CN108549761B - 模具优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模具优化设计方法，包括以下步骤：建立待注塑产品分析模型；建立预设浇注方案；Moldflow数据库选择注塑材料进行流动性分析；其中，当所述Moldflow数据库中没有相同的注塑材料时，选择剪切粘度最相近的注塑材料。上述模具优化设计方法，当Moldflow数据库中没有相同的注塑材料时，选择剪切粘度最相近的材料，基于剪切粘度最相近的材料进行流动性分析，能够使流动性分析结果与实际注塑结果相近，提高优化设计的准确性，有利于消除试模过程中可能出现的隐患，降低试模成本，提高产品开发效率。
Description
技术领域
本发明涉及注塑成型技术领域，特别是涉及一种模具优化设计方法。
背景技术
随着现代模具工业的发展，塑料仿真计算机分析软件-Moldflow软件的应用也越来越普遍，为更好地发挥Moldflow软件的作用，设计员应尽量在Moldflow软件材料库中选择与实际使用材料相同的材料进行CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助工程)模流分析，否则所得到的结果会与实际相差较大，影响整个新产品开发周期。然而由于不断有新的材料被用于注塑产品，而Moldflow软件不可能及时涵盖新的材料，如何选择与所使用的新材料相近的材料进行Moldflow流动模拟分析以尽可能接近实际的注塑情况是本领域亟需要解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对采用Moldflow软件未包含的材料如何进行流动模拟分析的问题，提供一种模具优化设计方法。
本发明提供的一种模具优化设计方法，包括以下步骤：
建立待注塑产品分析模型；
建立预设浇注方案；
Moldflow数据库选择注塑材料进行流动性分析；
其中，当所述Moldflow数据库中没有相同的注塑材料时，选择剪切粘度最相近的注塑材料。
在其中一个实施例中，当所述Moldflow数据库中没有相同的注塑材料时，选择体积比容最相近的注塑材料。
在其中一个实施例中，建立带注塑产品分析模型步骤包括以下子步骤：
建立待注塑产品的三维模型；
对所述三维模型进行网格划分；
网格诊断与网格修复，使三维模型的网格配比率≥85％，最大纵横比≤15。
在其中一个实施例中，所述预设浇注方案至少包括第一预设浇注方案以及第二预设浇注方案，所述第一预设浇注方案以及所述第二预设浇注方案均设有热流道；
在Moldflow数据库选择注塑材料进行流动性分析步骤后还包括以下步骤：
根据流动性分析结果在预设浇注方案中选择最好的浇注方案作为初步浇注方案；
基于所述初步浇注方案优化注塑工艺参数。
在其中一个实施例中，所述注塑工艺参数包括浇口位置参数以及浇口开关时间参数。
在其中一个实施例中，所述待注塑产品为板状产品；
所述第一预设浇注方案设有三个第一进浇口，三个所述第一进浇口均为普通热进浇口且三个普通热进浇口同步进胶；
所述第二预设浇注方案设有三个第二进浇口，其中一个所述第二进浇口为普通热进浇口，其余两个所述第二进浇口为针阀式进浇口，所述针阀式进浇口与所述普通热进浇口非同步进胶。
在其中一个实施例中，所述流动性分析包括以下分析内容：
填充时间、整体变形、X方向变形、Y方向变形、Z方向变形、熔接痕分布、填充末端压力分布以及锁模力分布。
在其中一个实施例中，基于所述初步浇注方案优化注塑工艺参数步骤中，还依据该初步浇注方案的流动性分析结果。
