影響Moldflow準確性的原因探討

2016-11-23 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一、概述

對于從事Moldflow行業(yè)的工程師來講,我們不禁要問,Moldflow的分析結(jié)果可靠嗎?同時面對別人的詢問,你心中是否已有回答。其實,決定模流分析準確度的有兩個主要因素:一是軟件因素,二是人的因素。

先來看下面的圖:

對于模型網(wǎng)格,通過網(wǎng)格統(tǒng)計可以看出,最基本的要求,也就是要求模型的自由邊和重疊單元為0,而且要求網(wǎng)格的匹配率要高于90%,最大縱橫比要低于20,才能保證分析的結(jié)果相對的準確一些。

當然,站在Moldflow的角度上講,影響分析的精度的因素歸納為三個方面:網(wǎng)格、材料和工藝。就是網(wǎng)格類型選擇是否正確、網(wǎng)格質(zhì)量是否滿足要求、材料是否包含全面的信息、分析時采用的工藝參數(shù)是否和實際相符。

以Moldflow為代表的塑料模具模流分析軟件已有30年的歷史,目前的模流分析技術(shù)已處于相當成熟的應(yīng)用階段,軟件的技術(shù)層次無可非議。

事實表明,越來越多的企業(yè)正在獲得由模流分析帶來的利處,隨著計算機技術(shù)與軟件技術(shù)的不斷繼續(xù)發(fā)展,模流分析技術(shù)將會在不久的將來普及于塑膠模具行業(yè)中。比較而言,人的因素對于分析準確度的影響則更大,一個精通模流分析軟件、精通模具設(shè)計與加工、熟悉材料與成型并具有豐富的現(xiàn)場實際經(jīng)驗的分析者往往更能夠通過運用軟件得出更準確的分析結(jié)果。對于部分產(chǎn)品來說,達到80~90%的準確度也不是沒有可能。

二、模型

細節(jié)決定成敗!

2.1 是不是與實際產(chǎn)品一模一樣的模型就能得到100%的準確分析?

答案是否定的。

通常我們需要借助CAD doctor來簡化模型,提高分析準確性。有效的去掉模型小特征,如R角,可有效的降低網(wǎng)格的數(shù)量,提高分析的效率;可有效的提高網(wǎng)格的匹配率,獲得更準確的分析結(jié)果;減少因為模型的變形而導(dǎo)致的分析失誤。

2.2 那么哪些特征可以去掉,哪些又必須保留呢?

簡單來講。顯著影響到膠料流動行為和機械性能的結(jié)構(gòu)是要保留的,反之則可以去掉,如小的倒角、圓角、斜角、臺階、孔、柱,不過當遇到格柵及網(wǎng)孔時,需要做簡化或等效的處理。

下面來看一個方案對比:

方案一,保留了0.1mm高度的筋
方案二,去除了0.1mm高度的筋。

通過實際分析結(jié)果卻發(fā)現(xiàn),方案一的網(wǎng)格質(zhì)量較差,主要是厚度屬性和網(wǎng)格匹配率太低,反而是方案二的填充結(jié)果與實際更吻合?？梢娙サ袅诵√卣饕院?分析結(jié)果反而更準確。

二、優(yōu)勢

種瓜得瓜種豆得豆。

把一個模擬分析比喻為一臺車的話,模型是車身,那么材料是就是汽油。

大家都知道,想要車子跑起來,你得給他加油,如果你加的不是汽油,是水或者其他的什么,想要跑起來,想要跑得快是不可能的。同樣的,想要Moldflow的分析結(jié)果準確可靠,使用的材料信息必須得完整可靠。比如你實際中用的是ABS,分析時采用PC,那么結(jié)果會南轅北轍;如果你實際中用的是Bayer的料,分析時用了Basf的料,那分析結(jié)果也會相差甚遠。

我們都知道,即使同一家料商,同一個料號,不同的批次,材料性能也是有差異的;不同的干燥時間,不同的環(huán)境條件,不同的季節(jié),材料的性能也是有所區(qū)別的。所以,我們要盡量的縮小仿真分析和實際的誤差就必須保證分析時采用的材料真實可靠。

