MoldFlow软件塑料制品翘曲分析及应用

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一 翘曲产生的原因

% Q) J9 H. [* i) v+ w1 `* v/ G1 翘曲分类

1 ~6 f% F8 H3 c3 }& mmoldflow MPI/WARP模块把翘曲分为两种形式，见图1。

9 ^# P% ~! P  C& {+ _1）稳定翘曲（图1a）：翘曲变形与收缩应变成正比。
2）非稳定翘曲（图1b）：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。一般这种翘曲变形很大。

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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：
, A; W% e* W8 U" s7 P7 B3 n5 ~
) d* ?0 G) u+ A% m, {1）制品不同部位的收缩率不一样；
1 H; l) N$ s% I4 ]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。
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+ B% {, m. P: M/ C8 x" l$ a$ Z+ Y/ kMPI/WARP把翘曲产生的原因归结为以下三点：
1 W6 N3 E; g' R  a. \6 I/ z
, P% t  h/ D+ D/ t- L& k4 a1）冷却不均匀；
2）收缩不均匀；
/ s. l+ i% |% I5 v* m9 P& `3）分子取向不一致。
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7 O2 F7 m- j5 T( m7 }4 r9 u0 T: F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

2 q8 `* }/ w( K! l3 n0 l+ s1 分析流程的确定
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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 Analysis 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。
0 d$ s; b$ `% j7 V: S4 C  L
' H. T2 I9 {6 @0 m: H6 d: v2 FUSION模型分析步骤

; j' C% J% v, `% [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Process 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。
  S7 I2 O% {0 ~. Q8 h
# ]* n) E5 Y7 ~! ?1 f( t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。
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+ J$ T; s* q' ~分析结果如图3所示。
" f3 p$ S) t: z6 J* V7 s; ~

/ s1 z9 n% t" T9 z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 X. y7 ^+ ?! V( z
3 MIDPLANE模型分析步骤
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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。
1 u6 `! c9 W& X( m- [6 s. l1 G" N

分析步骤如下：

1）选择分析流程Cool - Flow - Warp；
3 S+ `7 ]5 a4 {5 _3 M% o) c2）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λ（Eigenvalue lambda）。

如果λ没有输出，则制品没有产生弯曲；如果屏幕文件输出了λ值，则以λ大于0的值为判断标准，λ<1，则产生弯曲，否则没有产生弯曲，此例，λ2＝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选项被选中。在屏幕输出文件靠近结尾处，查找图7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 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。
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0 N3 {7 W3 `3 Y- _1 B5）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Isolate cause of warpage选项被选中。分析结果判断同FUSION网格模型。
8 i- ]# {$ L* j4 w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。
( M( J( a: i, m/ o$ s8 A
三 翘曲变形的改善
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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
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0 f6 L+ o/ |+ w# g0 g' s* U1）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。
8 d% K. }* A! X8 X7 c. C- Z% ^# W2）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。
6 a5 V  T5 W  c3）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 图8 优化注塑参数的翘曲变形等。

2 收缩不均匀
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% C' f- y; H( r) i2 P' v7 f: j1） 优化保压参数，把单一压力保压改为分段保压效果明显。
2 P2 t$ |% \5 ]& R& ^5 @. c2）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。
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& [/ o! q) [% {+ X: F3 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。
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四 结束语
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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。

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