重視。,充填時間（點擊Fill time圖面即可播放動畫）,Original1,充填流動過程,Original1,Original

11、1,此圖表示的是從循環周期開始到開模期間波纖的配向狀況。從圖中可知，紅色綫條分佈區域代表波纖配向較爲嚴重，而藍色綫條分佈區域代表波纖配向較弱。,波纖配向分佈（點擊圖面即可播放動畫）,上面兩圖表示的是充填過程中流動波前溫度的分佈，大部分區域較爲均勻，均在280度左右。但圈示區域（即0.9mm左右的薄肋）塑膠因發生嚴重滯流，流動波前溫度急劇下降至145度，已接近于凝固溫度，阻礙了後續塑膠再進入該區域，導致短射發生。,流動波前溫度分佈,Original1,點擊上面兩圖可動態演示從循環周期開始到開模期間產品厚度方向上的溫度變化。,循環周期溫度變化（點擊圖面即可播放動畫）,Original1,充填壓力（

12、點擊Pressure圖面即可播放動畫）,左圖為充填/保壓切換時所需的注射壓力，壓力較大，達104MPa，但對所使用的350t注射機來説，此壓力是安全的。點擊右圖可動態演示從循環周期開始到開模期間的壓力變化。,Original1,縫合線位置&包風分佈,左圖的紅線表示縫合線位置，其中圈示的縫合綫較爲明顯，但對此產品來説可能並不重要。右圖的粉紅色小圈表示可能的包風位置，注意設置相關機構排除，特別是標示的位置。,Original1,冷卻凝固過程,Original1,這六個圖表示的是產品的冷卻凝固過程，紅色區域表示最先凝固的區域，一般最薄處最先凝固，最厚處最後凝固。從圖中可看出，較厚區域周圍先行凝固而切

13、斷了保壓回路，致使較厚區域得不到有效保壓。,50%,50%,冷卻凝固過程（點擊圖面即可播放動畫）,Original1,點擊圖面可動態演示從循環周期開始到開模期間產品的冷卻凝固情況。紅色區域表示最先凝固的區域，請注意圈示的位置。一般來説，產品凝固率需要達到80%以上才可開模頂出，而此方案中開模時最厚區域凝固率才達50%。,50%,50%,體積收縮率與凹陷指數,左圖表示產品體積收縮率分佈，大部分區域收縮較爲均勻，而紅色處收縮較大。右圖的凹陷指數表示縮水凹陷相對於產品肉厚的嚴重程度，可見標示的部分凹陷十分嚴重（至少凹陷0.7mm左右）。,嚴重縮水,Original1,注射壓力與鎖模力變化曲綫,左圖是

14、整個成型周期中注射壓力隨時間的變化曲綫，右圖是鎖模力隨時間的變化曲綫。最大壓力為104MPa，最大鎖模力為193ton，350t的成型机是完全可以滿足要求的。,Max.: 104MPa,Max.: 193ton,Original1,翹曲變形情況放大20倍,Original1,X&Y&Z方向總變形量,X&Y&Z向翹曲變形方向如圖中箭頭所示，變形量均不大。,Original1,0.05,0.41,0.20,0.17,0.15,0.07,導致翹曲的冷卻不均因素,冷卻不均因素對翹曲變形影響較小，變形方向如圖中箭頭所示。,Original1,導致翹曲的收縮不均因素,收縮不均因素對翹曲變形影響較大（其中Y

15、向均勻變形） ，是導致翹曲變形的主要因素，變形方向如圖中箭頭所示。,Original1,0.20,0.15,0.12,0.17,導致翹曲的分子配向因素,分子配向因素對翹曲變形影響較小，變形方向如圖中箭頭所示。,Original1,結論與建議1,從分析結果中得知： 模穴表面溫度分佈不太均勻，冷卻效果不太理想。 使用350t的成型机可以滿足該產品的成型要求。 有一條薄肋發生嚴重滯流現象，導致產品短射。歸因於此肋太薄（僅0.9mm左右），而澆口又距離此肋太近，塑膠流動到該處時受到極大阻力而停滯不前，滯流時間太長，溫度急劇下降而迅速凝固。實際試模中用GE PPE+PS+40%GF的塑膠可能勉強填滿，但

