MoldFlow使用经验.ppt

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1、MoldFlow使用经验,朱浩峰2008年12月27日,一、概述,分析流程,一、概述,分析流程,估计目前Moldflow软件还是属单cpu运行的软件，没有对多cpu做优化，所以其在多cpu环境下也只能利用一个cpu的资源，无法再利用其他cpu的资源；但多内核也可以多开几个窗口，几个方案一起分析,1、Moldflow Plastic Advisers(塑件顾问系列)The Moldflow Part Adviser(塑件顾问)塑件顾问使制件设计者在产品初始设计阶段就注意到产品的工艺性，并指出容易发生的问题。制件设计者可以了解到如何改变壁厚、制件形状、浇口位置和材料选择来提高制件工艺性。塑件顾问提

2、供了关于熔接痕位置、困气、流动时间、压力和温度分布的准确信息。The Moldflow Mold Adviser(模具顾问)它可以设计浇注系统并进行浇注系统平衡、可以计算注塑周期、锁模力和注射体积。可以建立单型腔系统或多型腔系统模具。Mold Adviser(Part Adviser 的升级产品)主要特征和优点:分析主流道、分流道和浇口计算注塑周期、锁模力、注塑量自动几何造型工具2、Moldflow Plastic Insight(MPI)1.集成的用户界面2.CAE模型的获取3.分析功能简介3、Moldflow Plastic Xpert(MPXMoldflow注塑专家)MPX是专门为优化注

3、塑生产过程而设计的。MPX提供非常实用的功能如自动试模、工艺优化、制件质量的自动监控和调整。它用系统化的技术取代了传统的试模并消除了因生产条件的不稳定而导致的废品。MPX有三个模块:Setup Xpert(试模专家)Moldspace Xpert(工艺专家)Production Xpert(注塑专家),一、概述,分析流程,MPA可以理解为“简易的快速的”MPI。MPA分析内容少，算法进行了简化，分析速度快。MPA的结果准确性还可以，与MPI基本上一致，只是少一点而已。mpa(moldflow plastics advisers)包括了part advisers 和 mold advisers两

4、部分提供注塑成型过程中的分析。可提供如下分析。产品结构是否合理 怎样选择合适的注塑材料 怎样确定合理的浇口位置 浇口位置自动优化 预测熔接痕位置 模具型腔是否充满 最终制品的质量如何 怎样选择合适的注塑机 缩痕分析 成本顾问 等分析项。由于没有冷却的支持部分分析结果和实际有较大出入。能和多数CAD软件相铅合。,MPI才是Moldflow的旗舰产品。MPI（moldflow plastics insight)支持多种现有的多种塑料的成型分析。如压注、注塑、气辅成型、芯片包裹、热固性材料成型等。由于需对模型进行有限元网格的处理。对于复杂的产品前期处理会较麻烦一些。在分析结果上。不仅提供了各相与冷却

5、相对应的分析还提供如翘曲变形量。分子取向、玻纤取向等众多对产品设计、模具设计、工艺等具有重要参考价值的数值,MPA和MPI的区别以及各自的应用,一、概述,分析流程,中面流技术,中面流技术的应用始于20世纪80年代。其数值方法主要采用基于中面的有限元/有限差分/控制体积法。所谓中面是需要用户提取的位于模具型腔面和型芯中间的层面，其模拟过程如图1所示。基于中面流技术的注塑流动模拟软件应用的时间最长、范围也最广，其典型代表如国外Moldflow公司的MF软件、原ACTech公司（被Moldflow公司并购）的CMold软件，国内华中科技大学国家模具技术国家重点试验室的HSCAEF3.0软件。实践表明

6、，基于中面流技术的注塑成型流动软件在应用中具有很大的局限性，具体表现为：(1)用户必须构造出中面模型，采用手工操作直接由实体/表面模型构造中面模型十分困难；(2)独立开发的注塑成型流动模拟软件(如上述的MF、CMold和HSCAEF3.0软件)造型功能较差，根据产品模型构造中面往往需要花费大量的时间；(3)由于注塑产品的千变万化，由产品模型直接生成中面模型的CAD软件的成功率不高、覆盖面不广；(4)由于CAD阶段使用的产品模型和CAE阶段使用的分析模型不统一，使二次建模不可避免，CAD与CAE系统的集成也无法实现。由此可见，中面模型已经成为了注塑模CAD/CAE/CAM技术发展的瓶颈，采用实体

