Moldflow 残余应力优化分析技术与应用
Moldflow CAE分析经验和原理整理
[MOLDFLOW] 绝对原创：Moldflow CAE分析经验和原理整理(自己总结)。
[复制链接] huangpanjiayou头像huangpanjiayou本版等级总等级帖子数22个人空间1#字体大小: 发表于2012-12-18 13:05 |只看楼主前面有陆续发过一些有关moldflow分析的经验总结，现在将我刚开始学习moldflow软件时总结整理的东西分享给大家，文档内容主要来自Moldflow 设计指南、先进塑胶成型技术论坛、自己经验的总结等，一共28页，150个经验分享，其中肯定会有部分内容存在表述不清或不准确的地方，大家可择其善者而从之，其不善者而改之。
该文档主要作技术交流学习用，不要做商业用途。
其实关于moldflow还有一些比较高级的研究方向，限于某种原因，不方便发出。
这也是我发的有关moldflow或模具成型方面的最后一贴，后续精力主要用于其它仿真软件的学习和应用。
骐骥一跃，不能十步；驽马十驾，功在不舍。
技术就是这样，需老老实实的学习探索，才能渐入佳境，最后海阔天空。
1.FUSION的corner effects是为了计算因产品存在明显拐角而在模内对产品产生的应力，是为了计算变形用的，而不是充填，至少5倍壁厚，这个是不能忽略的，并不是每个带折边的产品都要选corner effects，有时甚至会带来负面效果。
的确有时是否选Corner Effect比较难把握，5倍以上壁厚的深度是基本的。
Corner Effect是针对Fusion和Midplane这样2.5D求解器的，因为它们不能考虑厚度方向的应力，但3D就可以考虑三维的应力。
故在无法把握Corner Effect时，可以考虑用3D来直接分析。
2.模流分析与实际成型压力相差较大很正常。
首先要了解你看到的成型压力是在哪里得到的。
是成型条件表上的，还是成型机监测页面的？MF分析压力仅仅是sprue处的压力，与实际成型压力存在差异很正常。
Moldflow 模流分析 产品缺陷优化
目录1.Moldflow的应用流程2.成功案例分享（2个）3.Moldflow应用效益分析4.经验分享(4个)3、演讲内容简介§①、如何用Moldflow软件解决产品外观光泽度、生产效率和翘曲变形问题。
§分享成果：如何将理论知识与实践相结合，得出容易复制、可推广的破题思路。
§②、多维度挖掘产品变形的成因，建立全面、科学评估体系。
§分享成果：技术在于不断积累和更新，拥有强大的知识库才能规避各种缺陷，防重于治！Moldflow 流程介绍一、模具设计前期流程二、首次试模后流程M F 分析M F分析案例分享（一）——解决光泽度、生产效率与变形问题产品简介1、产品概况：产品是挂机空调上的一个零件，零件名称为导风门，位于出风口上，起摆风作用，在空调关机时，处于闭合状态，为一级外观件；产品尺寸：780 x 73 x 24 ；主体壁厚：中心3.5 MM，边沿2.5MM ;材料颜色牌号供应商ABS高光白HI-121LG2、产品要求：①、一级外观件，光泽度要求100以上；②、产品不能有缩痕和S形变形；③、装配间隙要求0.8MM以内;④、每模生产周期55 S ;1、产品外观面的光泽度不够, 不到97（要求100以上）；2、生产效率低，周期60秒；变形：反翘变形8MM3、升高模温后满足光泽度，产品变形和间隙大，反翘8 MM，间隙2MM （要求变形±1.5，装配间隙≤0.8 MM）间隙：2 MM 一、目前存在的问题二、原始方案§1、现状：前模热水45℃，后模、滑块接常温水25℃生产。
§2、目的：§缩小前后模的温差，防止产品变形超差。
