经典模流分析报告案例

Jun.1999Jun.1999内容提要内容提要1.1.分析說明一分析說明一 -3-32.2.塑膠材料簡介塑膠材料簡介 -4-43.3.產品模型簡介產品模型簡介 -5-54.4.分析模型簡介分析模型簡介 -6-65.5.原始方案澆注系統設計原始方案澆注系統設計 -7-76.6.原始方案冷卻系統設計原始方案冷卻系統設計 -8-87.7.原始方案基本成型條件原始方案基本成型條件 -9-98.8.原始方案分析結果原始方案分析結果 -1030-10309.9.結論與建議結論與建議 1 -311 -3110.10.分析說明二分析說明二 -32-3211.11.改善方案改善方案1 1澆注系統設計澆注系統設計 -33-3312.12.改善方案改善方案1 1冷卻系統設計冷卻系統設計 -34-3413.13.改善方案改善方案1 1基本成型條件基本成型條件 -35-3514.14.改善方案改善方案1 1分析結果分析結果 -3655-365515.15.結論與建議結論與建議 2 -562 -5616.16.分析說明三分析說明三 -57-5714.14.改善方案改善方案2 2澆注系統設計澆注系統設計 -58-5815.15.改善方案改善方案2 2冷卻系統設計冷卻系統設計 -59-5916.16.改善方案改善方案2 2基本成型條件基本成型條件 -60-6017.17.改善方案改善方案2 2分析結果分析結果 -6180-618018.18.結論與建議結論與建議 3 -813 -81Jun.1999分析說明一如下图的产品，为复印件上的零件，对尺寸精度要求较高。采用PPE+PS+40%GF的塑胶以热流道成型，产品结构与进浇位置均已确定，客户希望通过调整冷冷却水路或冷却条件将整个周期时间缩短，因此借以Moldflow模流分析验证是否可行。因Moldflow材料数据库内暂无客户使用的GE PPE+PS+40%GF塑胶，故在分析中使用物性较为相似的Asahi Kasei Corporation的PPE+PS+40%GF塑胶來代替，在数值上会与实际试模有差异，但趋势是一致的。此报告中以几种方案进行分析比较，其中Original n为客户原始设计方案，Revised n为我们基于Moldflow上的改善方案。Jun.1999塑膠材料簡介1.Melt Density 1.2827 g/cu.cm2.Solid Density 1.3645 g/cu.cm3.Ejection Temperature 110.000000 deg.C4.Recommended Mold Temperature 75 deg.C5.Recommended Melt Temperature 275 deg.C6.Absolute Max.Melt Temperature 340 deg.C7.Melt Temperature Minimum 250.000000 deg.C8.Melt Temperature Maximum 300.000000 deg.C9.Mold Temperature Minimum 50.000000 deg.C10.Mold Temperature Maximum 100.000000 deg.C11.Maximum Shear Rate 50000.000000 1/s12.Maximum Shear Stress 0.4500000 MpaJun.1999产品模型简介产品长宽高约为303*189*58mm，大部分壁厚较为均匀，基本壁厚为2.6mm。但局部区域较厚，达6.0mm以上（如左图），可能会发生严重缩水问题；局部大面积区域较薄，仅0.9mm左右（如右图），可能会发生严重滞流问题。壁厚分布Jun.1999分析模型簡介对此薄壳类产品，可使用Moldflow有限元分析网格中的Fusion或Midplane进行分析，分析結果一致。前者，前处理时间较短，但网格数目是后者的两倍以上，分析时间较长；后者取中间单层网格，局部区域形状需做等效处理，前处理时间较长，但分析时间较短。本分析采用后者。Fusion網格Midplane網格Jun.1999原始方案浇注系统设计 原始方案为三板模，一模一穴，采用外热式热流道系統，两点进浇（浇口直径为3.0mm）。详细尺寸参考2D模具图。Jun.1999原始方案冷却系统设计原始方案共设计十条水路，其中母模侧六条，公模侧四条，蓝色管道为10mm的直通水路，黄色管道为16mm的挡板水路，详细尺寸参考2D模具图。Jun.1999原始方案基本成型条件注射机设定：Machine maximum clamp force:350 tonneMaximum pressure:216.00 MPaMaximum injection speed:422.52 cm3/sScrew diameter:58.00 mm充填条件:Mold temperature:70.00 deg.CMelt temperature(Hot Runner):280.00deg.C Injection time:2.0 secPart volume to be filled:255.8 cm3Part Weight(Solid):349 gTotal projected area:390.4 cm2冷却条件:Coolant Temperature(Cavity)60 deg.CCoolant Temperature(Core)60 deg.CPRESSURE%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)保压曲线:原始方案分析采用与实际试模相近的成型条件（HP约為190MPa），成型周期为43s（包括11.5s的开模时间）。28Jun.1999原始方案分析结果以下解析的包括冷却、充填、保压、翘曲分析的较为重要的結果。Jun.1999由图中可知，水溫升高较小（进出口水溫差在两度以内），冷却水路的长度设计是可以达成冷卻要求的。成型时不要为了省事而将水路串联起来，否則会导致水路过长水溫持续升高而降低冷却效果。冷却水温变化Jun.1999左图表示产品公模侧表面温度分布，右图表示产品母模侧表面温度分布。从图中可知，表面温度分布不太均勻，冷却效果不太理想。公母模侧表面温度分布Jun.1999从图中中可知，公母模侧表面温差较大，会使产品公母模侧收缩不均一而导致翘曲变形问题。公母模侧表面温差Jun.1999上面两图表示的是从循环周期开始到产品完全凝固所需要的时间。开模时圈示的几个区域仍未凝固（如右图，大部分区域在16s内就可以凝固），而最长凝固时间竟达80s左右（也正是产品上最厚的区域），故必将有严重缩水发生。产品凝固需要的时间Jun.1999充填时间约为2.2秒，充填流动不太平衡。箭头指示处为最后充填区域。圈示处的薄肋发生严重滞流现象，导致产品短射。归因于此肋太薄（仅0.9mm左右），而浇口又距离此肋太近，塑胶流动到该处时受到极大阻力而停滯不前，滯流时间太长，溫度急剧下降而迅速凝固。