7、/表面模型来取代中面模型势在必然，在20世纪90年代后期基于双面流技术的流动模拟软件便应运而生。,简单的办法，导入MOLDFLOW用FUSION格式，在FUSION下进行简单处理后，直接转化成MIDPLANE 格式,一、概述,分析流程,双面流技术,摒弃中面模型的最直接办法是采用三维有限元方法或三维有限差分方法来代替中面流技术中的二维有限元(流动方向)与一维有限差分(厚度方向)的耦合算法。三维流动模拟一直是当今塑料注射成型领域中的研究热点，其技术难点多、经历实践考验的时间短、计算量巨大、计算时间过长与中面流技术的简明、久经考验。计算量小、即算即得形成了鲜明的反差。在三维流动模拟技术举步维艰的时刻

8、，一种既保留中面流全部技术特点又基于实体/表面技术模型的注塑流动模拟新方法双面流技术悄然问世。其商品化软件的典型代表是我国华中科技大学模具技术国家重点实验室的HSCAE 3DRF5.0，称为三维真实感注塑成型流动分析系统以及澳大利亚MoldFlow公司的Part advisor，称为注塑制品顾问。所谓双面流是指将模具型腔或制品在厚度方向上分成两部分，有限元网格在型腔或制品的表面产生，而不是在中面。相应的，与基于中面的有限差分法是在中面两侧进行不同，厚度方向上的有限差分仅在表面内侧进行。在流动过程中上下两表面的塑料熔体同时并且协调的流动，其模拟过程如图2所示。显然，双面流技术所应用的原理与方法与

9、中面流没有本质上的差别，所不同的是双面流采用了一系列相关的算法，将沿中面流动的单股熔体演变为沿上下表面协调流动的双股流。由于上下表面处的网格无法一一对应，而且网格形状、方位与大小也不可能完全对称，如何将上下对应表面的熔体流动前沿所存在的差别控制在工程上所允许的范围内是实施双面流技术的难点所在。目前基于双面流技术的注塑流动模拟软件主要是接受三维实体/表面模型的STL文件格式。该格式记录的是三维实体表面在经过离散后所生成的三角面片。现在主流的CAD/CAM系统，如UG、Pro/E、SolidWorks、AutoCAD等，均可输出STL格式文件。这就是说，用户可借助于任何商品化的CAD/CAM系统生

10、成所需制品的三维几何模型的STL格式文件，流动模拟软件可以自动将该STL文件转化为有限元网格模型供注塑流动分析，这样就大大减轻了用户建模的负担、降低了对用户的技术要求，对用户的培训时间也由过去的数周缩短为几小时。因此，基于双面流技术的注塑流动模拟软件问世时间虽然只有短短数年，便在全世界拥有了庞大的用户群，得到了广大用户的支持和好评。双面流技术具有明显优点的同时也存在着明显的缺点：分析数据的不完整。双面流技术在模拟过程中虽然计算了每一流动前沿沿厚度方向的物理量，但并不能详细地记录下来。由于数据的不完整，造成了流动模拟与冷却分析、应力分析、翘曲分析集成的困难。此外，熔体仅沿着上下表面流动，在厚度方

11、向上未作任何处理，缺乏真实感。当在透明的模具型腔内作注塑流动时该缺点便暴露无遗。,一、概述,分析流程,实体流技术,从某种意义上讲，双面流技术只是一种从二维半数值分析(中面流)向三维数值分析(实体流)过渡的手段。要实现塑料注射制品的虚拟制造，必须依靠实体流技术。实体流技术在实现原理上仍与中面流技术相同，所不同的是数值分析方法有较大差别。在中面流技术中，由于制品的厚度远小于其他两个方向(常称流动方向)的尺寸，塑料熔体的粘度大，可将熔体的充模流动视为扩展层流，于是熔体的厚度方向速度分量被忽略，并假定熔体中的压力不沿厚度方向变化，这样才能将三维流动问题分解为流动方向的二维问题和厚度方向的一维分析。流动

12、方向的各待求量，如压力与温度等，用二维有限元法求解，而厚度方向的各待求量和时间变量等，用一维有限差分法求解。在求解过程中，有限元法与有限差分法交替进行，相互依赖。在实体流技术中熔体的厚度方向的速度分量不再被忽略，熔体的压力随厚度方向变化，这时只能采用立体网格，依靠三维有限差分法或三维有限元法对熔体的充模流动进行数值分析。因此，与中面流或双面流相比，基于实体流的注塑流动模拟软件目前所存在的最大问题是计算量巨大、计算时间过长，诸如电视机外壳或洗衣机缸这样的塑料制品，用现行软件，在目前配置最好的微机上仍需要数百小时才能计算出一个方案。如此冗长的运行时间与虚拟制造的宗旨大相径庭，塑料制品的虚拟制造是将

