模具设计从入门到精通MoldFlow_件优化模腔尺寸

MoldFlow软件优化模具型腔尺寸Application of Mold Dimension Optimization 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SCUTMoldFlow高级技术应用培训中心）一 前言塑料制品从模具中取出发生尺寸收缩的特性称为塑料的收缩性。因为塑料制品的收缩不仅与塑料本身的热胀冷缩性质有关，而且还与模具结构及成型工艺条件等因素有关，所以将塑料制品的收缩统称为成型收缩。塑料的成型收缩大小可用塑料制品的实际收缩率S实表征，即 （1）式中，a为成型温度时的制品尺寸，b为常温时的制品尺寸。由于成型温度时的制品尺寸无法测量，因此采用常温时的型腔尺寸取代，故有 （2）式中，c为常温时的型腔尺寸，S计为塑料制品的计算收缩率。当S计已知时，可用S计来计算型腔的尺寸，即 （3）从式3可知，模具型腔尺寸与塑料的收缩率有直接关系。但是，在实际成型时不仅不同品种的塑料其收缩率不同，而且不同批次的同一品种塑料或者同一制品的不同部位的收缩率也经常不同，收缩率的变化受塑料品种、制品特征、成型条件以及模具结构、特别是浇口尺寸和位置诸多因素的影响，因此制品的实际收缩率与设计模具所选用的计算收缩率之间便存在着误差。在实际的生产中，收缩率的选取原则如下：1）对于收缩率范围较小的塑料品种，可按收缩率的范围取中间值，此值称为平均收缩率。2）对于收缩率范围较大的塑料品种，应根据制品的形状，特别是根据制品的壁厚来确定收缩率，对于壁厚者取上限（大值），对于壁薄者取下限（小值）。3）收缩率的选择还要考虑到修模的余地，如凹模要选小值，型芯选大值。凹模和型芯的尺寸计算方法有基于塑料平均收缩率法和基于公差带法。可参考相关的书籍文献。从上面的分析可以看到，塑料收缩率的选择是很重要的，它直接影响到制品的质量以及生产效率。MPI/Shrink模块提供了很好的帮助。二 MPI/Shrink的功能MPI/Shrink在充分考虑塑料性能、制品尺寸以及成型工艺参数的情况下，能够给出合适的成型收缩率，它的功能包括：1、 计算合理的收缩率；2、 图示给定的收缩率对制品是否合适；3、 如果用户对某个尺寸规定了公差范围，MPI/Shrink能够计算给定的收缩率是否满足公差的要求。三 MPI/Shrink分析流程 MPI/Shrink能对中型面网格和表面网格进行分析。其网格质量与MPI/Flow、MPI/Cool等的要求相同。进行MPI/Shrink分析时，需要选择已进行了收缩实验的材料。选择的方法如下：1、 打开材料选择对话框；2、 在对话框中点击Search按钮，点击Add按钮；3、 在出现的选择框中，选中Residual strain shrinkage data : Parallel standard devlation选项；4、 确定收缩率的范围；5、 在搜索到的材料中，选择需要的材料。如果需要对某个尺寸定义公差大小，其命令为Analysis菜单下的Set CriticalDimensions。首先选择代表尺寸的两个节点，然后定义上下偏差即可。MPI/Shrink提供了两种分析流程，FlowShrink和CoolFlowShrink，用户可根据自己的实际情况进行选择。其它的分析准备工作与在前几篇文章中介绍的分析相同。四 MPI/Shrink分析结果MPI/Shrink的分析结果包括屏幕输出结果和图形表示的结果两种方式。屏幕输出结果包括Recommended Shrinkage Allowance Report和Component shrinkages report。如果定义了尺寸公差，还有Dimension Summary Report和Full Dimension Summary Report。Recommended Shrinkage Allowance Report（推荐的收缩率）：假设塑料的收缩各向同性的情况下，给出最合适的收缩率。Component shrinkages report（坐标轴方向收缩率）：坐标轴X、Y、Z方向最合适的收缩率。Dimension Summary Report（尺寸简单报告）：包括定义尺寸的大小、公差范围、模腔需要的尺寸、公差等，如果模腔计算的公差为0或小于0，表示采用推荐的收缩率不能满足定义尺寸的要求，并给出"TOL NOT MET"警告。Full Dimension Summary Report（完整的尺寸报告）：如果有定义的尺寸不能达到要求，可通过这个结果来找到是哪个方向（X、Y、Z）不能满足。shrinkage check plot：图示应用屏幕结果推荐的收缩率是否合适。绿色表示合适，红色表示不合适，黄色表示如果采用推荐的收缩率需要认真对待。predicted error表示不考虑工艺参数应用平均收缩率得到的误差。total error考虑了工艺条件，包括predicted error。四 应用实例有一制品如图1所示。材料为PC。定义的尺寸如图中I、II，大小分别为190.5mm，公差为0.5mm和0.5mm以及76.2mm，公差0.3mm和0。采用FlowShrink分析流程。 图1 制品图分析结果如图26。 图2 推荐的收缩率为0.66 图3 X、Y、Z方向推荐的收缩率 图4 定义尺寸的简单报告 图5 定义尺寸的详细报告 图6 shrinkage check plot结果从分析结果可知，虽然图4显示II的尺寸公差满足要求，但图5的结果显示，该尺寸的Y方向不能满足要求，而该尺寸在零件的坐标系中正是Y方向，所以应用推荐的收缩率不能满足公差要求，与图6的结果相符合。图6中，II尺寸全部为红色（由于印刷的原因，可能看不清楚）。四 结束语本文介绍了MPI/Shrink模块在优化模腔尺寸中的应用，使用MPI/Shrink进行模具设计，可保证得到合格的产品，缩短试模时间。参 考 文 献1、 MPI3.1培训资料2、 MOLDFLOW公司网站3、 李德群：塑料成型工艺及模具设计，机械工业出版社，1994