真空铸型模拟例子

DVD机面板的真空铸型模拟

在本试验的仿真分析中，将用到2个软件MOLDFLOW和PROCAST分别对最佳浇口位置和高聚物充型过程进行模拟分析。操作流程为：首先用MOLDFLOW进行浇口位置分析，寻找出最佳浇口，然后在最佳浇口位置已经确定的情况下用UGS画出相应的模具，然后再将塑料面板和画好的模具导入到PROCAST进行装配，输入相应的参数进行模拟仿真分析。其流程分别如下图1-1和图1-2所示

图1-1 浇口数目和位置优化流程图图1-2PROCAST模拟分析流程

1.1 建模

要将三维模型导入ProCAST软件进行模拟，首先必须进行文件格式转换。三维设计软件与有限元分析软件的接口文件方式可分为两大类，一类是专用接口是指分析软件专门针对某种造型软件数据格式制定如ProCAST针对UG的PARASOLIDS 格式文件接口。另一类是通用接口即通过标准格式文件进行数据交换如IGES、STP、STL等。根据功能的不同又可以分为实体包括线框与表面格式和有限元FEM 格式。CATIA与ProCAST之间没有专用接口只有通用接口。通过试验发现由IGES、STP、STL导入进行

网格划分都产生缺陷，考虑到ProCAST针对UG 的PARASOLIDS 格式文件接口为专用接口，将原型件先以STP格式保存，然后导入UG中打开，再将文件以PARASOLIDS格式保存，最后导入ProCAST中划分网格，没有产生缺陷。网格长度为0.08英寸（2.032毫米），总节点数为115843，两种材料包括硅胶模（由于上、下模均为硅胶模，为了减少计算机运算时间，方便模拟，将其合成为一体）和原型件，总的四边形网格单元数为639355。

（a）DVD面板三维模型反面（b）DVD面板三维模型正面

图1-3 DVD面板三维模型

图1-4 数值模拟用塑料面板

1.2 面板最佳浇口位置的数值模拟

用MOLDFLOW进行浇口位置分析，寻找出最佳浇口。MOLDFLOW的分析功能很强大，有很多个模块组合可以得出很多组数据，在此我们只需要用到MOLDFLOW的浇口位置分析模块，对于几何形状既定的塑料面板其最佳浇口位置应该是固定的，所以在使用MOLDFLOW进行分析的时候材料和工艺参数可以使用系统默认的而无需再进行设置。

模拟结果分析

用MOLDFLOW进行分析后，模拟结果如图1-5 所示

图1-5a 用MOLDFLOW分析的结果（反面）

图1-5b 用MOLDFLOW分析的结果（正面）

由MOLDFLOW分析的结果可知，最佳浇口位置应该处于DVD机碟片弹窗口的一侧，实际表明，由于该塑料面板是个薄壳型件，高聚物在充型过程中充型时间不能过长，所以最好采用双浇道充型，综合以上因素可将充型时候的浇道设计在DVD机碟片弹窗口的两侧，以缩短充型时间缩短该局无的流动行程。

1.3 面板真空铸型的数值模拟

由前面MOLDFLOW分析出的最佳浇口位置，可以对DVD的塑料面板进行模具结构进行设计，由于PROCAST自身没有建模的功能，所以DVD塑料面板的模具也必须在其他三维软件里面建好模，然后再导出PRASOLID格式，再将模具导入到PROCAST里面进行装配，由于塑料面板的形状比较复杂，所以最好使用一模一腔的浇注形式，模具结构和装配图如图1-6 所示

图1-6 浇注模具示意图

图中1.5.浇口，2.下模，3.上模，4.型腔。

在模具，零件都装配好之后将其整体导入到PROCAST中进行网格的划分以及体网格的划分，还有边界条件的设定。如图1-7 所示

图1-7a 零件网格示意图

图1-7b 上模网格示意图

图1-7c 下模网格示意图

网格生成之后，需要对模拟的各个参数进行设定即边界条件设定，不同的参数和成型条件对于塑料面板的充型会有不同的影响如成型温度，真空度，换热系数，熔体黏度等。

在DVD 塑料面板真空成型的过程中，熔体在流到和型腔中的流动除与溶体本身的性能有关系外还与边界条件有关，具体的边界条件有，模具温度，熔体温度，型腔内的真空度和模具壁面与熔体间的换热系数等。为了验证不同的边界条件对真空成型的影响我们设定如下的边界条件组。

本次模拟设置了以下参数：界面换热系数（ //2

m W ），型腔真空度（bar ），熔体温度（℃），模具温度（℃），浇注速度（g/sec ），冷却条件。进行了6次不同参数的模拟

表1-1 模拟边界条件参数组

为了使边界条件的前提一致，我们在划分网格的时候都用同以网格数值大小，经过试验，我所使用的DVD塑料面板网格大小为0.07时网格划分状况良好。

1.4 模拟结果分析

1-3组模拟结果分析

在模具温度均为70℃，熔体温度第一组为30℃，第二组为40℃，换热系数为100w/(m2·k)，真空度均为0.005bar时，1组的填充时间为7S，2组的填充时间为0.15S.充型结果用云图表示如1-8 所示。

第一组中熔体温度为30℃时，填充体积百分比云图

第二组中熔体温度为40℃时，填充体积百分比云图

图1-8，不同熔体温度下填充体积百分比云图

填充体积百分比简单的理解可以将其理解为填充的充型率，图中红色部分为填充完整的部分，即填充率100%的部分，其他颜色都是有填充不完全的现象的部位，应更改参数以提高制件的充型质量，第一组中的填充云图可以看出，当熔体温度为30时，只有两凸耳之处有填充不完全的现象，当熔体温度为40℃时填充云图显示侧面的凸出也出现了填充不完全的现象，熔体流动时的温度高低与熔体的黏度有很大关系，从而影响熔体的充型能力，所以在充型时熔体温度的控制应该在一定范围之内，以保证充型率从而提高制件的充型质量。

第一组中换热系数为100 w/(m2·k)时，充型结束时的制件温度分布云图

第三组中换热系数为500 w/(m2·k)时，充型结束时的制件温度分布云图

图1-9，不同换热系数下制件最终温度的分布云图

由图1-9中两种不同换热系数时最终的温度云图分析可知，换热系数影响着制件的最终温度（模具温度相同时），而制件的最终温度对于制件的成型质量有很大影响，温度过高保温凝固后，取出时仍有可能发生翘曲变形，而在同意模具中能以较低的制件温度凝固发生翘曲变形的可能性要小得多。因此本实验中换热系数应在许可的范围内尽量选择偏大一点。对于制件成型的质量提高有帮助。另外换热系数的大小对于充型过程中熔体的流动性能有很大影响，换热系数大，熔体的温度容易受外界条件的影响，从而影响熔体的流动黏度，间接影响到熔体的充型质量。所以，换热系数的大小也应该设置在一定范围之内，不能过大也不能过小。

1.4.1 填充分析

第4组模拟结果显示的填充过程如图1-10所示。

(a)第100步充填结果