塑胶模流分析技术的发展前景与优势 MOLDFLOW软件

青华陈炀

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一、模流分析moldflow前景分析和发展历史

近几年，在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。 利用 CAE 技术可以在模具加工前，在电脑上对整个注塑成型过程进行类比分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以後再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。从以上可以看出，如何降低成本和提高质量，从而提升企业竞争力度，将成为各个企业面临的头等大事，而模流分析的强大功能，恰恰在降低成本和提高质量方面，为企业提高竞争给予了强大的后盾。

什么是模流分析?

模流分析的起源与历史﹐冀能帮助工程人员有不同角度的省思与了解。各领域的CAE应用功能不尽相同,早期主要是用在结构体强度计算与航天工业上。但应用于塑料射出与塑料模具工业的CAE在台湾我们称为模流分析,这最早是由原文MOLDFLOW直译而来。

MOLDFLOW是由此领域的先驱 Mr. Colin Austin在澳洲墨尔本创立﹐早期(1970~)只有简单的2D流动分析功能,并仅能提供数据透过越洋电话对客户服务﹐但这对当时的技术层次来说仍有相当的帮助﹔之后开发各阶段分析模块, 逐步建立今日完整的分析功能。

同一年代﹐美国Cornell大学也成立了CIMP研究项目,由华裔教授Dr.K.K.Wang所领导﹐针对塑料射出加工做系统理论研讨,产品名为C-MOLD。自1980年代起,随着理论基础日趋完备,数值计算与计算机设备的发展迅速,众多同类型的CAE软件渐渐在各国出现﹐功能也不再局限于流动现象探讨。约1985年工研院也曾有过相似研发,1990年起清华大学化工系张荣语老师也完成CAE-MOLD软件提供会员使用,目前则由科盛公司代理销售。

MOLDFLOW公司创办人Colin Austin是个机械工程师﹐1970年前后在英国塑料橡胶研究协会工作。1971年移民澳洲﹐担任一家射出机制造厂的研发部门主管﹔在当时﹐塑料材料在应用上仍被视做一种相当新颖的物料﹐具备了一些奇异的特性。但在塑料加工领域工作了几年后﹐他开始对一般塑料产品的不良物性感到疑虑﹐一般的塑料制品并没有达到物品的适用标准﹐相反的﹐塑料已逐渐成为'便宜'、'低质量'的同义字﹔但他却发现﹐多数主要不良质量的成因却是因为不当成品设计与不良加工条件所造成的﹐所以他开始省思﹐产品设计本身需同时考虑成型阶段﹐才是成功最重要的关键。

他开始花费大量时间在研究塑料流动的文献上﹐但发现这些理论并不能合理解释他在工厂现场所看到的许多问题﹔因此他开始换角度去思考这些问题﹐将射出机台视为一整组加工程序﹐螺杆正是能量的传递机构﹐而模具内部的流动形态﹐才是决定成品质量的最主要因素。具体的关键问题是﹐浇口位置?在何处进浇? 几个浇口? 尺寸为何?

这是一个革命性观念的启示﹐模具内部的成形型态才真正决定了产品质量﹐而不仅是机台参数设定或产品外观设计﹔最佳产品是需要完整考虑、系统化的设计观念才有办法得到！但即使了解了这个观念﹐问题仍未解决﹐因为在当时﹐模具内部成型时的流动形态﹐仍无法在试模前判断﹔而要去预测流动形态﹐必须依据非常复杂的流体力学与热传问题的联立方程式求解﹐以人力来做几乎是不可能。

随着学术理论发展﹐计算机计算功能的进步﹐正式为模流CAE开启了一扇门﹐1978年﹐MOLDFLOW公司成立﹐提供初步的计算机辅助分析技术给世界上不同国家的塑料制造公司﹐包括汽车业﹐家电业﹐电子业﹐以及精密模具业等。

现今﹐模流技术已普遍为世界各国所肯定﹐功能也加强到成型各不同阶段﹔而台湾也已开始起步﹐坊间自三重五股以至于台南高雄乡间的模具厂﹐总数可能超过五千家﹐九成以上仍传承着师徒相授与摸索得来的经验﹐不知其所以然但仍努力接单﹐持续着台湾经济的奇迹﹔只是订单愈来愈少﹐利润愈来愈薄﹐竞争愈来愈激烈... 现在正是一个转型的时机﹐可以预见﹐当计算机技术帮助缩短成本与时间的同时﹐没有跟上脚步的会愈落后愈远﹐可能终将被淘汰！

Moldflow 产品设计工程师在产品设计阶段便能考虑加工过程中的关键问题。产品设计工程师在产品设计中能很快得到对于制件的壁厚,浇口位置等因素的修改是如何影响产品的最终加工性能。Moldflow 提供熔接痕位置,困气以及熔体在型腔中的流动,压力和温度分布的准确信息Moldflow Part Adviser的功能,使模具设计者优化模具结构设计。可以进行快速型腔设计,浇口位置,流道系统以及型腔布置的优化。 利用Moldflow Mold Adviser,模具设计者可以方便地创建和优化单型腔,多型腔和父子模的浇口和流道系统,预测锁模力,注塑体积,生产周期等。

MoldFlow软件利用邮笛樯杓朴技术,自动优化模具温度,熔体温度,注塑时间,保压压力,保压时间等等。与注塑机相结合,优化注塑曲线,保压曲线等注塑机参数。模拟和优化模具的冷却回路,嵌件和模板设计,以实现制品均匀冷却,消除制件翘曲变形。能模拟热塑性塑料填充和保压过程.同时可以优化最佳浇口位置,成型参数优化,流道平衡等。能模拟热塑性塑料填充和保压过程.同时可以优化最佳浇口位置,成型参数优化,流道平衡等。

二、模流分析MoldFlow的就业前景

模流分析实际上就是模拟整个注塑机注塑的过程，就是在虚拟的环境里有一个虚拟的注塑机可给我们做实验，在模拟实验过程中发现问题并及时解决，这样不仅能有效缩短产品的制造成本，更能大大地缩短制造周期，从而提高产品的市场竞争力。
    现代企业的生存根本在于高素质科技人才和完善的管理体系，经过2008年金融危机洗礼后的企业更能深切体会这一点。模流分析在优化和完善模具设计效果方面的强大功能迎合了企业的这一需求，为了在金融危机过后的新一轮洗牌中握得一手好牌，企业必将对模流分析刮目相看，青睐有加。而目前国内专注于懂模流分析技术的工程人员数量远远满足不了日益增长的市场需求，模流分析市场人员紧缺已是不争的事实。供不应求的状态必将导致模流分析工程师的薪资水涨船高，模流分析工程师俨然已是一个炙手可热的黄金职业！!

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