塑料模流分析第九章-CMOLD軟件與模型網(wǎng)絡教案

1、第九章 C-MOLD軟件與模型網(wǎng)格C-MOLD起源于1974年康乃爾大學Prof. K. K. Wang(王國欽)之Cornell Injection Molding Program (CIMP)計劃，最初之軟件是由Prof. K. K. Wang和他的學生Dr. V. W. Wang(王文偉)開發(fā)，并于1986年成立Advanced CAE Technology Inc.銷售C-MOLD軟件，于1988年成立C-MOLD Polymer Laboratory建立塑料材料性質的測試。Advanced CAE Technology Inc.于2000年被澳洲的Moldflow Corp.并購，并

2、于2001年底發(fā)布將C-MOLD整合到Moldflow Plastics Insight 3.0 (MPI 3.0)，號稱為Synergy。C-MOLD的主要產品包括：7個process solution packages，2個productivity solution packages，2個performance solution packages。C-MOLD Process Solution Packages 制程解決方案Molding ProcessC-MOLD ModulesInjection MoldingProcess Estimator, Modeler, Visualizer

3、, Filling, Post-FillingInjection/Compression MoldingProcess Estimator, Modeler, Visualizer, Filling, Post-Filling, Injection/Compression MoldingGas-Assisted Injection MoldingProcess Estimator, Modeler, Visualizer, Filling, Post-Filling, Gas-Assisted Injection MoldingCo-Injection MoldingProcess Estim

4、ator, Modeler, Visualizer, Filling, Post-Filling, Co-Injection MoldingReactive Injection MoldingProcess Estimator, Modeler, Visualizer, Reactive MoldingBlowmoldingProcess Estimator, Modeler, Visualizer, Blow MoldingThermoformingProcess Estimator, Modeler, Visualizer, ThermoformingC-MOLD Productivity

5、 Solution Packages 產品解決方案Molding ProcessC-MOLD ModulesInjection MoldingProcess Estimator, Modeler, Visualizer, Filling, Post-Filling, CoolingInjection/Compression MoldingProcess Estimator, Modeler, Visualizer, Filling, Post-Filling, Injection/Compression Molding, CoolingC-MOLD Performance Solution P

6、ackages 性能解決方案Molding ProcessC-MOLD ModulesInjection MoldingProcess Estimator, Modeler, Visualizer, Filling, Post-Filling, Cooling, Fiber Orientation, Residual Stress, Shrinkage & WarpageInjection/Compression MoldingProcess Estimator, Modeler, Visualizer, Filling, Post-Filling, Injection/Compression

7、 Molding, Cooling, Fiber Orientation, Residual Stress, Shrinkage & WarpageC-MOLD之Process Solution整合模塊以提供組件和模具設計的基礎，提供功能包括： 防止短射 平衡流動 評估縫合線位置 評估設置澆口位置 流道尺寸最佳化 設定排氣孔位置 設計導流器與限流器 射出壓力最小化 評估需求之鎖模力 螺桿速度曲線最佳化C-MOLD之Productivity Solution整合Process Solution之功能和冷卻仿真，提供： 冷卻系統(tǒng)對于組件和模具的影響之視覺效果。 改變參數(shù)以獲得最佳的冷卻條件。C-M

8、OLD之Performance Solution擴充Productivity Solution的功能，進一步提供： 纖維配向性(fiber orientation)。 凝固應力(Frozen-in stresses)。 預測射出成形品的最后形狀。 進行材料選擇、緣建設計、模具設計和制程條件的最佳化。 評估成形品尺寸的適當性和結構的完備性。C-MOLD的各模塊的功能簡要說明如下述：Process Estimator應用于最初選用材料和執(zhí)行模尼之前的條件確認。 可以從數(shù)千種熱塑性材料、述種熱固性材料、廣泛采用的冷卻液和模具材料和數(shù)百種射出成形機中進行選擇。 預估一特定樹脂材料在選定的輸入變量下的流

9、動長度。 根據(jù)前項結果以迅速決定所選定輸入變量可能的最佳組合 根據(jù)前項結果以準確預測開始C-MOLD模擬的最佳制程條件。 所需輸入數(shù)據(jù)包括組件之流動長度、壁厚和投影面積。 軟件可以幫助決定應該使用什么樹脂材料，應該使用什么制程條件，組件成形需要多少個澆口，需要多大的成形機，成形的壓力、鎖模力、大約的周期時間和大約的制造成本。C-MOLD Modeler提供編修幾何模型的工具。自動產生幾何模型的有限元素往格(finite element meshes)檔。也可以匯入CAD軟件的幾何模型(Ex. Pro/E, UG)。也可以匯入FEA軟件的幾何模型(Ex. ANSYS Perp 7, PATRAN