§3、缺陷：§①、产品表面光泽度不够；§②、生产效率低；前模45℃后模25℃滑块25℃三、原因分析及改善方案（光泽度）1、原因分析：前模热水45℃，偏低，导致产品外观光泽度不够。
2、改善方案：提高前模水温；①、思路：模温机水温从45℃开始往上调整，每次上调5℃；②、现场验证：每次调整后连续生产30分钟（让模具上升到一个相对稳定的温度），并测量光泽度，直到60℃时，发现产品的光泽度达到103 ，符合要求（要求100以上）；③、进一步测试：再升高模温到65℃，经过检测，光泽度没有明显提高，反而导致产品冷却后变形超标。
moldflow第一主方向残余应力
moldflow第一主方向残余应力摘要：1.引言2.Moldflow 软件介绍3.第一主方向残余应力的概念4.Moldflow 中第一主方向残余应力的计算方法5.Moldflow 在第一主方向残余应力分析中的应用案例6.总结正文：【引言】在现代工业生产中，注塑成型技术被广泛应用于各种产品的生产制造过程中。
然而，在注塑成型过程中，由于模具、材料及成型工艺的诸多因素影响，产品表面及内部可能会产生残余应力。
为了提高产品质量和减少生产成本，有必要对注塑成型过程中的残余应力进行分析和优化。
Moldflow 软件作为一种专业的注塑成型模拟软件，能够有效地辅助工程师进行残余应力分析。
本文将介绍Moldflow 软件在第一主方向残余应力分析中的应用。
【Moldflow 软件介绍】Moldflow 是由Autodesk 公司开发的一款专业的注塑成型模拟软件，能够模拟塑料在注射成型过程中的流动状态、冷却过程以及成型后的残余应力分布。
通过Moldflow 软件，工程师可以预测和优化注塑成型过程中的各种问题，如缩短、翘曲、熔痕等，从而提高产品质量和降低生产成本。
【第一主方向残余应力的概念】在注塑成型过程中，由于冷却收缩和成型过程中产生的内应力，产品表面及内部会产生残余应力。
残余应力分为第一主方向残余应力和第二主方向残余应力。
第一主方向残余应力是指沿着产品成型方向的最大应力。
在实际应用中，第一主方向残余应力通常是影响产品性能的主要因素。
【Moldflow 中第一主方向残余应力的计算方法】Moldflow 软件中，第一主方向残余应力的计算方法主要采用有限元分析（FEA）技术。
通过将模具和产品划分为有限元网格，计算每个网格节点处的应力分布，从而得到第一主方向残余应力分布。
Moldflow 软件提供了丰富的计算参数和选项，以满足不同用户的需求。
【Moldflow 在第一主方向残余应力分析中的应用案例】假设一个电子产品的塑料外壳，采用聚酰亚胺（PI）材料进行注塑成型。
(完整版)MOLDFLOW分析报告2024
引言概述：MOLDFLOW分析是一种重要的工具，广泛应用于塑料制品设计和生产过程中。
它可以提供关于模具充填、冷却和固化的详细信息，帮助设计师优化模具设计，提高产品质量和生产效率。
本文将通过分析报告的方式，详细介绍MOLDFLOW分析的应用和意义。
正文内容：一、模具充填分析1.熔体流动模拟：对熔体在模具中的流动进行模拟，可以分析熔体的充填情况、充填时间和充填压力等参数，以及可能出现的缺陷，如短充、气泡等。
2.塑料充填模拟：通过模拟塑料在模具中的充填过程，可以评估模具的设计是否合理，以及可能存在的充填不良、厚薄不均等问题。
3.充填时间分析：根据模具充填模拟的结果，可以计算出塑料充填的时间，从而优化生产周期和工艺参数。
二、冷却系统分析1.冷却效果模拟：通过模拟冷却系统的布局和工艺参数，在模具充填结束后，对模具进行冷却效果的分析。
可以评估冷却系统的设计是否合理，以及可能存在的冷却不均、温度过高等问题。
2.温度分布模拟：根据冷却系统分析结果，可以计算出模具内部的温度分布，帮助优化冷却系统的设计和工艺参数。