上述模具优化设计方法，当Moldflow数据库中没有相同的注塑材料时，选择剪切粘度最相近的材料，基于剪切粘度最相近的材料进行流动性分析，能够使流动性分析结果与实际注塑结果相近，提高优化设计的准确性，有利于消除试模过程中可能出现的隐患，降低试模成本，提高产品开发效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明模具优化设计方法一实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1所示，本发明提供的一种模具优化设计方法包括以下步骤：
S100，建立待注塑产品分析模型；
S200，建立预设浇注方案；
S300，Moldflow数据库选择注塑材料进行流动性分析；
其中，当Moldflow数据库中没有相同的注塑材料时，选择剪切粘度最相近的注塑材料。
上述模具优化设计方法，当Moldflow数据库中没有相同的注塑材料时，选择剪切粘度最相近的注塑材料，基于剪切粘度最相近的注塑材料进行流动性分析，能够使流动性分析结果与实际注塑结果相近，提高优化设计的准确性，有利于消除试模过程中可能出现的隐患，降低试模成本，提高产品开发效率。
本发明发明人在研究时发现，当Moldflow数据库中没有相同的注塑材料时，一种方案是选择对该注塑材料进行性能分析并建立其特性数据库，导入至Moldflow软件数据库中进一步进行流动性分析，然而进行注塑材料的性能分析需要基于大量的实验，导致效率的降低以及人力、物力成本的上升。另一种方案是根据自身经验选择比较接近的注塑材料进行流动性分析，然而，随着注塑材料种类越来越繁多以及且注塑材料的性质参数种类较多，仅仅依据经验不能选择最为合适的注塑材料进行流动性分析。而在本发明基于简化注塑材料特性的发明构思上，通过实验验证，注塑材料的剪切粘度使影响流动性分析与实际结果偏差的最大影响因素，体积比容的影响程度次于剪切粘度。基于上述发现提出了本发明。
对于一些较复杂的新品塑料的注塑产品，如果之前没有开发过类似产品的模具，且对产品成型没有十足把握，则根据产品的外观要求有针对性地使用Moldflow进行流动性分析，不仅能预知注塑产品可能会出现的外观缺陷(比如短射、熔接痕、缩印与产品烧焦等)，还能分析注塑产品的变形趋势，然后根据产品的Moldflow填充流动模拟分析结果对产品与模具进行细节结构优化，有利于消除试模过程中可能出现的隐患，降低试模成本，提高新产品开发效率。
进一步地，当Moldflow数据库中没有相同的注塑材料时，进一步选择体积比容最相近的注塑材料。同时选择剪切粘度以及体积比容最接近的注塑材料进行流动性分析，考虑了影响流动性分析与真实结果偏差最大的两个影响因素，能够进一步减小流动性分析与真实结果的偏差，提高流动性分析结果的准确性。
作为一种可选实施方式，建立带注塑产品分析模型步骤包括以下子步骤：
建立待注塑产品的三维模型；
对三维模型进行网格划分；
网格诊断与网格修复，使三维模型的网格配比率≥85％，最大纵横比≤15。
以下以板状的待注塑产品为例，对本发明的模具优化设计方法进行进一步说明。
该板状待注塑产品为一种盖体，注塑材料是一种新型PC+ABS的复合材料，颜色为乳白色，总质量125g，长度为350mm，最大壁厚为2.2mm，最小壁厚为0.8mm。
将该产品在PRO/E软件中三维建模，并以STL格式导入到Moldflow软件中，在建模过程中要尽量避免小圆角、小倒角以及尖角等，它们的存在容易造成网格划分配比率及网格质量下降，导致模流分析失败。
进一步地，产品网格划分一般有中面网格(Midplane)、表面网格(Fusion)与实体网格(3D)3种类型，该产品模流分析采用表面网格(Fusion)进行网格划分，网格划分后进行网格诊断与网格修复，确保网格配比率≥85％，最大纵横比≤15，否则容易造成模流分析失败。
进一步在建立预设浇注方案，一般地通过使用绘图工具在网格划分后的三维模型上建立相应的进浇口以及浇注流道。需要注意热流道的颜色为红色，如果跟网格颜色一致就是冷流道。
作为一种可选实施方式，建立的预设浇注方案至少包括第一预设浇注方案以及第二预设浇注方案，第一预设浇注方案以及第二预设浇注方案均设有热流道；