10、 Neutral)。C-MOLD Visualizer應用OpenGL硬件提供觀察C-MOLD仿真分析結果的接口。支持color contours、color shades plots、highlight等六種顯示格式。C-MOLD Filling模擬塑料流經流道、澆口到模穴的流動行為。方便決定組件壁厚、澆口位置、熔合線、射壓、鎖模力。事先檢驗出昂貴的生產問題，例如短射、毛邊、包風等?？梢詸z視充填模擬過程的任一時間的溫度分布，以發(fā)現(xiàn)局部的熱集中點，具以判斷是否需要使用冷卻系統(tǒng)。C-MOLD Cooling可以幫助評估對于制造成本和原件品質有最大沖擊的變量。模擬模具冷卻的整個循環(huán)的現(xiàn)象。提供需求

11、的關鍵信息以最佳化冷卻液的制程條件、模具設計和原件設計。顯示部隊秤冷卻條件效的模心側和模穴側的溫度，以便消除不均衡冷卻造成的翹曲問題。C-MOLD Shrinkage & Warpage配合其它模塊以獲得穩(wěn)定的成品尺寸和公差。幫助找出影響成品變形的最主要因素，例如不一致的收縮、不均勻冷卻。STL Expert量測、refine、修正STL格式之實體表面模型的工具?？梢詫GES文件之表面模型及邊界網(wǎng)格文件轉換成STL檔。Mesh Express是建構midplane mesh及最佳化midplane mesh的工具。Design Optimizationoptimizing the locat

12、ion of gatessizing runnersdetermining appropriate process conditionscalculate the part volume and runner volume -Injection entrance - Design Optimization tabC-mold HotkeysHotkeys: Right buttonCtrl + Left buttonRotate-XYCtrl + Middle buttonCenterCtrl + Right buttonPanAlt + Left buttonZoomAlt + Middle

13、 buttonRotate-ZAlt + Right buttonExpand/ShrinkToolbarWhile modeling geometry with grills of which size is much smaller than mesh size, the total grill area should be modeled as triangular elements with equivalent thickness and shape factor. The shape factor for a triangular element is defined as the

14、 ratio of actual contact surface to the equivalent flat surface. For the same equivalent thickness, larger shape factor means a given volume has more contact surface and more cooling effect from the wall as well as flow resistance from the geometric irregularity. A boundary condition is an entity th

15、at is applied to a node or an element in order to “bind” process conditions, physical constraints, etc., to the node or the element. It serves as a link between a set of properties ands a mesh entity. A list of possible boundary conditions are: (Mesh-Create Boundary Conditions)Injection entranceCool

16、ant entranceCoolant exitParting planeInner feature (such as holes, regions of different thickness, etc.,)potential gate nodeprohibited gate nodenodal forcenodal momentnodal displacementnodal rotation塑料射出成形的制程充填階段影響熔合線、分子配向性澆口和熔膠波前的壓力差是推動熔膠流動的主要力量，塑料會在模穴內朝向阻力最小的不為流動。塑料的黏度會影響流動性。塑料黏度受溫度級剪切率的影響很大，局部溫度高

17、低、熱傳速率和塑件厚度都會影響局部的塑料黏度，導致不同的流動阻力。具體而言，熔膠的流動行為取決于流動性和熱傳能力的競爭，流動行為可以區(qū)分成為流動主控模式(flow control)和熱傳主控模式(heat transfer control)。高速充填：流動主控模式流動行為取決于充填體積的大小。低速充填：熱傳主控模式流動行為取決于肉厚，肉厚處易充填。目前對于熔膠流動的預測具有相當高的準確性，可以獲的的信息包括熔膠流動波前、包風、熔合線、壓力和溫度變化曲線等。保壓階段：此階段的模穴壓力到達最高。壓力是影響保壓過程的主因。充滿模穴的塑料扮演傳遞壓力的介質，使壓力傳遞到模壁表面，有稱開模具的傾向，假如

18、保壓壓力過高，而鎖模力太小，可能造成成品的毛邊或溢料，使成品的殘留應力過高，甚至撐爆模具。保壓壓力不足，成品容易產生收縮凹陷和級空洞現(xiàn)象。收縮率受到保壓壓力和保壓時間的影響。保壓壓力越大，保壓時間越長，則成品的收縮率越小。此階段的熔膠流動率低，塑料受模壁冷卻而固化，流速不再主導制程。目前對于保壓結果的預測也具有相當高的準確性。冷卻階段：從澆口凝固開始，直到脫模為止。熔膠無法持續(xù)補充，塑件的重量保持不變；而冷卻效應使得體積收縮，密度提高。收縮行為決定在塑料的pvT方程式(狀態(tài)方程式)，模溫越高，成品的收縮率越大。目前對于冷卻效應的預測具有相當?shù)目煽啃?，但是實驗?shù)據(jù)比較缺乏。脫模階段：此階段為自由收縮。收縮應力源自于流動所造成的殘留應力(residual stress)以及脫模溫度和環(huán)境