3.冷却时间分析：根据冷却系统模拟的结果，可以计算出模具冷却的时间，从而优化生产周期和工艺参数。
三、固化模拟分析1.熔体固化分析：通过模拟塑料在模具中的固化过程，可以评估模具冷却效果和固化时间，避免可能出现的缺陷，如收缩、变形等。
2.温度变化分析：根据固化模拟分析结果，可以计算出模具内部的温度变化曲线，帮助优化冷却系统和固化参数的设计。
3.固化时间分析：根据固化模拟分析的结果，可以计算出模具固化的时间，从而优化生产周期和工艺参数。
四、缺陷分析1.模具缺陷预测：通过模拟模具充填、冷却和固化的过程，可以预测可能出现的缺陷，如短充、气泡、收缩等，并给出相应的解决方案。
2.缺陷修复优化：根据缺陷分析结果，可以优化模具设计和工艺参数，减少缺陷的发生，并提高产品质量和生产效率。
五、效果验证与总结1.效果验证：通过对MOLDFLOW分析结果与实际生产产品进行对比，验证分析的准确性和可靠性，并修正和改进分析模型。
moldflow第一主方向残余应力
Moldflow第一主方向残余应力引言在注塑成型过程中，由于高温和高压的作用，塑料制品会产生应力。
在注塑成型结束后，材料在冷却过程中会发生收缩，这会导致残余应力的产生。
本文将重点探讨M ol df lo w模拟中的第一主方向残余应力。
残余应力的定义残余应力是指材料在成型过程结束后，在冷却和固化过程中由于收缩而产生的内部应力。
残余应力对制品的性能和稳定性有重要影响，因此对其进行准确的分析和预测具有重要意义。
Moldf low模拟及其应用M o ld fl ow是一种用于预测注塑成型过程中塑料流动和冷却过程的计算机模拟软件。
它可以模拟塑料在模具中的填充过程、冷却过程以及制品的收缩和变形情况。
通过Mo ld fl ow模拟，可以对产品的性能、变形和残余应力等进行预测和优化。
第一主方向残余应力的影响因素第一主方向残余应力是指沿着塑料制品形成方向的应力分量。
它受到以下因素的影响：1.材料特性：不同的塑料材料具有不同的热膨胀系数和收缩率，这会导致残余应力的差异。
2.模具设计：模具的结构和尺寸对于残余应力的分布有重要影响。
例如，模具的冷却系统设计合理与否将直接影响到材料的冷却速度和收缩程度。
3.工艺参数：注塑工艺中的温度、压力和冷却时间等参数也会对残余应力的形成产生影响。
第一主方向残余应力的分析方法为了准确分析第一主方向残余应力，可以采用以下方法：1.Mo ld fl ow模拟：通过Mo ld fl ow软件进行模拟，可以得到塑料制品在成型过程中的填充和冷却过程，以及残余应力的分布情况。
2.样品测量：可以通过在注塑成型后测量塑料制品的收缩率和变形程度，并结合力学性能测试，来分析残余应力的大小和分布情况。
3.数值模拟：通过有限元分析等数值模拟方法，可以将塑料材料进行离散化，进行残余应力场的计算和分析。
结论第一主方向残余应力是注塑成型过程中不可忽视的因素，对于产品的性能和稳定性具有重要影响。
通过合理的材料选择、模具设计和工艺参数控制，以及采用M old f lo w模拟和其他分析方法，可以准确预测和优化残余应力，提高塑料制品的质量和市场竞争力。
如何使用MOLDFLOW来帮助产品设计优化,模具设计优化和工艺优化
优化前
25
优化后
案例 6 优化模具设计解决产品变形问题
优化前
优化后
优化后相应产生模温差，并且省掉了加工隔水片的费用和工时。
26
三、优化工艺参数
1、优化保压曲线 2、优化冷却水路温度 3、优化螺杆曲线
27
案例 1 优化工艺
产品: 材料: 目的： 车灯配光镜 PMMA 工艺调试变形 透明 优化工艺
原始方案: 流道完全冷却所需时间117秒, 如果 按照流道冷却50%时顶出, 成型周 期约75秒.