在Moldflow数据库选择注塑材料进行流动性分析步骤后还包括以下步骤：
根据流动性分析结果在预设浇注方案中选择最好的浇注方案作为初步浇注方案；
基于初步浇注方案优化注塑工艺参数。
建立至少包括两种方案的预设浇注方案，能够在流动性分析后快速选择较优的浇注方案并基于该浇注方案进一步优化设计，相比于单一的预设浇注方案，能够大大的提高优化效率，减少优化时间，并且能够得到更好的优化效果。
进一步可选地，注塑工艺参数包括浇口位置参数以及浇口开关时间参数。在初步浇注方案的基础上，通过进一步优化浇口位置参数以及浇口开关时间参数能够在一定程度上优化注塑效果，提高优化设计效率。
可选地，第一预设浇注方案设有三个第一进浇口，三个第一进浇口均为普通热进浇口且三个普通热进浇口同步进胶。该第一预设浇注方案能以较快速度填满整个型腔，减少注射时间。
第二预设浇注方案设有三个第二进浇口，其中一个第二进浇口为普通热进浇口，其余两个第二进浇口为针阀式进浇口，针阀式进浇口与普通热进浇口非同步进胶。可选地，当普通热进胶口注射时间为1.25s时开启两个针阀式进浇口，注射时间为30s时关闭两个针阀式进浇口，其目的是调整熔接痕的位置以及减少熔接痕。
进一步地，进行连通性检查，若浇注流道与分析模型没有连通，则未连通的流道以红颜色显示，此时无法进行模流分析，要进行连通性修复，直到分析与浇注流道均以蓝色显示，表明分析模型与流道连通了，能进行模流分析。
作为一种可选实施方式，流动性分析包括以下分析内容：
填充时间、整体变形、X方向变形、Y方向变形、Z方向变形、熔接痕分布、填充末端压力分布以及锁模力分布。
基于本实施例新型PC+ABS的复合材料的剪切粘度以及体积比容数据，从Moldflow材料数据库中选择的材料牌号为Emerge PC+ABS 7550，制造厂商为Dow Chemical USA。其模具基本成型条件如下：
模具温度(Mold temperature)为65℃，熔融温度(Melt temperature)为255℃，最小熔融温度(Melt Temperature Minimum)为230℃，最大熔融温度(Melt TemperatureMaximum)为290℃，最大剪切应力(Maximum shear stress)为0.4MPa，最大剪切速率(Maximum shear rate)为40001/s。
对第一预设浇注方案进行流动性分析，在Moldflow软件中设置Flow+Warp分析程序，选择材料Emerge PC+ABS 7550，然后设置浇注口位置，最后进行Flow+Warp分析。由分析结果可知，该待注塑产品的填充时间为2.678s，填充较为均匀，能完好成型；整体变形最大1.588mm，整体变形稍大，需要进一步调整；Z方向变形过大，X、Y方向变形可勉强接受，故需进一步调整热流道浇注系统进行细节优化设计，以确保产品的变形能得到有效控制；填充末端的压力为44.40MPa，其压力分布较为均匀，能确保产品良好填充；该待注塑产品成型时的锁模力为113t，稍微偏大，需要优化注塑工艺参数，确保该制品能良好成型而不出现短射现象；中间有两条非常明显的熔接痕，并且在实践中通过调整注射工艺参数也无法完全消除该熔接痕，该熔接痕只能通过后处理工序才能覆盖住，比如说喷漆处理，但会增加产品的制造成本，此外，该熔接痕的位置也是应力集中区域，导致该区域强度非常差，容易折断或断裂。
