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MOLDFLOW模流分析结果解释


MOLDFLOW 模流分析结果解释
解释结果的一个重要部分是理解结果的定义, 并知道怎样使用结果。 下面将列出常用结果的定义 及怎样使用它们的建议,越常用的结果将越先介绍。

屏幕输出文件(screen output)和结果概要(results summary)
屏幕输出文件和结果概要都包含了一些分析的关键结果的总结性信息。 屏幕输出文件还

包含 如图 169 所示的附加输出,表明分析正在进行,同时还提供重要信息。从它可以看出分析使 用的压力和锁模力的大小、流率的大小和使用的控制类型。
Filling phase: Status: V P = Velocity control

= Pressure control

V/P= Velocity/pressure switch-over |-------------------------------------------------------------| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | Time (s) | Volume| | (%) | Pressure (MPa) | | Clamp force|Flow rate|Status | (tonne) |(cm^3/s) | V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V P P P | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 1

|-------------------------------------------------------------| 0.25 | 0.50 | 4.20 | 8.87 | 7.71 | 12.20 | 15.99 | 20.85 | 25.65 | 30.39 | 35.11 | 40.06 | 44.52 | 49.45 | 54.59 | 59.99 | 64.97 | 70.14 | 75.35 | 80.19 | 85.30 | 90.23 | 95.01 | 100.01 | | 106.06 | 84.85 | 84.85 | 4.34 | 441.92 | 16.95 | 38.17 | 79.31 | 485.10 | 480.56 | 480.06 |

0.74 | 13.48 | 0.98 | 17.98 | 1.23 | 22.65 | 1.47 | 27.23 | 1.72 | 31.81 | 1.97 | 36.58 | 2.21 | 41.22 | 2.45 | 45.83 | 2.70 | 50.57 | 2.95 | 55.15 | 3.19 | 59.67 | 3.43 | 64.36 | 3.68 | 69.11 | 3.92 | 73.66 | 4.17 | 78.43 | 4.41 | 83.13 | 4.66 | 87.74 | 4.91 | 92.48 | 5.08 | 95.68 | 5.08 | 95.68 | 5.15 | 96.54 | 5.40 | 98.17 |

134.77 | 484.03 | 202.10 | 485.47 | 282.36 | 488.61 | 381.25 | 491.44 | 483.00 | 494.45 | 611.51 | 494.44 | 765.69 | 492.31 | 937.90 | 496.41 | 1105.54 | 499.49 | 1291.49 | 500.91 | 1494.82 | 502.35 | 1699.99 | 503.89 | 1934.89 | 505.82 | 2184.04 | 506.97 | 2439.39 | 508.52 | 2726.84 | 509.75 | | | 3112.09 | 503.26 | 2592.91 | 247.17 | 3007.69 | 156.82 |

V/P |

| | | | | |

5.71 | 98.99 | 5.90 | 99.38 | 6.14 | 99.73 | 6.37 | 99.97 | 6.38 | 99.98 | 6.39 |100.00 |

84.85 | 84.85 | 84.85 | 84.85 | 84.85 | 84.85 |

3399.84 | 3477.54 | 3537.26 | 3585.52 | 3592.73 | 3599.93 |

82.69 | 64.25 | 49.34 | 38.73 | 37.66 |

P P P P P

| | | | |

37.66 |Filled |

图 169.

充模分析的屏幕输出文件

屏幕输出文件和结果概要都有与图 170 相似的部分。它同时包含了分析过程中(第一部分)和分 析结束时的关键信息。 使用这些信息可以快速查看这些变量, 从而判断是否需要详细分析某一结 果,以发现问题。
Filling phase results summary for the part : Bulk temperature - maximum Bulk temperature - 95th percentile Bulk temperature - 5th percentile Bulk temperature - minimum Wall shear stress - maximum (at (at (at (at (at 4.906 s) = 5.082 s) = 6.389 s) = 6.379 s) = 6.389 s) = 0.249 s) = 252.5450 C 251.2430 C 214.1860 C 105.0260 C 0.6826 MPa 0.3107 MPa

Wall shear stress - 95th percentile (at Shear rate - maximum Shear rate - 95th percentile (at (at