优化方案: 流道完全冷却所需时间68秒, 如果 按照流道冷却50%时顶出, 成型周 期约50秒.
打一个产品可以节约25s
24
案例 6 优化模具设计解决产品变形问题
产品: 材料: 问题: 结果: 配光镜 PC 变形 解决了变形问题
底部镶块的水温设置为25度 其他冷却水路温度不变, 为55度
32
案例 2 优化冷却水温度解决翘曲变形
5倍放大效果图，最大整体变形为： 1.119mm
5倍放大效果图，最大Z向收缩变形 为：1.2 mm
可见,变形量大大降低
33
16
二、优化模具设计
1、为模具设计人员提供最佳浇口位置和数量方案------浇口位置和数量的好坏是一幅 模具成功的一半 2、优化浇口尺寸和流道尺寸, 流动平衡, 缩短成型周期 3、优化冷却水路, 降低成型周期
17
案例 1 向模具设计提供最佳浇口方案
产品: 材料: 手套箱外观件 PA66+40% 目的：浇口位置对熔接线的影响
蓝色区域壁厚从3mm 增加至4.5mm，
6
案例 1 优化产品设计解决翘曲变形
优化结果
1.87mm
Moldflow 残余应力优化分析技术与应用
41
优化后
残余应力改善案例之一
试模结果
– 应力痕得到彻底改善
42
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之二
汽车连接器 主要问题：中间断裂 解决方案：改变浇口位置和数量 材料：PA66
43
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之二
原始产品分析结果
温度超过材料允许的最大 熔融温度
剪切应力超过材料允许 的最大剪切应力
44
剪切速率超过材料允许 的最大剪切速率
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之二
优化对比
优化前
优化后
1gate
CAD-IT 15th User Conference
45
2 gates
36
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之一
产品肉厚分布
37
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之一
问题分析
CAD-IT 15th User Conference
38
t=1.5 mm
t=1.0 mm
残余应力改善案例之一
实际产品问题
残余应力概念解释
残余应力---是指注塑件出模后残余在制品中未松弛的各种应力 之和，通常认为残余应力包括流动残余应力和热残余应力
1）流动残余应力 流动残余应力是熔融塑胶料填充流动过程中的剪切应力shear stress。如果这种剪切应力过大或分布不均匀，会造成尺寸变 化、分子链断裂、局部残余应力过大、制品强度下降
残余应力对电镀或喷漆工艺有较大的影响 一般用冰醋酸测试
MoldFlow软件应力分析及应用
MoldFlow软件应力分析及应用作者：麻向军文劲松前言随着塑料工业的迅速发展，塑料制品越来越多地取代金属件而用于结构件，在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等部门得到了广泛应用。
因此，必须全面了解制品在外加载荷和约束作用下的使用性能。
MPI/Stress通过对制品应力和变形的分析，帮助设计人员和工艺人员了解制品与应力相关的性能如强度、刚度、预期寿命等。
由于MPI/Stress集成于MPI 中，所以特别适合于注塑件的应力应变分析。
一、MPI/Stress简介目前，许多分析软件可以分析制品在载荷和约束作用下的应力变形。
MPI/Stress同样能够完成这些分析，即对制品进行小变形分析、大变形分析、屈曲分析、模态分析和蠕变分析。
由于MPI/Stress可以方便地与MPI/Cool、MPI/Flow、MPI/Fiber、MPI/Warp等模块集成，因此，能够考虑制品在成型过程中所形成的残余应力和残余应变，对于纤维增强复合材料制品，直接采用MPI/Fiber分析得到的力学性能数据，从而使其分析结果更为可靠。
小变形分析（Small Deflection Analysis）小变形分析即线性分析，主要用于制品的概念设计阶段。
通过分析制品在载荷和约束作用下的应力分布及变形程度，确定制品的使用性能，即制品能否满足强度和刚度的要求。
在此基础上，可以对制品的壁厚、加强筋的尺寸和材料的选择给出基本的评估。
大变形分析（Large Deflection Analysis）大变形分析即非线性分析，用于评估制品在大载荷作用下的性能。
众所周知，非线性分析不仅计算量大，而且求解过程容易发散。
MPI/Stress提供了载荷控制和位移控制两种方法供用户选择。