16、成型窗口很窄，仍可能會短射，對此應高度重視。 局部區域太厚，周圍區域先行凝固而切斷了保壓回路，致使其得不到有效保壓而發生嚴重縮水凹陷。 翹曲變形量不大，其中收縮不均因素為主要因素。,分析說明二,CAE模流分析將首先在Original1的基礎上進行改善，主要改善方向為克服滯流短射問題及縮短冷卻時間，改善方案為Revised1。,Revised1澆注系統設計,由於一側澆口距離發生滯流短射的薄肋太近，因產品結構已定而不能加厚，故另一改善方法為讓澆口遠離該區域，避免塑膠停滯時間過長。Revised1將靠近薄肋的澆口下移10mm（基於模具結構的限制及流動平衡，不能下移太多），另一澆口位置不變。,Revi

17、sed1,Original1,下移10mm,Revised1冷卻系統設計,水路設計基本上與Original1相同，其中將圖中框示的水路依箭頭方向作了平移。左圖配合澆口平移5mm；右圖平移38mm，遠離發生滯流的薄肋 。,Revised1基本成型條件,注射機設定： Machine maximum clamp force: 350 tonne Maximum pressure: 216.00 MPa Maximum injection speed: 422.52 cm3/s Screw diameter: 58.00 mm 充填條件（提高料溫，提高流速）: Mold temperature : 7

18、0.00 deg.C Melt temperature(Hot Runner): 290.00deg.C Injection time : 1.8 sec Part volume to be filled : 255.8 cm3 Part Weight(Solid) : 349 g Total projected area : 390.4 cm2 冷卻條件（降低水溫）: Coolant Temperature(Cavity) 25 deg.C Coolant Temperature(Core) 25 deg.C,PRESSURE MPa STEP DURATION sec 120.0 0.0

19、120.0 1.0 0.0 3.0 0.0 23.7,0 1.0 4.0 27.7 t(s),P(MPa),保壓曲線:,使用保壓壓力隨時間而逐漸降低的保壓曲綫，保壓時間仍为4s，成型周期為41s。,120,Revised1,冷卻水溫變化,因冷卻水路變化不大，使用常溫水，水溫升高亦較小（進出口水溫差在兩度以内）。,公母模側表面溫度分佈,Revised1,從圖中可知，表面溫度分佈不太均勻，冷卻效果亦不太理想。,公母模側表面溫差,Revised1,Original1,從圖中可知，公母模側表面溫差反而變大，翹曲變形可能變大。,產品凝固需要的時間,Revised1,產品需要的凝固時間沒有特別明顯的縮短，

20、產品上最厚的區域也必將嚴重縮水。,Original1,充填時間（點擊Fill time圖面即可播放動畫）,Revised1,充填時間約為1.9秒，充填流動沒有很明顯的改善。圈示處的薄肋仍發生嚴重滯流，仍導致短射。可見澆口移遠10mm及提高料溫是沒有多大效果的。,充填流動過程,Revised1,波纖分佈（點擊圖面即可播放動畫）,Revised1,紅色綫條分佈區域代表波纖配向較爲嚴重，而藍色綫條分佈區域代表波纖配向較弱。配向分佈稍微有變化。,流動波前溫度分佈,Revised1,大部分區域較爲均勻，均在290度左右。圈示區域塑膠仍因發生嚴重滯流，流動波前溫度急劇下降至145度，接近于凝固溫度，阻礙了

21、後續塑膠再進入該區域，導致短射發生。,循環周期溫度變化（點擊圖面即可播放動畫）,Revised1,點擊上面兩圖可動態演示從循環周期開始到開模期間產品厚度方向上的溫度變化。,充填壓力（點擊Pressure圖面即可播放動畫）,Revised1,充填/保壓切換時所需的注射壓力稍低，為101MPa，保壓階段希望加大壓力來加強保壓效果。點擊右圖可動態演示從循環周期開始到開模期間的壓力變化。,縫合線位置&包風分佈,Revised1,縫合線和包風分佈與Original1相似。,冷卻凝固過程,Revised1,保壓效果與Original1相似，較厚區域周圍先行凝固而切斷了保壓回路，致使較厚區域得不到有效保壓。