4.906 s) = 0.249 s) =

4725.2798 1/s 2489.9800 1/s

End of filling phase results summary for the part : Total part weight Bulk temperature - maximum Bulk temperature - 95th percentile Bulk temperature - 5th percentile Bulk temperature - minimum Bulk temperature - average Bulk temperature - RMS deviation = = = = = = = 2512.5301 g 247.0680 C 244.5620 C 214.1860 C 105.0370 C 233.7720 C

12.9527 C

Wall shear stress - maximum Wall shear stress - 95th percentile Wall shear stress - average Wall shear stress - RMS deviation Frozen layer fraction - maximum Frozen layer fraction - 95th percentile Frozen layer fraction - 5th percentile Frozen layer fraction - minimum =

=

0.6826 MPa 0.1478 MPa = = = = = = 0.0926 MPa 0.0443 MPa 0.5465 0.1257 0.0649 0.0000

2

Frozen layer fraction - average Frozen layer fraction - RMS deviation Shear rate - maximum Shear rate - 95th percentile Shear rate - average Shear rate - RMS deviation = =

= =

0.0898 0.0263

2176.5300 1/s = 58.9857 1/s 22.8884 1/s 27.0947 1/s

=

图 170. 结果概要输出

充模时间(Fill Time)
充模时间显示的是熔体流动前沿的扩展情况, 其默认绘制方式是阴影图, 但使用云纹图可更容易 解释结果。云纹线的间距应该相同,这表明熔体流动前沿的速度相等。制件的填充应该平衡。当 制件平衡充模时,制件的各个远端在同一时刻充满。对大多数分析,充模时间是一个非常重要的 关键结果。

压力(Pressures)
有几种不同的压力图, 每种以不同的方式显示制件的压力分布。 所有压力图显示的都是制件某个 位置(一个节点)、或某一时刻的压力。 使用的最大压力应低于注射机的压力极限,很多注射机的压力极限为 140 MPa (~20,000 psi)。模 具的设计压力极限最好为 100 MPa (~14,500 psi)左右。如果所用注塑机的压力极限高于 140MPa, 则设计极限可相应增大。模具的设计压力极限应大约为注射机极限的 70%。假如分析没有包括 浇注系统,设计压力极限应为注射机极限的 50%。 象充模时间一样,压力分布也应该平衡。压力图和充模时间图看起来应该十分相似,如果相似, 则充模时制件内就只有很少或没有潜流。 具体的压力结果定义如下: ? 压力(Pressure) 压力是一个中间结果,每一个节点在分析时间内的每一时刻的压力值都记录了下来。默认的 动画是时间动画,因此,你可以通过动画观察压力随时间变化的情况。压力分布应该平衡, 或者在保压阶段应保证均匀的压力分布和几乎无过保压。 ? 压力(充模结束时)(Pressure (end of filling)) 充模结束时的压力属于单组数据,该压力图是观察制件的压力分布是否平衡的有效工具。因 为充模结束时的压力对平衡非常敏感,因此,如果此时的压力图分布平衡,则制件就很好地 实现了平衡充模。 ? 体积/压力控制转换时的压力(Pressure at V/P switchover )

体积/压力控制转换时的压力属于单组数据,该压力图同样是观察制件的压力分布是否平衡 的有效工具。通常,体积/压力控制转换时的压力在整个注塑成型周期中是最高的,此时压 力的大小和分布可通过该压力图进行观察。同时,你也可以看到在控制转换时制件填充了多 少,未填充部分以灰色表示。 ? 注射位置压力:XY 图(Pressure at injection location: XY Plot )
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注射节点是观察 2 维 XY 图的常用节点。通过注射位置压力的 XY 图可以容易地看到压力的 变化情况。当聚合物熔体被注入型腔后,压力持续增高。假如压力出现尖峰(通常出现在充 模快结束时),表明制件没有很好达到平衡充模,或者是由于流动前沿物料体积的明显减少 使流动前沿的速度提高。