在求解策略上，软件不仅提供了人工确定增量步长和选择求解器的方法，而且提供了自动确定增量步长和选择求解器的方法，这一方法能够根据非线性问题求解过程不同阶段的收敛情况，自动选择增量步长和可靠的求解器，避免了非线性问题求解固有的难于收敛的困难，同时使求解效率大大提高。
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方向性密度(Orientation intensity)
CAD-IT 15th User Conference
流动残余应力产生过程
4
CAD-IT 15th User Conference
4
热残余应力概念解释
2) 残余热应力 是由于制品收缩不均产生的内应力，不仅影响制品 的力学、光学性能，而且在很大程度上决定制品的 最终几何形状
成型材料
34
CAD-IT 15th User Conference
电镀层开裂、脱落
电镀件改善案例
之前应力：0.33MPa
CAD-IT 15th User Conference
35
之后应力：0.25MPa
残余应力改善案例之一
产品：电子器件Up housing 材料： PC+ABS 模具形式：二板模 冷流道 问题点：应力痕，调机无法解决
残余应力测量原理
由于流动过程中剪切应力存在差异，剪切应力大的地 方分子更多的沿着流动方向排列，导致此处结晶程度 加大，结晶程度的差异会导致透光率的差异，从而反 应出亮度不同的光泽
结晶度高的区域，与其他部位相比，分子排列更加紧
密，分子之间的相互作用力加大，致使这里的密度、
刚性和强度都增加。这种物理和机械性能的不均匀，
27
CAD-IT 15th User Conference
应力分布
两种方案的最大应力及分布相近，加厚Boss的方案 产品应力分布更均匀，且受力位置强度增强，有利 于改善开裂问题
原始方案
CAD-IT 15th User Conference
28
Boss柱加厚
应力分布—改善结果
改善效果对比
29
CAD-IT 15th User Conference
裂痕研究实验
[配向方向 1st残余应力结果]
[相等IPA] 药水试验
10-15MPa （同条件实际模型）
Isopopanol IPA
裂痕实验
21
受到约10MPA 的夹差之后，裂痕产生
残余应力发生原因是：非剪切，而是收缩
CAD-IT 15th User Conference
收缩变形、确定避免裂痕条件
36
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之一
产品肉厚分布
37
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之一
问题分析
CAD-IT 15th User Conference
38
t=1.5 mm
t=1.0 mm
残余应力改善案例之一
实际产品问题
根据分析检查证实
Packing Mpa
保压时间Sec， Durating
2.0 180
170 0.5
良品条件
1 st条件
22
170MPa, 0.5sec,0.7mm 成为类似产品的标准
0.7
1.0
厚度mm：Thickness
CAD-IT 15th User Conference
Boss柱强度改善
分析结果：残余应力
残余应力差越大，应力痕越明显
15
CAD-IT 15th User Conference
开裂 、强度不足
开裂、强度不足问题
Moldflow 标准指标
改善方向
Moldflow分析结果
开
1）Stress in first principal direction（主要是未加填充
裂、
残余应力对电镀或喷漆工艺有较大的影响 一般用冰醋酸测试
32
CAD-IT 15th User Conference
电镀层开裂、脱落
电镀件改善案例
33
Size before:1.5*1*0.2 mm
Size after:3*1*0.28mm
a
c
CAD-IT 15th User Conference
11
体积收缩值越小越均匀，应
体积收缩 力痕越不明显
Volumetric shrinkage
残余应力
残余应力差越大，应力痕越 Stress in first principal
明显
direction
ห้องสมุดไป่ตู้
CAD-IT 15th User Conference
分析结果：到达顶出温度的时间
Boss先冻结，底面后冻结，在结合处产生应力，当 应力足够大时，将产生应力痕
残余应力改善案例之二
优化对比—流动模式
优化前
优化后
滞流
OK 46
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之二
优化对比—温度
温差大
47 温度均匀