实际试模中用GE PPE+PS+40%GF的塑胶可能勉強填满，但成型窗口很窄，仍可能会短射，对此应高度重视。充填时间（点击Fill time图面即可播放动画）Jun.1999充填流动过程Jun.1999此图表示的是从循环周期开始到开模期间波纹的配向状况。从图中可知，紅色线条分布区域代表波纹配向较为严重，而蓝色线条分布区域代表波纹配向较弱。波纹配向分布（点击图面即可播放动画）Jun.1999上面两表示的是充填过程中流动波前溫度的分布，大部分区域较为均勻，均在280度左右。但圈示区域（即0.9mm左右的薄肋）塑胶因发生严重滞流，流动波前溫度急剧下降至145度，已接近于凝固溫度，阻碍了后续塑胶再进入该区域，导致短射发生。流动波前温分布Jun.1999点击上面两图可动态演示从循还周期开始到开模期间车品厚度方向上的溫度变化。循还周期温度变化（点击图面即可播放动画）Jun.1999充填压力（点击Pressure图面即可播放动画）左图为充填/保压切换时所需的注射压力，压力较大，达104MPa，但对所使用的350t注射机来说，此压力是安全的。点击右图可动态演示从循还周期开始到开模期间的压力变化。Jun.1999缝合线位置&气泡分布左图的红线表示缝合线位置，其中圈示的缝合线较为明显，但对此产品来说可能并不重要。右图的粉红色小圈表示可能的包气位置，注意设置相关机构排除，特別是标示的位置。Jun.1999冷却凝固过程这六个图表示的是产品的冷却凝固过程，紅色区域表示最先凝固的区域，一般最薄处最先凝固，最厚处最后凝固。从图中可看出，较厚区域周围先行凝固而切断了保压回路，致使较厚区域得不到有效保压。50%50%Jun.1999冷却凝固过程（点击图面即可播放动画）点击图面可动态演示从循还周期开始到开模期间产品的冷却凝固情況。红色区域表示最先凝固的区域，请注意圈示的位置。一般来说，产品凝固率需要达到80%以上才可开模頂出，而此方案中开模時最厚区域凝固率才达50%。50%50%Jun.1999体积收缩率与凹陷指数左图表示产品体积收缩率分布，大部分区域收缩较为均匀，而红色处收缩较大。右图的凹陷指数表示缩水凹陷相对于产品壁厚的严重程度，可见标示的部分凹陷十分严重（至少凹陷0.7mm左右）。嚴重縮水Jun.1999注射压力与锁模力变化曲线整个成型周期中注射压力随时间的变化曲线，右图是锁模力随时间的变化曲线。最大压力为104MPa，最大鎖模力为193ton，350t的成型机是完全可以滿足要求的。Max.:104MPaMax.:193tonJun.1999翘曲变形情況放大20倍Jun.1999X&Y&Z方向总变形量X&Y&Z向翘曲变形方向如图中箭头所示，变形量均不大。0.050.410.200.170.150.07Jun.1999导致翘曲的冷却不均因素冷却不均因素对翘曲变形影响较小，变形方向如图中箭头所示。Jun.1999导致翘曲的收缩不均因素收缩不均因素对翘曲变形影响较大（其中Y向均匀变形），是导致翘曲变形的主要因素，变形方向如图中箭头所示。0.200.150.120.17Jun.1999导致翘曲的分子配向因素分子配向因素对翘曲变形影响较小，变形方向如图中箭头所示。Jun.1999结论与建议从分析結果中得知：模穴表面溫度分布不太均勻，冷却效果不太理想。使用350t的成型机可以滿足该产品的成型要求。有一条薄肋发生严重滯流现象，导致产品短射。归因于此肋太薄（仅0.9mm左右），而浇口又距离此肋太近，塑胶流动到该处时受到极大阻力而停滯不前，滯流时间太长，溫度急剧下降而迅速凝固。实际试模中用GE PPE+PS+40%GF的塑胶可能勉強填满，但成型窗口很窄，仍可能會短射，对此应高度重视。局部区域太厚，周围区域先行凝固而切断了保压回路，致使其得不到有效保压而发生严重缩水凹陷。翘曲变形量不大，其中收縮不均因素为主要因素。Jun.1999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。Jun.1999Revised1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。下移10mmJun.1999Revised1冷卻系統設計 水路設計基本上與相同，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。Jun.1999Revised1基本成型條件注射機設定：Machine maximum clamp force:350 tonneMaximum pressure:216.00 MPaMaximum injection speed:422.52 cm3/sScrew diameter:58.00 mm充填條件（提高料溫，提高流速提高料溫，提高流速）:Mold temperature:70.00 deg.CMelt temperature(Hot Runner):290.00deg.C Injection time:1.8 secPart volume to be filled:255.8 cm3Part Weight(Solid):349 gTotal projected area:390.4 cm2冷卻條件（降低水溫降低水溫）:Coolant Temperature(Cavity)25 deg.CCoolant Temperature(Core)25 deg.CPRESSURE MPa STEP DURATION sec 120.0 0.0 120.0 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。120Jun.1999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）。Jun.1999公母模側表面溫度分佈從圖中可知，表面溫度分佈不太均勻，冷卻效果亦不太理想。Jun.1999公母模側表面溫差從圖中可知，公母模側表面溫差反而變大，翹曲變形可能變大。Jun.1999產品凝固需要的時間產品需要的凝固時間沒有特別明顯的縮短，產品上最厚的區域也必將嚴重縮水。Jun.1999充填時間（點擊Fill time圖面即可播放動畫）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。Jun.1999充填流動過程Jun.1999波纖分佈（點擊圖面即可播放動畫）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。Jun.1999流動波前溫度分佈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，阻礙了後續塑膠再進入該區域，導致短射發生。Jun.1999循環周期溫度變化（點擊圖面即可播放動畫）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。