体积温度(Bulk temperatures)
体积温度是速度加权平均温度,有两种体积温度图,以下将分别给出其定义。模具中的聚合物温 度在整个注塑成型周期中是不断变化的,它不仅随时间变化,而且沿壁厚也是变化的。体积温度 反映了聚合物内部能量的传递。当没有聚合物流动时,体积温度就是截面上温度的简单平均值; 当有聚合物流动时,截面上流速越快的部分,将给予越大的权重。 体积温度反映了制件内部所产生的剪切热。 如果制件内部有强烈的剪切作用, 制件的温度将升高。 在充模阶段,体积温度图应非常均匀,其变化以不超过 5° C (~10° F)为宜。实际应用时允许有较 大的温度降,通常高至 20° C (~35° F)的温降都是可以接受的。假如有区域产生了过保压,体积温 度将显著下降。这表明过保压已成为一个问题,在可能的情况下应加以改进。当体积温度范围过 大时,通常缩短注射时间是减小其范围的最佳手段。 ? 体积温度(Bulk temperature) 体积温度是中间数据结果, 通过它可以看到温度随时间变化的情况。 假如进行的是流动分析, 由于绘图比例非常大,使充模时发生的情况很难看清。这时可以对每一帧分别设置比例,观 察每一帧充填时由最小比例到最大比例变化的情况,再手工设置比例的最大值和最小值。然 后再播放充填时的动画。 ? 体积温度(充模结束时)(Bulk temperature (end of filling) 布范围窄,表明结果好,这时就没有必要播放动画。 )

充模结束时的体积温度是单组数据结果,它很好地反映了充模时温度变化情况。如果温度分

流动前沿温度(Temperature at flow front)
流动前沿温度是聚合物熔体充填一个节点时的中间流温度。 因为它代表的是截面中心的温度, 因 此其变化不大。流动前沿温度图可与熔接线图结合使用。熔接线形成时熔体的温度高,则熔接线 的质量就好。而在一个截面内熔接线首先形成的地方是截面的中心,因此,如果流动前沿的温度 高,熔接线强度通常都高。

温度(Temperature)
温度图是中间剖面结果。使用温度图,可以观察截面内任意位置的温度随时间变化的情况,或者 观察特定时刻整个截面内温度的变化。很多时候, 使用特定位置的 XY 图来观察截面内温度的变 化,温度的变化可能是由于大量剪切热的产生而引起的。通常,截面内的最高温度不应高于数据 库中所列出的熔体最高温度。

型腔壁处的剪切应力(Shear stress at wall)
型腔壁处的剪切应力是中间数据结果。 型腔壁意味着冻结层和熔体层界面, 在截面内这里的剪切 应力最高。 制件内的剪切应力应低于数据库中规定的材料极限值。 因为型腔壁处的剪切应力是中
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间数据结果,你不知道什么时候剪切应力将超过极限值。为了帮助我们解释结果,应改变绘图属 性:调整绘图比例,并把最小值设为材料极限。在这种情况下,绘出的将仅仅是那些高于极限值 的单元。把制件设为透明,默认的透明值是 0.1,根据计算机的图形卡的不同,可能需要把该透 明值增大。同时,为了有助于显示出有问题的小单元,应关掉节点平均值。这样你就可以手工播 放剪切应力随时间变化的动画,从而发现什么时间、哪里出现了高的剪切应力。

熔接线(Weld lines)
当两股聚合物熔体的流动前沿汇集到一起, 或一股流动前沿分开后又合到一起时, 就会产生熔接 线,如聚合物熔体沿一个孔流动。有时,当有明显的流速差时,也会形成熔接线。厚壁处的材料 流得快,薄壁处流得慢,在厚薄交界处就可能形成熔接线。熔接线对网格密度非常敏感。由于网 格划分的原因, 有时熔接线可能显现在并不存在的地方, 或有时在真正有熔接线的地方没有显示。 为确定熔接线是否存在,可与充模时间一起显示。同时熔接线也可与温度图和压力图一起显示, 以判断它们的相对质量。 减少浇口的数量可以消除掉一些熔接线,改变浇口位置或改变制件的壁厚可以改变熔接线的位 置。

气穴(Air traps)
气穴定义在节点位置, 当材料从各个方向流向同一个节点时就会形成气穴。 气穴将显示在其真正 出现的位置,但当气穴位于分型面时,气体可以排出。与熔接线一样,气穴对网格密度很敏感。 制件上的气穴应该消除。可使用几种方法做到这一点,如改变制件的壁厚、浇口位置和注射时间 都有助于消除气穴。

冻结时间(Time to Freeze )
冻结时间是指充模结束到型腔中的聚合物降至顶出温度所需的时间。 冻结时间可用来估计制件的 成型周期,并作为确定保压时间的初始值,同时可用于观察制件壁厚变化的影响。