13、制品设计与模具设计紧密结合在一起的协同设计，追求的是高质量、低成本和短周期。如何缩短实体流技术的运行时间是当前注塑成型计算机模拟领域的研究热点和当务之急。由于高科技的迅猛发展和塑料工业的迫切需求,可以预见，满足虚拟制造要求的三维注塑流动模拟软件会在近两年内涌现。,一、前处理UG环境接口,分析流程,UG moldflow 的操作流程Ug(无法使用MPI):安装Mpa 6.0 修改UGII_ENV.DAT UF_MF_PA_PATH=(Moldflow安装目录)Moldflow Plastics Advisers 6.0bin UF_MF_PA_FACET_TOL=0.005 环境变量:UF_MF

14、_PA_PATH=(Moldflow安装目录)Moldflow Plastics Advisers 6.0bin 启动UG-Application-Moldflow Part Adviser-选择实体-有License错误提示-OK两次即可使用MPA,一、前处理运算速度设置,分析流程,在Job Manager设置任务优先级（默认为低，推荐设定双核为high，单核为normal，不容易死机），让计算机全力计算，相当任务管理器设置任务优先级,一、前处理,分析流程,网格划分类型：Midplane（中间面网格）Fusion（表面网格）Solid(3D)（实体网格）,一般导入模型使用STL，可以使用IG

15、S，划分网格精度0.01，是stl模型划分网格时间的20倍，精度提高3倍,一、前处理划分网格,分析流程,一般使用Generate Mesh命令划分网格在Global edge lenth（网格全局长）输入希望网格大小MPI一般会推荐一个网格大小，有些不适用为保证基本分析精度，网格边长一般为最小壁厚的1.52倍网格设定可以再小，计算量将大大提高在平直区域网格大小和设定一致，曲面、圆弧及其他细节MPI会自动调小边长IGES merge tolerance（合并容差）：导入文件为IGES时，默认为0.01mm,一、前处理划分网格,分析流程,Mesh Control网格控制Post processio

16、n（后处理）Match mesh（网格匹配）：针对Fusion模型，匹配两个对应表面的网格单元Post procession（后处理）Smooth mesh(NURBS Surfaces only)（网格光顺）：针对Midplane模型，光顺网格边缘Adaptive Meshing（自适应网格划分）自动确定不同形状区域的网格大小，在保证分析精度为前提，减少网格数量，节省分析时间,一、前处理网格状态统计,分析流程,Entity counts：实体个数Surface triangles：三角单元个数Nodes：节点个数Beams：一维单元个数Connectivity regions：连通域的个数，

17、应为1Edge details：单元边信息Free edges：自由边信息，Fusion和3D网格应为0Manifold edges：交叠边Non-manifold edges：非交叠边,Fusion网格应为0Orientation details：单元定向信息Elements not oriented:没有定向的单元数，应为0Intersection details：单元交叉信息Element Intersection：互相交叉的单元数，应为0Fully overlapping elements：完全重叠单元数，应为0Duplicate beams：一维单元重叠信息Surface trian

18、gle aspect ratio：三角单元的纵横比信息Mininum aspect ratio：纵横比的极小值Maxinum aspect ratio：纵横比的极大值Average aspect ratio：纵横比的平均值Match ratio：单元匹配率信息（仅针Fusion网格），模型上下表面网格匹配程度,一、前处理网格状态统计,分析流程,针对Fusion模型，必须满足以下原则：Connectivity regions（联通域）的个数应该为1Free edges（自由边）和Non-mainfild edges（非交叠边）个数应为0Elements not oriented（非定向的单元）应

19、为0Element intersections（交叉单元）个数应为0Fully overlapping elements（完全重叠单元）个数应为0Aspect ratio一般最大值应控制在1020之间Match ratio（网格匹配率）模型上下表面网格匹配程度，对于Flow分析，应大于85，低于50无法计算；对于Wrap分析，要超过85，太低责无法重划分网格Zero area triangle elements（零面积单元）个数应为0,一、前处理,分析流程,配对原则,Moldflow分析的时候需要比较高的配对比才能进行分析，特别是对于翘曲分析。不知道分析的时候真正需要的是进行单元配对还是节点配

