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MoldFlow软件优化注塑工艺参数应用 |
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一 前言
注塑工艺参数的正确制定是为了保证塑料熔体良好塑化，并顺利地充模、冷却与定型，以便生产出质量合乎要求的制品。在注塑工艺中最重要的工艺参数是温度（料温、喷嘴温度、模具温度）、压力（塑化压力、注射压力、模腔压力）和相对应的各个作用时间（注射时间、保压时间、冷却时间）等。这些参数相互影响，而且不同的材料其最佳的注塑工艺参数范围不同，因而在生产中，需要多次试模，才能得到合乎要求的制品，这极大的影响了生产效率，MPI3.1通过一系列的方法来优化工艺参数，减少试模次数，提高生产效率。
二 模塑窗口（Molding Window）的确定
在进行流动分析之前，可通过Molding Window分析得到最好的注塑成型初始工艺参数。这些工艺参数包括注射时间、模具温度和熔体温度等。
在进行Molding Window分析之前，必须准备网格模型、选择材料、设定浇口，同时还可以指定工艺参数的范围。分析结果包括可用工艺参数的范围、工艺参数的改变对制品质量的影响等。
一制品如图1所示，部分分析结果见图2－4。
图1 制品
图2 工艺参数范围
图3 不同工艺参数对制品质量的影响
图4 不同工艺参数对制品质量的影响
从图2可知，在一定的注射时间下，模具温度在10－40度，熔体温度在200－240度的范围内改变，对制品质量的影响很小。MPI Molding Window分析结果Zone MW用绿色、黄色和红色表示工艺参数对制品质量的影响，绿色的范围越大表示工艺参数的可调范围越广，本例的分析结果全部为绿色（因印刷原因，可能看不清），图3、4的分析结果也证明了这一点，注射时间和模具温度不变，改变熔体温度对制品质量的影响很小。
在屏幕输出文件的结尾，给出了推荐的工艺参数，如图5所示。
图5 推荐的工艺参数
应该注意的是，Molding Window分析只是提供一个快速、初步的结果，为随后的分析作准备，它的分析结果不能作为实际的工艺参数。
三 MPI/Optim模块
注射机的注射速度主要影响熔体在模腔内的流动行为。通常随着注射速度的增大，熔体流速增加，剪切作用加强，粘度降低，熔体温度因剪切发热而升高，所以有利于充模，并且制品各部分的熔合纹强度也得以增加。但是，由于注射速度增大，可能使熔体从层流状态变为湍流，严重时会引起熔体在模内喷射而造成模内空气无法排出，这部分空气在高压下被压缩迅速升温，会引起制品局部烧焦或分解。所以，现在的注射机基本都实现了多级注射，即在一个注射过程中，当注射机螺杆推动熔体注入模具时可以根据不同的需要实现在不同位置上有不同注射速度和不同的注射压力等工艺参数的控制。在以往的生产中，这需要通过多次试模来确定，而MPI/Optim模块可以根据给定的注射机参数来优化注射速度曲线。
优化分析有两种：OPTIM（Fill）和OPTIM（Flow），区别在于Fill没有考虑保压过程。分析的结果主要有两个。
流动前沿面积随时间变化曲线：流动前沿的面积越大，注射速度也应越大，反之亦然。
熔体随时间固化曲线：通过这个结果可以初步确定冷却时间。
它还有一些分析结果，如螺杆位置随时间变化曲线、螺杆速率随螺杆位置变化曲线、螺杆速率随时间变化曲线等，可以用来确定合适的注射压力。
对于图1的制品，选用100吨的注射机，初始工艺参数采用图5推荐的数据，部分分析结果如图6－9。
图6 注射过程中螺杆位置
图7 熔体随时间固化曲线
图8 流动前沿面积曲线
图9 推荐的注射曲线
四 Design-of-Experiments分析
Design-of-Experiments是基于实验的设计，它采用类似于正交实验的方法判断模具温度、熔体温度、注射时间、保压时间等对制品质量的影响哪个占主要地位。
对于图1的制品，初始工艺参数采用图5推荐的数据，部分分析结果如图10、11。
图10 注射时间对质量的影响
图11 注射时间对凹痕深度的影响
五 结束语
本文介绍了MPI软件在优化注塑工艺参数中的应用，在使用过程中，用户应根据实际情况合理运用，尤其是分析参数的设定，直接影响到分析时间的长短。由于篇幅的原因，本文没有详细介绍，读者可仔细阅读软件的在线帮助。
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