冻结层厚度(Frozen layer fraction )
冻结层厚度有两个概念,它定义了制件冻结层的厚度。如果冻结层厚度的值为 1,则表示截面已 完全冻结。确定聚合物熔体是否冻结的参考温度是转变温度。 ? 冻结层厚度(Frozen layer fraction )

冻结层厚度是中间数据结果。要观察制件和浇口冻结的时间,该结果非常有用。如果制件上 靠近浇口的一些区域冻结得早,就会使远离浇口的区域具有高的收缩率。通常,在关键位置 (如浇口)创建 XY 图来观察冻结层厚度变化的情况。 ? 冻结层厚度(充模结束时)(Frozen layer fraction (end of filling)) 充模结束时的冻结层厚度是单组数据结果,此时,冻结层厚度不能太厚。如果制件某些区域 的冻结层厚度超过 0.20 到 0.25,可能就意味着保压困难,并需要缩短注射时间来加以改善。 这还需要与温度图结合起来进行判断。

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体积收缩率(Volumetric shrinkage )
体积收缩率是以百分率表示的、由于保压而引起的制件体积的减少。在确定体积收缩率时,聚合 物材料的 PVT 特性起了重要作用。保压压力越高,体积收缩率越小。体积收缩率有两种情况。 ? 体积收缩率(Volumetric shrinkage) 体积收缩率是中间数据结果,它显示制件在保压和冷却过程中收缩率的变化。通常不使用这 个结果,因为顶出时的收缩率才是制件最终的体积收缩率。 ? 体积收缩率(顶出时)(Volumetric shrinkage (at ejection)) 顶出时的体积收缩率是单组数据结果。整个型腔的收缩率应该均匀,但通常难以实现。可通 过调整保压曲线使收缩率均匀一些。

平均速度(Average velocity)
平均速度表示的是每个单元在不同时刻熔体流动的方向与大小。 平均速度图非常适合于观察料流 方向的变化和制件内哪个地方的料流速度较高。 在多数情况下,应设置绘图比例。通常,浇口或靠近浇口的单元的流速最大。调整绘图比例的一 个简单方法如下,播放动画结果时,在绘图属性对话框中选择绘图比例,改变最大值并点击应用 (Apply),观察速度的显示是否更合理。因为选择的是应用(Apply),对话框将仍然保持打开, 如有必要可继续调整最大值,直到得到满意的颜色为止。

体积剪切速率(Shear rate, bulk )
体积剪切速率代表的是整个截面的剪切速率, 由截面内材料的流速和剪切应力计算所得, 可以把 它直接与材料数据库中的材料极限值进行比较。 在显示该结果图时, 最好关掉节点平均值。 通常, 可能有一些小单元具有很高的剪切速率, 因此, 关掉节点平均值可以使我们看得更清楚。 制件内的剪切速率很少过高。通常,剪切速率过高的地方都是浇注系统,特别是浇口。有些材料 含有多种添加剂,从纤维、着色剂到稳定剂,这时应尽量把剪切速率控制在材料的极限值以内。 当剪切速率保持在 20,000 1/sec 以内时,结果就很好。通常实际使用的浇口尺寸都可以保证这一 点。

剪切速率(Shear rate )
剪切速率是中间剖面结果。在大多数情况下,使用 XY 图观察其结果。通常是绘制那些具有高体 积剪切速率的单元的结果,这将表示某时刻、特定位置的截面的最大剪切速率。假如剪切速率明 显高于材料的极限,可能意味着由于高剪切而产生了一些相关问题,如浇口变色,或引起制件的 机械性能降低。

推荐的注射速度:XY 图(Recommended ram speed: XY Plot)
推荐的注射速度是以使流动前沿的速度更加均匀为原则而建立的, 它将有助于消除压力尖峰, 同 时可以改善制件的表面光洁度。

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推荐的注射速度的图形显示可用作后续研究。

充模起点(Grow from)
当制件上有多个浇口时, 该图将显示哪个三角形单元是由哪个浇口填充的。 这将有助于浇口的设 置和多浇口制件的平衡充模。

锁模力:XY 图(Clamp force: XY Plot)
该 XY 图表示锁模力随时间而变化的情况。计算锁模力时把 XY 平面作为分型面,锁模力根据每 个单元在 XY 平面上的投影面积和单元内的压力进行计算。 当使用表面模型时,考虑的是相互匹 配的单元组, 因此锁模力没有重复计算。 但是, 如果制品的几何结构在 XY 平面上的投影有重叠, 锁模力的预测将会偏大。可以设置属性,将投影发生重叠的单元排除在锁模力的计算之外,从而 解决该问题。 锁模力对充模是否平衡、保压压力和体积/压力控制转换时间等非常敏感。对这些参数稍加调整, 就会使锁模力发生较大的变化。

