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MoldFlow软件冷却分析及应用
Analysis and Application of Cool with MoldFlow Software
麻向军  文劲松
（华南理工大学聚合物新型成型技术国家工程中心  华南理工大学—美国MoldFlow高级应用技术中心）


前言
在注塑成型中，模具的温度直接影响到制品的质量和生产效率。通过温度调节，保持适当的模具温度，可减小制品的变形、增强制品力学性能、改善制品的表观质量、提高制品尺寸精度。同时，缩短占整个注射循环周期约80%的冷却时间是提高生产效率的关键。因此，设计合理的冷却系统，对模具温度进行有效调节是十分必要的。冷却系统的设计在20世纪60年代就已引起了人们的重视，并进行了大量研究，得到了一些简化公式或经验公式，但由于实际制品的形状往往十分复杂，因此，这些公式的应用范围存在着很大的局限性。MPI/Cool通过分析模具冷却系统对模具和制品温度场的影响，优化冷却系统的布局，以达到使塑件快速、均衡冷却的目的，从而缩短注塑成型的冷却时间，提高生产效率，减少废品，增加经济效益。

一、MPI/Cool简介
影响注塑模冷却的因素很多，如制品的形状，冷却介质的种类、温度、流速，冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料，熔体温度，工件要求的顶出温度和模具温度、制品和模具间的热循环交互作用等。这些参数之间互相联系、互相影响，唯有这些参数的合理组合才能获得理想的效果。但靠传统的经验和简化公式是很难确定的，只有通过CAE分析才能得到理想的结果。
MPI/Cool采用边界元法（Boundary Element Method）对模具的温度场进行三维模拟，对于制品在其厚度方向上采用解析解来计算温度分布，并通过制品的热流量将二者完全耦合进行迭代求解。同时将模具的温度场与冷却管道中冷却介质的能量方程联立起来求解，因此可以可靠地计算制品/模具及模具/冷却介质间的界面温度。在计算过程中，考虑了型芯和型腔在制品厚度方向的不对称性对制品温度分布的影响。
MPI/Cool能够模拟冷却管道（包括隔板管、喷流管、连接软管）、镶块、多种模具材料、冷流道和热流道、分型面及模具边界对模具和制品温度的影响，从而为优化冷却系统提高可靠的依据。
MPI/Cool不仅能对中性面模型和Fusion模型进行冷却分析，而且能够对3D模型进行冷却分析。
此外，MPI/Cool和MPI/Flow相结合，可以得到十分完美的动态的注塑过程分析。

二、MPI/Cool的作用
MPI/Cool通过对模具、制品、冷却系统的传热分析，为用户提供了丰富的模拟结果。
(1) 冷却时间  为保证制品在脱模时要有足够的强度，以防止脱模后发生变形，要确定合适的冷却时间。MPI/Cool能够计算制品完全固化或用户设定的固化百分比所需要的冷却时间。
(2) 型腔表面的温度分布  型腔表面温度对制品质量具有重要影响。MPI/Cool能够模拟注射周期的型腔表面温度分布，帮助工艺人员确定模具温度的均匀程度及是否达到材料所要求的模具温度。对于中性面模型，MPI/Cool还可以计算制品两个侧面的温度差别。
(3) 制品厚度方向的温度分布  制品在顶出时刻的温度是确定冷却时间是否合理的重要因素，如果温度过高，则需加强冷却或适当延长冷却时间，而温度过低，说明冷却时间太长。MPI/Cool能够预测制品在顶出时刻沿厚度方向不同位置的温度分布，最高温度在厚度方向的位置，沿厚度方向的平均温度以及某一单元温度沿厚度方向的变化。
(4) 制品的固化时间  依据模具表面的温度预测制品完全固化所需要的时间。

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四、结束语
MPI/Cool通过对冷却过程的模拟，帮助模具设计人员和工艺人员全面了解模具冷却系统的冷却效率及其合理性。这对于优化出合理的冷却系统，提高制品的生产效率和质量，具有重要的指导意义。

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MoldFlow软件流动分析及应用
Analysis and Application of Flow with MoldFlow Software