Jun.1999充填壓力（點擊Pressure圖面即可播放動畫）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。Jun.1999縫合線位置&包風分佈縫合線和包風分佈與Original1相似。Jun.1999冷卻凝固過程保壓效果與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。55%55%Jun.1999冷卻凝固過程（點擊圖面即可播放動畫）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%Jun.1999體積收縮率與凹陷指數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。Jun.1999注射壓力與鎖模力變化曲綫Max.:120MPaMax.:220ton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。Jun.1999翹曲變形情況放大20倍Jun.1999X&Y&Z方向總變形量縂翹曲變形量比Original1稍大。0.090.540.450.250.470.10Jun.1999導致翹曲的冷卻不均因素冷卻不均因素對翹曲變形影響亦較小，變形方向如圖。Jun.1999導致翹曲的收縮不均因素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。0.500.400.300.500.13Jun.1999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。Jun.1999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。Jun.1999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。Jun.1999Revised2澆注系統設計以一点熱流道進澆，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更。23.5mm30mmJun.1999Revised2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。810Jun.1999Revised2基本成型條件注射機設定：Machine maximum clamp force:350 tonneMaximum pressure:216.00 MPaMaximum injection speed:422.52 cm3/sScrew diameter:58.00 mm充填條件:Mold temperature:70.00 deg.CMelt temperature(Hot Runner):280.00deg.C Injection time:2.0 secPart volume to be filled:255.8 cm3Part Weight(Solid):349 gTotal projected area:390.4 cm2冷卻條件:Coolant Temperature(Cavity)60 deg.CCoolant Temperature(Core)60 deg.CPRESSURE%IP STEP DURATION 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。120Jun.1999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。Jun.1999公母模側表面溫度分佈從圖中可知，表面溫度分佈仍不太均勻，冷卻效果仍不太理想。Jun.1999公母模側表面溫差從圖中可知，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。Jun.1999產品凝固需要的時間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。Jun.1999充填時間（點擊Fill time圖面即可播放動畫）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。Jun.1999充填流動過程Jun.1999波纖分佈（點擊圖面即可播放動畫）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。Jun.1999流動波前溫度分佈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。Jun.1999循環周期溫度變化（點擊圖面即可播放動畫）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。Jun.1999充填壓力（點擊Pressure圖面即可播放動畫）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。Jun.1999縫合線位置&包風分佈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。Jun.1999冷卻凝固過程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%Jun.1999冷卻凝固過程（點擊圖面即可播放動畫）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%Jun.1999體積收縮率與凹陷深度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，標示處肋根部的凹陷是最嚴重的。Jun.1999注射壓力與鎖模力變化曲綫Max.:122MPaMax.:300ton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。Jun.1999翹曲變形情況放大20倍Jun.1999X&Y&Z方向總變形量縂翹曲變形量不大，比Original1稍小。0.030.250.100.150.200.150.12Jun.1999導致翹曲的冷卻不均因素冷卻不均因素對翹曲變形影響亦較小，變形方向如圖。Jun.1999導致翹曲的收縮不均因素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。0.250.170.150.100.270.19Jun.1999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。Jun.1999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。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。