20、对。只有FUSION才有配对，好象配对的是节点,好象事后调整是不可能的,我觉得remesh的时候应该会再次配对的,可是节点都有变动，影响配对，修正网格时尽量不要增加和减少节点,一、前处理,分析流程,网格的厚度,一般改模型的厚度都是改模型的上下表面，侧面的厚度只要能充满就行了，一般侧面的尺寸是厚度的0.75倍黄明忠的教程里面模型所说，论坛中讨论也是不管它，也就是auto-determined,一、前处理,分析流程,一、前处理大纵横比单元修改,分析流程,根据三角形网格纵横比定义，得到取值范围1.16，即等边三角直线一般要求纵横比小于6，复杂模型设定mininum为1020（一般为15）Standa

21、rd定义为：AR=a/b 取值为1.16Normalized定义为：AR=4(3)1/2s/(l12+l22+l32)取值为01;s为三角面积，l为三角各边长,一、前处理大纵横比单元修改,分析流程,单击引出线选中缺陷三角单元一般遵循：“从大到小，区域优先”原则，即从纵横比大的三角单元修改，邻近区域缺陷一并修改修改方案不唯一，视模型要求：Merge Nodes（合并节点）：等效删除单元Swap Edge（交换公共边）：改变2个三角单元的公共边方向Remesh Area（重划分网格）：对某区域重划分网格，局部加密或稀疏Insert Node（插入节点）：等效增加单元Move Nodes（移动节点）

22、：更改纵横比Align Nodes（排列节点）：选中头尾2节点，再选中间节点排列在头尾节点的直线上Smooth Nodes（平滑节点）：得到更均布网格，有利计算Create Triangles（创建三角单元）：配合删除单元；需考虑单元法向Delete Entities（删除单元）：配合创建单元Purge Nodes（清楚节点）：清除删除单元后多余节点Orient Elements（单元定向）：改变三角单元法向Orient All（全部单元定向）：实施全体统一重定向,一、前处理划分网格,分析流程,一、分析,分析流程,双击Study Tasks窗口的Analyze now!或菜单选择,一、后处理,

23、分析流程,Screen Output分析过程屏幕动态显示：在Analysis Log中Results Summary结果概要：打开Log显示，分别为Fill Flow Cool三个Log窗口Flow填充结果：钩选Study Tasks窗口需要查看的结果Cool冷却分析结果：钩选Study Tasks窗口需要查看的结果,一、后处理填充分析Fill time填充时间,分析流程,可选择Query Result查询模型节点温度等信息,一、后处理填充分析 Pressure at end fill压力分析,分析流程,填充过程中模腔内的压力分布,一、后处理填充分析 Temperature at flow f

24、ront流动前沿温度,分析流程,理论温度分布应均匀，所以结果温差不能太大,一、后处理填充分析 Bulk temperature BULK温度图,分析流程,为制件厚度方向上的加权温度,一、后处理填充分析填充结束时冷凝层因子图示,分析流程,帮助对Flow分析，可决定保压时间长短,一、后处理填充分析注塑口压力曲线,分析流程,直接决定了制件成型用的注塑机能够提供注塑压力值大小的下限,一、后处理填充分析推荐螺旋杆速率曲线,分析流程,可以用于设定注塑机的螺杆在注塑过程的运动,一、后处理填充分析气穴位置图示,分析流程,气穴应位于分型面或筋骨末端，利于排气，防止出现气泡、焦痕等缺陷,一、后处理冷却分析制件平均

25、温度,分析流程,应尽量减少温度差异，温度分布应到均匀,一、后处理填充分析冷却剂温度,分析流程,冷却剂的入口和出口温度应当控制在23，否则需修改冷却方案（布局，管径，冷却剂降温）,一、后处理填充分析冷却管道管壁温度,分析流程,冷却管道的管壁温度与模壁温度差应控制在5内,一、后处理填充分析制件温度差,分析流程,制件温度差异引起翘曲，该值应尽量减少，控制在20之内,一、后处理填充分析制件冷却时间,分析流程,应尽量减小，实现均匀冷却,一、后处理填充分析流道冷却时间,分析流程,制件的冷却温度结合冷流道的冷却程度关系到制件能否顺利被顶出。当制件80流道60达到顶出温度时，制件能顺利顶出,一、后处理填充分析,分析流程,