谈在塑胶成型中MP I的应用

赵自鹏

（山西荣长汽车部件有限公司 山西 太原 030032）

0 引言

众所周知，注塑成型是高温塑料熔体通过流道、浇口向低温度的模具型腔充填，熔体一方面由于模具传热而快速冷却，另一方面因高速剪切而产生热量，同时伴有熔体固化、体积收缩、取向、结晶等过程。因此注塑CAE技术是综合了高分子物理学、流变学、传热学、注塑成型工艺学、计算机、图形学、有限元等学科的交叉学科。注塑CAE是指在模具制造之前，对模具结构、工艺参数进行注塑成型过程的数值模拟，预测制品的成型质量，检查模具结构、工艺参数是否合理。

1 MPI高级成型分析

MPI是专业模流分析软件。它针对大型及成型困难的制件做设计及修改阶段的优化。在设计阶段针对未来产品可能出现的缺陷进行优化，提高一次试模的成功率。降低生产成本，缩短生产周期。如处于模具修改阶段，MPI可针对产品缺陷进行模拟分析，在多种解决方案中选择最佳方案。

2 MPI使用注意事项

2.1 模型的简化处理及单元的选择

MPI可与UG、CATIA、PRO/E等3D软件实现数据共享和交换。将3D数据以stl或igs的格式输入到MPI中。在倒入前，需对一些特征进行简化处理，以免网格划分后的单元纵横比偏大而影响分析结果。也可借助专门的网格划分工具如hypermesh划分完后再倒入MPI中。

对于线框和表面模型，MPI可直接读取任何CAD表面模型并进行分析。而且MPI可自动生成中型面网格并准确计算单元厚度，进行精确分析。MPI的中型面模块用于处理薄壁制件，节省用户的CAE建模时间，使他们致力于CAE分析和优化。对于薄壁实体，MPI的FUSION模块可直接进行薄壁实体模型分析。FUSION可直接从MPA中读取模型进行分析。对于厚壁实体Moldflow的MPI/Flow3D和MPI/Cool3D采用全三维的自适应网格进行全三维分析。

2.2 网格编辑

如何对经MPI自动生成的网格进行编辑是关键。MPI的自动网格生成后，点击网格工具中的自动修补，MPI可自动编辑修补一些网格。

2.2.1 连通域必须为1，否则应通过网格连通排除造成不连通的柱状体（beams）;排除柱状体后连通区域仍显示不为1的话，就需重倒入3D零件的stl或igs文件，或修改原3D造型。

2.2.2 单元边界信息中自由边界个数应为0。自由边是指一个三角形或3D单元的某一边没有与其它单元共用。对于中型面网格只允许在模型的边界上有自由边界；而且允许有非交叠边。交叠边是指由两个三角形或3D单元所共用的一条边。非交叠边是指由两个以上三角形或3D单元所共用的一条边。fusion和3Dmesh不允许有自由边界和非交叠边；而交叠边的数目越多越好。通过节点合并、删除节点、填充网格破孔和创建三角形单元来修改单元要求完成对自由边界的编辑。

2.2.3 定位信息要求所有单元都被定位。可以通过全部定位使所有单元定位。

2.2.4 交集信息，要求单元交集和重叠及重复的柱状体数目都为0。对其进行编辑时，主要通过节点合并，必要时插入点，然后将靠近的节点再合并。

2.2.5 单元纵横比信息，其值越小越好，最大纵横比对于充填分析应小于10，高纵横比的长度方向与流动方向垂直，冷却或翘曲分析应小于6。气辅或精密小零件应小于4。当然最小值应为1.1547（等边三角形）。平均纵横比应接近最小值并＜3。一般在midplane和fusion类型网格分析中，纵横比推荐极大值是6；在3D类型的网格中，推荐的纵横比MAX=50，MIN=5，平均值15左右。

2.2.6 对于fusion mesh网格与模型的匹配率，其值越高越好。对于3Dmesh,tetra aspect ratio也是越高越好。

2.3 材料选择

MPI提供有千余种材料的性能数据及相关材料特性信息，用户可方便地借助这个材料库挑选适合的材料作为成型原料并根据原料的特性确定成型工艺条件。

2.4 浇注系统设计

MPI可以进行主流道、冷料井、分流道的设计。复杂和有效浇注系统要借助于MPI的建模功能。

2.5 冷却系统设计

MPI可以通过创建向导设计冷却回路，在创建冷却系统时，必须是模型在XY平面内，且只能创建X和Y方向的冷却管道。复杂和有效冷却管道要借助MPI的建模功能。

2.6 注塑工艺参数的设计

MPI可提供默认工艺参数，也可输入工艺参数：注塑压力、速度、模具温度、PVT等。

2.7 注塑分析及结果后处理

零件前处理完毕后，MPI可对充填、保压、冷却、结晶、取向、翘曲、应力、熔体温度、收缩等进行模拟分析。

3 成型工艺窗口分析

成型工艺窗口定义了生产合格产品的成型工艺条件范围。根据选择的参数，完成工艺窗口分析后，Moldflow会计算出相应的分析结果。成型工艺窗口由模温、熔体温度和注塑时间三个参数确定。图中红色区域为不可选成型范围，黄色区域为可选成型范围，绿色为首选成型范围。应尽量在绿色范围内选择成型条件。

4 结论与展望

总之，利用Moldflow技术可在模具加工前，用计算机对整个注塑成型过程进行模拟分析，预测熔体的填充、保压、冷却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，以便设计者尽早发现问题，及时修改制件和模具设计。这不仅是对传统模具设计的突破，而且对减少模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大意义。塑料模具设计不但要采用CAD，而且还要采用CAE技术，这是未来发展的必然趋势。

［1］吴崇峰.实用注塑模CAD/CAE/CAM技术[M].中国轻工业出版社, 2000.

［2］李海梅，申长雨.注塑成型及模具设计实用技术[M].化学工业出版社，2002.

［3］单岩，王蓓，王刚.Moldflow模具分析技术基础[M].清华大学出版社，2004.