22、,55%,55%,冷卻凝固過程（點擊圖面即可播放動畫）,Revised1,點擊圖面可動態演示從循環周期開始到開模期間產品的冷卻凝固情況，請注意圈示的位置。,55%,55%,體積收縮率與凹陷指數,Revised1,體積收縮率沒有很明顯的改善，標示部分縮水凹陷仍十分嚴重。,注射壓力與鎖模力變化曲綫,Max.: 120MPa,Max.: 220ton,Revised1,最大壓力為120MPa，最大鎖模力為220ton，350t的成型机也可以滿足要求。,翹曲變形情況放大20倍,Revised1,X&Y&Z方向總變形量,Revised1,縂翹曲變形量比Original1稍大。,0.09,0.54,0.4

23、5,0.25,0.47,0.10,導致翹曲的冷卻不均因素,Revised1,冷卻不均因素對翹曲變形影響亦較小，變形方向如圖。,導致翹曲的收縮不均因素,Revised1,收縮不均因素仍對翹曲變形影響較大，仍是導致翹曲變形的主要因素。,0.50,0.40,0.30,0.50,0.13,導致翹曲的分子配向因素,分子配向因素對翹曲變形影響亦較小，變形方向如圖。,Revised1,結論與建議2,從分析結果中得知： 降低了水溫，整體冷卻效果並沒有明顯的改善，溫差反而有所增大。 充填流動也沒有很明顯的改善。0.9mm左右的薄肋仍發生嚴重滯流而短射。可見澆口移遠10mm及提高料溫、提高射速是沒有多大效果的。根

24、本原因還是此肋太薄，塑膠到達該處亦太快，而選用的材料加入了大量的波纖，流動阻力更大。 局部較厚區域仍得不到有效保壓而發生嚴重縮水凹陷。 翹曲變形量有所增大，收縮不均因素仍為主要因素。,分析說明三,我們在Original1或Revised1的基礎上仍用兩點熱流道進澆，而對水路和冷卻條件作局部調整，經過多次分析，卻仍然難以克服滯流短射問題及縮短整體冷卻時間，故我们尝试以一点熱流道進澆，改善方案為Revised2。,Revised2澆注系統設計,Revised2,Original1,Revised2以一点熱流道進澆，澆口位于模具中心綫上，距離模具中心30mm。如此模具結構和熱流道形式可能需要作相應變

25、更。,23.5mm,30mm,Revised2冷卻系統設計,共有十一條水路。局部冷卻水路基於模具結構及熱流道相應作了調整。其中在發生嚴重縮水的較厚區域附近(母模側)增加了10mm的擋板水路(相接的直通管為8mm) ，如左上圖。 而將發生嚴重滯流的薄肋下的公模水路移開，如右上圖。,8,10,Revised2基本成型條件,注射機設定： Machine maximum clamp force: 350 tonne Maximum pressure: 216.00 MPa Maximum injection speed: 422.52 cm3/s Screw diameter: 58.00 mm 充填

26、條件: Mold temperature : 70.00 deg.C Melt temperature(Hot Runner): 280.00deg.C Injection time : 2.0 sec Part volume to be filled : 255.8 cm3 Part Weight(Solid) : 349 g Total projected area : 390.4 cm2 冷卻條件: Coolant Temperature(Cavity) 60 deg.C Coolant Temperature(Core) 60 deg.C,PRESSURE %IP STEP DURAT

27、ION sec 120.0 0.0 120.0 4.0 0.0 0.0 0.0 27.5,0 4.0 29.5 t(s),P(%IP),保壓曲線:,仍使用一段保壓，保壓時間仍为4s，但保壓壓力為注射壓力的120%，成型周期仍為43s。,120,Revised2,冷卻水溫變化,水溫升高較小（進出口水溫差在一度以内），冷卻水路的長度設計也是可以達成冷卻要求的。,公母模側表面溫度分佈,Revised2,從圖中可知，表面溫度分佈仍不太均勻，冷卻效果仍不太理想。,公母模側表面溫差,Revised2,從圖中可知，局部區域表面溫差有所減小，這對產品的均勻收縮及減小翹曲是有利。,Original1,產品凝固需

28、要的時間,Revised2,產品需要的凝固時間僅縮短了一點，產品上最厚的區域也必將嚴重縮水。可見增加的擋板水路對該區域冷卻效果的改善十分有限。,Original1,充填時間（點擊Fill time圖面即可播放動畫）,Revised2,充填時間約為2.1秒，充填流動有較明顯的改善。圈示處的薄肋仍發生輕微滯流現象，但因爲澆口遠離該區域，使該區域可以成爲接近最後充填的區域，塑膠停滯時間較短，所以在最後充填階段加大一點壓力便可以充滿了。,充填流動過程,Revised2,波纖分佈（點擊圖面即可播放動畫）,Revised2,因澆口由兩個減為一個，流動形式已大大改變，故配向分佈有較大變化。,流動波前溫度分佈