• 最大熔融温度：280 ℃ • 优化前：薄筋条位置超过最大熔融温度，且温差大 • 优化后：薄筋条位置没有超过最大熔融温度，温度均匀
导致制品在成型之后产生残余内应力。
8
CAD-IT 15th User Conference
残余应力解决方案
针对残余应力产生的原因，提供相应的解决方案
1）降低流动应力值
常用方法：减小注射速度、适当增加加工温度、升高模具 温度改善制品结构、增加浇口尺寸及数量等
2) 减小热应力值
常用方法：改善制品结构、调整制品壁厚、优化设计模具
制品开裂
充气阀门 制品局部残余应力集中，受力后开裂
30
CAD-IT 15th User Conference
制品开裂改善—充气阀门
调整成型工艺改善参与应力—适当降低加工温度、模具温 度，减小保压压力值，从而减小热应力
31
CAD-IT 15th User Conference
电镀层开裂、脱落
41
优化后
残余应力改善案例之一
试模结果
– 应力痕得到彻底改善
42
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之二
汽车连接器 主要问题：中间断裂 解决方案：改变浇口位置和数量 材料：PA66
43
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之二
两条亮线 39
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之一
改善对策
肉厚平缓过渡
t=1.5 mm
t=1.0 mm
40
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之一
改善效果
– 应力痕得到解决
优化前
CAD-IT 15th User Conference
5
CAD-IT 15th User Conference
热残余应力产生过程
6
CAD-IT 15th User Conference
6
残余应力的测量
如果塑料制品透明，可以通过透光程度的不同来观察 残余应力的大小和分布。下面几个图片是透明件的透 光照片，暗处是应力比较高的地带。
7
CAD-IT 15th User Conference
原始产品分析结果
温度超过材料允许的最大 熔融温度
剪切应力超过材料允许 的最大剪切应力
44
剪切速率超过材料允许 的最大剪切速率
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之二
优化对比
优化前
优化后
1gate
CAD-IT 15th User Conference
45
2 gates
剂的易脆性材料）
强 残余应力 越小越好
2）Stress，Mises-Hencky
度 不
主要是未加填充剂的易脆性
16
材料）
足
剪切应力 不超过材料许 Shear stress
用值
熔接痕
夹角越大，远 Weld lines 离受力区域
CAD-IT 15th User Conference
分析结果：残余应力分布
在boss柱位置切面体积收缩的差异加大
25
CAD-IT 15th User Conference
应力分布
在boss位置的根部均有应力集中现象，但为断裂的 两个boss在根部的肉厚要多，所以强度要好
26
CAD-IT 15th User Conference
应力分布
左图为原始方案的应力分布，右图为均匀冷却条件下 应力分布，均匀冷却使Boss柱根部应力集中减弱
残余应力概念解释
残余应力---是指注塑件出模后残余在制品中未松弛的各种应力 之和，通常认为残余应力包括流动残余应力和热残余应力
1）流动残余应力 流动残余应力是熔融塑胶料填充流动过程中的剪切应力shear stress。如果这种剪切应力过大或分布不均匀，会造成尺寸变 化、分子链断裂、局部残余应力过大、制品强度下降
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之二
优化对比—剪切应力
应力超标
48 OK
•材料推荐的最大剪切应力：0.5MPa •优化前：薄筋条位置剪切应力明显超标 •优化后：薄筋条位置剪切应力没有超标
CAD-IT 15th User Conference
残余应力改善案例之二
冷却系统、保持模具温度均匀等
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CAD-IT 15th User Conference
残余应力缺陷分析及优化
残余应力缺陷通常表现为 应力痕 开裂、强度不足，皮层脱落（电镀、涂装产品） 光学产品双折射
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CAD-IT 15th User Conference
应力痕Moldflow应用指标