对第二预设浇注方案进行流动性分析，在Moldflow软件中设置Flow+Warp分析程序，选择材料Emerge PC+ABS 7550，然后设置浇注口位置，并设置针阀式进浇口在1.25s时打开，在30s时关闭，最后进行Flow+Warp分析。由分析结果可知，该待注塑产品的填充时间为2.160s，制品填充较为均匀，能完好地保压与注塑成型，因此不会出现短射现象；整体变形最大1.336mm，整体变形基本正常，可通过调整注塑工艺参数进一步减少产品变形量；Y、Z方向变形稍微偏大，X方向变形较小，且X、Y、Z方向变形在可接受范围内，可以进一步通过调整热流道浇注系统进行优化设计，以确保产品的变形能完全得到有效控制，提升其装配性能；填充末端的压力为37.75MPa，其压力分布较为均匀，能确保产品良好填充，不会出现短射现象；该待注塑产品成型时的锁模力为70t，基本正常；该待注塑产品中间没有非常明显的熔接痕，熔接痕大部分分布在填充末端或筋位处，因此该制品成型时主外观上不会有明显的熔接痕，其填充末端或筋位处的熔接痕可进一步通过通过调整注射工艺参数来消除，因此不需要喷漆处理，在产品中间也不会出现应力集中区域，故成型良好，不会出现明显的外观缺陷。
表1第一预设浇注方案与第二预设浇注方案的流动性分析结果对比
进一步根据上述流动性分析结果在预设浇注方案中选择最好的浇注方案作为初步浇注方案，并基于初步浇注方案优化注塑工艺参数。
由以上两种预设浇注方案的分析结果可知，第二预设浇注方案的填充时间比第一预设浇注方案的填充时间稍短，整体变形与X、Y、Z方向变形也比第一预设浇注方案小，熔接痕不明显，填充末端的压力与锁模力相比第一预设浇注方案来说也比较小，而且第一预设浇注方案中间两条熔接痕特别明显，也是应力集中区域，容易造成产品折断或断裂，且对外观要求比较严格的产品，这两条熔接痕根本无法消除，依靠注塑工艺也只能使熔接痕有所变淡，但不能彻底消除它，必须依靠喷漆才能盖住，会增加后道工序费用。从上述分析结果可知，第二预设浇注方案是预设浇注方案中最好的浇注方案，因此将其作为初步浇注方案。可选地，基于该初步浇注方案以及该浇注方案的流动性分析结果优化注塑工艺参数，以获得最终优化的模具。
在本发明描述中，术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种模具优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立待注塑产品分析模型；
建立预设浇注方案；
Moldflow数据库选择注塑材料进行流动性分析；
其中，当所述Moldflow数据库中没有相同的注塑材料时，选择剪切粘度最相近的注塑材料；
或者，当所述Moldflow数据库中没有相同的注塑材料时，选择体积比容最相近的注塑材料；
所述预设浇注方案至少包括第一预设浇注方案以及第二预设浇注方案，所述第一预设浇注方案以及所述第二预设浇注方案均设有热流道；
在Moldflow数据库选择注塑材料进行流动性分析步骤后还包括以下步骤：
根据流动性分析结果在预设浇注方案中选择最好的浇注方案作为初步浇注方案；
基于所述初步浇注方案优化注塑工艺参数；
所述待注塑产品为板状产品；
所述第一预设浇注方案设有三个第一进浇口，三个所述第一进浇口均为普通热进浇口且三个普通热进浇口同步进胶；
所述第二预设浇注方案设有三个第二进浇口，其中一个所述第二进浇口为普通热进浇口，其余两个所述第二进浇口为针阀式进浇口，所述针阀式进浇口与所述普通热进浇口非同步进胶；
所述流动性分析包括以下分析内容：
填充时间、整体变形、X方向变形、Y方向变形、Z方向变形、熔接痕分布、填充末端压力分布以及锁模力分布。
2.根据权利要求1所述的模具优化设计方法，其特征在于，建立待注塑产品分析模型步骤包括以下子步骤：
建立待注塑产品的三维模型；
对所述三维模型进行网格划分；
网格诊断与网格修复，使三维模型的网格配比率≥85％，最大纵横比≤15。
3.根据权利要求1所述的模具优化设计方法，其特征在于，所述注塑工艺参数包括浇口位置参数以及浇口开关时间参数。
4.根据权利要求3所述的模具优化设计方法，其特征在于，基于所述初步浇注方案优化注塑工艺参数步骤中，还依据该初步浇注方案的流动性分析结果。
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