29、,Revised2,大部分區域較爲均勻，均在280度左右。圈示區域塑膠仍發生輕微滯流現象，流動波前溫度迅速下降，但來不及下降到凝固溫度，後續塑膠便在較大壓力下充填滿該區域了。,循環周期溫度變化（點擊圖面即可播放動畫）,Revised2,點擊上面兩圖可動態演示從循環周期開始到開模期間產品厚度方向上的溫度變化。,充填壓力（點擊Pressure圖面即可播放動畫）,Revised2,充填/保壓切換時所需的注射壓力並沒有比原始方案的兩點進澆增大，仍為102MPa左右，充填/保壓切換后加大了壓力以保證薄肋的充填及後續的保壓效果。點擊右圖可動態演示從循環周期開始到開模期間的壓力變化。,縫合線位置&包風分佈,

30、Revised2,圈示的縫合綫較爲明顯，相對于原始方案來説已減少了中間一條最明顯的縫合綫。標示處的包風仍需注意設置相關機構排除。,冷卻凝固過程,Revised2,較厚區域保壓仍然成問題，雖在附近增加了擋板水路，但冷卻效果十分有限，難以將凝固時間明顯縮短。,55%,55%,冷卻凝固過程（點擊圖面即可播放動畫）,Revised2,點擊圖面可動態演示從循環周期開始到開模期間產品的冷卻凝固情況，請注意圈示的位置。,55%,55%,體積收縮率與凹陷深度,Revised2,左圖顯示澆口處收縮最大，這通過延長保壓時間即可改善，但標示部分難以改善，縮水凹陷仍十分嚴重。右圖表示肋根部的凹陷深度，標示處肋根部的凹

31、陷是最嚴重的。,注射壓力與鎖模力變化曲綫,Max.: 122MPa,Max.: 300ton,Revised2,最大壓力為122MPa，充填階段最大鎖模力為220ton，保壓階段最大鎖模力為300ton，已達350t的成型机極限鎖模力的85%，這對機器來説可能是危險的。不過通過調整保壓曲綫應可將鎖模力降低。,翹曲變形情況放大20倍,Revised2,X&Y&Z方向總變形量,Revised2,縂翹曲變形量不大，比Original1稍小。,0.03,0.25,0.10,0.15,0.20,0.15,0.12,導致翹曲的冷卻不均因素,Revised2,冷卻不均因素對翹曲變形影響亦較小，變形方向如圖。

32、,導致翹曲的收縮不均因素,Revised2,收縮不均因素仍對翹曲變形影響較大，仍是導致翹曲變形的主要因素。,0.25,0.17,0.15,0.10,0.27,0.19,導致翹曲的分子配向因素,Revised2,分子配向因素對翹曲變形影響亦較小，變形方向如圖。,結論與建議3,從分析結果中得知，改為一點進澆后 ： 充填流動有較明顯的改善，薄肋雖仍發生輕微滯流現象，但因爲澆口遠離該區域，使該區域可以成爲接近最後充填的區域，塑膠停滯的時間較短，在最後充填階段加大一點壓力便可以充滿。但成型窗口仍較窄，控制不好仍可能會短射，故解決此問題的根本辦法是盡可能加厚此薄肋。 局部較厚區域附近雖增加了擋板水路，但基於模具結構的限制，對該區域冷卻效果的改善十分有限，仍得不到有效保壓而發生嚴重縮水凹陷。對該產品來説，縮水凹陷可能並不是很重要，但這些厚區域需要較長的冷卻時間而使整個成型周期難以縮短。 翹曲變形量不大，收縮不均因素仍為主要因素。 注射壓力並不比原始方案大，而鎖模力在保壓階段增加很多，但應可以通過調整保壓曲綫將鎖模力降低，仍可用350t注射机成型。 相對原始方案，可少用一個熱流道，可減少生産成本，而產品品質亦應可達成客戶要求。建議考慮採用方案Revised2。 以上結論与建議僅供參考，客戶需根據實際情況進行權衡取捨。,