麻向军  文劲松
华南理工大学聚合物新型成型技术国家工程中心
华南理工大学—美国MoldFlow高级应用技术中心



一、        引言
对于任何注塑成型来说，最重要的是控制塑料在模具中的流动方式。制品的许多缺陷，如气穴、熔接痕、短射乃至制品的变形、冷却时间等，都与树脂在模具中的流动方式有关。MPI/Flow通过对熔体在模具中的流动行为进行模拟，可以预测和显示熔体流动前沿的推进方式、填充过程中的压力和温度变化、气穴和熔接痕的位置等，帮助工艺人员在试模前对可能出现的缺陷进行预测，找出缺陷产生的原因并加以改进，提高一次试模的成功率。

二、        MPI/Flow的作用
MPI/Flow能够对注塑成型从制品设计、模具设计到成型工艺提供全面和并行的解决方案。
1、        制品设计
制品设计者能用MPI/Flow解决以下问题。
(1) 制品能否充满。这一古老的问题一直为许多设计人员所关注，特别是对于大型制品。
(2) 制品最小壁厚。在满足制品使用性能和工艺性能的前提下，减小制品壁厚能够大大降低制件的循环时间，从而提高生产效率，降低制件成本。
(3) 制品工艺性能。在产品设计阶段具有充分的选择浇口位置的余地，确保制品的审美特性。
2、        模具设计
    MPI/Flow能在以下方面辅助模具设计人员，以得到良好的模具设计。
(1) 确保良好的填充形式。
(2) 最佳的浇口位置与数量、类型以及正确地确定阀浇口的开启与闭合时间，有效地发挥阀浇口的作用。特别是对于有纤维增强的树脂的填充过程，通过分析纤维在流动过程中的取向来判断其对制品强度的影响，并据此判断浇口位置设置的正确与否。
(3) 流道系统的优化设计。通过流动分析，帮助模具设计人员设计出压力平衡、温度平衡或者压力、温度均平衡的流道系统，并最大程度地减少流道部分的体积。同时，对流道内熔体的剪切速率和摩擦热进行评估，避免材料的降解和型腔内过高的熔体温度。
3、        成型工艺
    注塑成型者可利用MPI/Flow在以下方面得到帮助。
(1) 通过对熔体温度、模具温度、注射时间等主要注塑加工参数对制品工艺性能提出一个目标趋势，从而帮助注塑成型者确定各个加工参数的正确值并确定其可变化范围，得到更加稳定的成型工艺条件。
(2) 会同模具设计人员，结合使用最经济的加工设备，确定最佳的模具方案。
(3) 对于制品在预定的标称厚度的条件下，可以对两种以上的树脂材料的成型性能进行比较，会同制品设计人员选择成本、质量、可加工性较好的设计方案。
在填充过程分析的基础上，进一步进行保压分析，可以得到熔体在保压过程中压缩产生的密度变化，并优化出合适的保压工艺参数。

三、        流动分析的一般步骤
采用MPI/Flow可使注塑成型从制品设计、模具设计到注塑工艺的确定完全在并行工程的环境下进行，不仅克服了传统的串行设计存在的产品开发周期长的缺点，而且提高了开模的成功率，优化了注塑成型的工艺条件，降低了产品的

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五、        结束语
MPI/Flow通过对填充和保压过程的模拟，帮助工艺人员从本质上了解缺陷产生的原因，找出消除缺陷的对策。在注塑行业的推广使用，将会大大缩短新产品的开发周期和费用，为生产企业带来显著的经济效益。


参考文献
1．        许鹤峰，陈言秋：注塑模具设计要点与图例，化学工业出版社，1999
2．        余卫东，陈建：注塑成型CAE技术，计算机辅助设计与制造，60-62，No.3，200