锁模力中心(Clamp force Centroid)
当锁模力达到其最大值时, 锁模力中心将指出锁模力中心的位置。 如果成型制件所用的模具很小 或锁模力接近极限锁模力时,该结果非常有用。假如锁模力中心没有在模具中心,就可能使注塑 机的锁模力能力得不到充分的利用。例如,如果注塑机的最大锁模力为 1000 吨,注塑机的 4 根 拉杆每根将承受 250 吨的力。 当锁模力中心严重偏向其中的 1 根或 2 根时, 机器实际能得到的锁 模力将降低。该结果可用来检查模具的总体受力平衡,当锁模力中心不在机器的中心时,应加以 修正。

缩痕指数(Sink Index)
缩痕指数给出了制件上产生缩痕的相对可能性,其值越高,表明缩痕或缩孔出现的可能性越大。 计算缩痕指数时将同时使用体积收缩率和制件壁厚的值。 在比较不同的方案时, 缩痕指数图是非 常有用的相对工具。

速度(Velocity)
速度表示的是不同的壁厚和不同的时间熔体流速的变化情况,它是一个中间剖面结果。通常,使 用 XY 图来表示截面内速度的变化。

注射量百分比:XY 图(% Shot weight: XY Plot )
注射量百分比是根据制件体积, 并使用材料在室温时的密度计算的。 该图用来显示制件体积随注 射、保压时间而变化的情况。

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冷却分析结果解释
冷却分析有很多结果,下面是经常用到的: 制件顶面温度(Temperature (Top), part) 这里所指的顶面(Top)是三角形单元的顶面,在显示时为兰色。这个结果描述了和制件单 元相接触的、 顶面一侧的制件和模具的界面, 也叫模具表面, 在一个成型周期内的平均温度。 这个温度和成型周期末段的模具温度很接近,但从技术的角度看,它是一个平均温度。 制件底面温度(Temperature (Bottom), part) 这里所指的底面(Bottom)是三角形单元的底面,在显示时为红色。同前面一个结果一样, 它所描述的也是模具表面在一个成型周期内的平均温度,只是接触的方向是单元的底面。 制件两侧温差(Temperature difference, part) 这个结果描述了制件顶面温度与底面温度的差异, 其值为顶面温度减去底面温度的差值。 所 以, 正值表示顶面比底面温度高, 反之则相反。 只有中层面模型才有这个结果, 因为 FUSION 模型没有制件底面温度这个结果。 冻结时间(Time to Freeze) 这个结果显示了从注射开始每个单元所需要的冻结时间, 即冷却到整个单元的截面温度都低 于材料数据库中所定义的顶出温度的时间。 最高温度(Maximum Temperature) 冷却结束时制件截面上的最高温度,根据模具表面的平均温度计算。 冷却液流动速率(Circuit Flow Rate) 在一个回路中冷却液流经某一单元时的流动速率。 当使用并联回路时, 这是一个很有用的结 果,因为在一般情况下,并联回路中管道的流动速率不均匀。 冷却液雷诺数(Circuit Reynolds number) 这是回路中某一单元中冷却液的雷诺数。 雷诺数是用来表征流体流动状态的一个纯数。 流动 状态为湍流时传热效率高。当雷诺数大于 2200 时,流体开始处于过渡流状态,大于 4000 时处于湍流状态。冷却分析时的缺省值是 10,000。与流动速率一样,当各条管道流动速率不 一致或采用并联管道时,这个结果很有用。 冷却液温度(Circuit Coolant Temperature ) 这个结果显示了冷却液流经冷却管道时的温度变化。 一般情况下, 冷却液温度的升高不要超 过 3? C。 管道表面金属温度(Circuit Metal Temperature) 这个结果显示了冷却管道表面。 即冷却液和金属的界面的温度。 这个温度应该不能比冷却液 温度高 5? C 以上。 通过这个结果我们可以看到回路中热量传递最高的部位。 如果这个温度太 高,则表明该部位需要加强冷却。

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