可以從以下三個方面來衡量材料信息是否可靠:

測試信息

2.1 是每一款材料都有測試時間,原則上來講,材料的測試時間不超過5年,那么還是很可靠的,年限越久,那么實際的材料和材料庫的材料數(shù)據(jù)可能存在較大差異,從而影響分析結(jié)果。

收縮模型

2.2 每款材料都應(yīng)當包括收縮模型,推薦采用含修正后的殘余應(yīng)力(CRIMS)模型,同時材料包含收縮數(shù)據(jù)。

下面是案例,右側(cè)為實際產(chǎn)品,驗證沿產(chǎn)品棱邊測量的Y方向的變形量,紅色的線為含CRIMS模型的分析結(jié)果,藍色的曲線為未包含CRIMS收縮模型,黑色的曲線為實驗值。從結(jié)果看出,紅色的線和實際實驗值更加吻合,即包含CRIMS模型的材料有更準確的仿真。

結(jié)果值對比及模型

2.3 是熱膨脹系數(shù)CTE值對翹曲分析影響很大,不容忽視。

熱膨脹系數(shù)

每款材料里面的熱膨脹系數(shù)CTE值,是基于2.5mm是試條測試出來的數(shù)據(jù),對于厚壁的產(chǎn)品,這個值需要做適當?shù)男拚{(diào)整。

對于下面的模型,由于壁厚較厚,分析結(jié)果和實際變形值相比,Z方向的變形結(jié)果偏小。CTE增加38%后,變形值增加了50%,修改后與實
際更吻合。

產(chǎn)品變形

CTE值

變形值對比

三、工藝

模型正確無誤,材料信息完整,所得到的分析結(jié)果就一定準嗎?不盡然。不同的工藝條件,得出不同的分析結(jié)果。

具體來講就是,使用的充填控制是否一致、V/P切換位置是否一致、保壓曲線設(shè)置是否一致、流道澆口的大小是否一致、冷卻系統(tǒng)接水是否一致。

下面用一個案例來說明。

注塑機實際射出速度設(shè)定值為: 93 cm3/s,射出過程注塑機并未有發(fā)出任何的警告信息,對螺桿位置進行追蹤如下圖所示。

射出速率峰值達到: 68 cm3/s,平均射出速率為: 52 cm3/s,注塑機并未達到實際設(shè)定的最大射出速率進行注射,如果分析按照設(shè)定值輸入93 cm3/s進行模擬勢必會導(dǎo)致剪切的過大的效果。

螺桿實際位置

剪切過大就會產(chǎn)生較大的剪切熱,從而使分析結(jié)果失真。

剪切熱

上圖可以看出,低的注射速度未發(fā)生較大的剪切速率,未生成較多的剪切熱,而高的剪切速率則產(chǎn)生較多的剪切熱,從而使得熱的一側(cè)流動快,流動出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。同時還將考慮,在實際成型過程中,螺桿的不穩(wěn)定出現(xiàn)的速度波動、止逆環(huán)是否磨損、材料是否烘干、模具是否開排氣等等。

當分析與實際出現(xiàn)差異時,消除分析的誤差是一個系統(tǒng)的過程,導(dǎo)致結(jié)果的差異很多,我們可以從注塑機性能,如響應(yīng)時間、材料的特性、參數(shù)的準確性、測量的方法、幾何和工藝參數(shù)入手,運用科學的方法,通過不同方案的對比找出優(yōu)化的方向。

四、總結(jié)

總之,一千個人眼里有一千個哈姆雷特。“并不是每一個人都能準確分析出結(jié)果”,這早已是了解CAE人士的共識。

同樣一個產(chǎn)品、采用同樣的分析軟件,不同的分析者將會在分析后會得出不同的結(jié)論。當然,其中可能僅會有一小部分的分析者得出的結(jié)論是真正正確而有實際參照價值,這不是因為模流分析軟件存在準確度上的缺陷,而是區(qū)分于不同的分析者對模流分析軟件的精通程度、模具設(shè)計與成型知識的把握、材料特性與模具加工等的熟知程度以及自身的模流分析經(jīng)驗、現(xiàn)場解決問題經(jīng)驗等等都悉悉相關(guān)的。

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