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MoldFlow软件在注塑模具设计中的应用
The application of MoldFlow in Injection Mold Design
                             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SCUT—MoldFlow高级技术应用培训中心)
一  前言
塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和模塑生产等几个主要方面，它需要产品设计师、模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计、制造已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注塑模中的应用主要表现在以下几方面。
1、塑料制品及模具结构设计
商品化三维CAD造型软件如Pro/Engineer、UG、CATIA等为设计师提供了方便的设计平台，其强大的曲面造型和编辑修改功能以及逼真的显示效果使设计者可以运用自如地表现自己的设计意图，真正做到所想即所得，而且制品的质量、体积等各种物理参数一并计算保存，为后续的模具设计和分析打下良好的基础。同时，这些软件都有专门的注塑模具设计模块，提供方便的模具分型面定义工具，使得复杂的成型零件都能自动生成，而且标准模架库、典型结构及标准零件库品种齐全，调用简单，添加方便，这些功能大大缩短了模具设计时间。同时，还提供模具开合模运动仿真功能，这样就保证了模具结构设计的合理性。
2、注塑过程数值分析
运用CAE软件如MoldFlow模拟塑料熔体在模具模腔中的流动、保压、冷却过程，对制品可能发生的翘曲进行预测等，其结果对优化模具结构和注塑工艺参数有着重要的指导意义，可提高一次试模的成功率。在下面的章节中将详细讨论。
3、数控加工
利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲面的形状数据，以保证加工过程的可靠性，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴、五轴数控铣削刀具轨迹等。
二  MoldFlow软件的作用
MoldFlow软件是美国MOLDFLOW公司的产品，该公司自1976年发行了世界上第一套塑料注塑成型流动分析软件以来，一直主导塑料成型CAE软件市场。2000年4月，收购了另一个世界著名的塑料成型分析软件C－MOLD。
MoldFlow软件包括三部分：
MoldFlow Plastics Advisers（产品优化顾问，简称MPA）：塑料产品设计师在设计完产品后，运用MPA软件模拟分析，在很短的时间内，就可以得到优化的产品设计方案，并确认产品表面质量。
MoldFlow Plastics Insight（注塑成型模拟分析，简称MPI）：对塑料产品和模具进行深入分析的软件包，它可以在计算机上对整个注塑过程进行模拟分析，包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩，以及气体辅助成型分析等，使模具设计师在设计阶段就找出未来产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率。2001年年底，MOLDFLOW公司发布了集MPI2.0与C－Mold 2000.7功能于一体的MPI3.0，现已升级到3.1版本，与MPI2.0相比，MPI3.1的模型准备与分析在统一的界面下进行，大大简化了操作步骤，而且分析结果更准确。该软件包在中国大陆广泛使用，以后的讲座，均以MPI3.1为准。
MoldFlow Plastics Xpert（注塑成型过程控制专家，简称MPX）：集软硬件为一体的注塑成型品质控制专家，可以直接与注塑机控制器相连，可进行工艺优化和质量监控，自动优化注塑周期、降低废品率及监控整个生产过程。
MoldFlow软件在注塑模设计中的作用主要体现在以下几方面。
1、优化塑料制品
运用MoldFlow软件，可以得到制品的实际最小壁厚，优化制品结构，降低材料成本，缩短生产周期，保证制品能全部充满。
2、优化模具结构
运用MoldFlow软件，可以得到最佳的浇口数量与位置，合理的流道系统与冷却系统，并对型腔尺寸、浇口尺寸、流道尺寸和冷却系统尺寸进行优化，在计算机上进行试模、修模，大大提高模具质量，减少修模次数。
3、优化注塑工艺参数
运用MoldFlow软件，可以确定最佳的注射压力、保压压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压时间和冷却时间，以注塑出最佳的塑料制品。
三  MPI3.1软件的主要模块
1、模型输入与修复
MPI3.1有三种分析方法：基于中心面的分析、基于表面的分析与三维分析。中心面既可运用MPI软件的造型功能完成，也可从其它CAD模型中抽取，再编辑；表面分析模型与三维分析模型直接读取其它CAD模型，如快速成型格式（STL）、IGES、STEP、Pro/E模型、UG模型等。模型输入后，软件提供了多种修复工具，以生成既能得到准确结果，又能减少分析时间的网格。

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谢谢