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MoldFlow软件在汽车机电领域的应用  

2012-03-19 10:01:13|  分类: 工程塑料 |  标签: |举报 |字号 订阅

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MoldFlow软件在汽车机电领域的应用

 摘?要本文论述了纤维增强材料对机电产品性能的影响,并通过一个汽车零件的成型模拟分析,描述了MPI/FIBER模块如何确保使用纤维材料成型的机电产品的品质。

 

  关键词玻璃纤维;汽车零件;MPI/FIBER

 

  中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)051-0159-01

 

  短纤维增强树脂基复合材料由于具有高的强度、弹性模量、刚度以及抗蠕变性能好等优点,近年来在汽车配件领域得到了广泛的应用。MPI/Fiber通过对短纤维增强树脂基复合材料的填充和保压过程进行模拟计算,能够可靠地预测纤维趋向程度,从而为预测制件的力学性能及随后的翘曲及应力分布提供可靠的依据。

 

  1MPI/Fiber简介

 

  纤维增强复合材料制件的许多性能与纤维趋向有关。MPI/Fiber实际上是在常规流动分析即MPI/Flow的基础上,进一步预测制件中的纤维趋向。

 

  目前,MPI的填充材料数据库包含了大部分常用的填充材料如玻璃纤维碳纤维石棉纤维硼纤维钢纤维合成材料纤维等,可用于绝大多数复合材料制件的分析。

 

  MPI/Fiber通过对纤维增强树脂基复合材料填充和保压过程的分析,不仅为我们提供常规流动分析的结果如填充时间、压力、温度、熔接痕、气穴等,还可以提供与纤维增强有关的模拟结果,帮助我们进行工艺优化。下面列出的是与纤维增强有关的模拟结果。

 

  1)纤维平均趋向。纤维趋向是决定制件力学性能的主要因素,但是影响纤维趋向的因素较多。MPI/Fiber可以预测纤维在整个成型过程中纤维的运动及纤维在制件厚度方向的平均趋向。通过优化填充形式和纤维趋向以减小收缩变形和制件的翘曲,并尽可能使纤维沿制件受力方向排列以提高制件的强度。

 

  2)纤维趋向张量。注射成型结束时制件厚度方向不同位置的张量分布,是计算制件在成型过程中热-机械性能和制件残余压力的重要依据。

 

  3)制件的力学性能。注射成型结束时制件厚度方向不同位置的力学性能如弹性模量剪切模量泊松比。由于考虑了制件的实际成型条件对力学性能的影响,大大提高了制件翘曲分析及应力分析的精度。

 

  4)制件的热膨胀系数。注射成型结束时制件厚度方向不同位置的纵向(流动方向)和横向(垂直于流动方向)的热膨胀系数。

 

  2MPI/Fiber应用实例

 

  在运用CAE软件之前,我们的产品往往由于翘曲变形量过大而不得不多次修模。为了提高产品质量,缩短产品开发周期,我们引进Moldflow软件(Moldflow软件是美国MOLDFLOW公司的产品,改产品是一款专门针对模具设计和塑料成型的CAE软件,是目前塑料模具分析领域的领导者。它不仅能够模拟分析热塑性塑料熔体进入模具的流动过程,而且可以对塑料的浇口位置、压力分布、冷却过成以及注塑工艺条件等进行模拟分析,协调设计人员及早发现模具和成型质量方面存在的问题,从而可以敏捷地修改设计方案,有效的降低成本,缩短周期)中的FLOW/COOL/WARP/FIBER模块进行分析,通过对塑件成型过程进行模拟计算,着重是预测纤维取向对制件翘曲变形的影响,并验证优化方案的合理性,从而帮助我们确定合理的产品结构设计、浇口位置及数量、流道排布及工艺参数设定,大大降低了产品的试模次数。以下就是我们利用Moldflow软件进行分析的一个实际案例。

 

  2.1建模

 

  在UG中建立制件实体模型,通过STP文件格式读入MPI并划分好有限元网格,流道和冷却系统在MPI中创建。制件模型和流道、冷却系统如图1所示。

 

  图1制件纤维平均趋向

 

  2.2工艺条件

 

  制件材料选用BASF Customer Specific Grades 公司的Ultramid B3GM35 Q641,玻璃纤维的重量比为15%。工艺参数为:熔体温度280℃,型腔温度85℃,注射时间为1.38Sec,保压时间为10s,保压压力为注射压力的80%,冷却时间为20s。

 

  2.3模拟结果

 

  按照上述工艺条件,对制件的填充、保压、冷却和翘曲过程进行了分析,得到制件弹性模量分布。可以比较冷却不均、收缩不均、纤维取向这三个因素对制件总的翘曲的贡献程度。可见,纤维的取向是引起制件翘曲的主要原因。依据这个模拟结果,我们就可相应的改变浇口位置或制件结构,并通过Moldflow软件验证优化方案,从而使纤维取向更合理,保证产品的尺寸合格。

 

  3结束语

 

  Moldflow软件通过对短纤维增强树脂基复合材料填充、保压、冷却和翘曲过程的模拟,帮助设计人员全面了解浇口分布、制件结构对制件质量及纤维趋向的影响,从而保证产品的翘曲变形量在公差范围内。这对于提高纤维增强复合材料制件的质量具有重要的指导意义。

 

  参考文献

 

  [1]赵素合主编.聚合物加工工程.北京:中国轻工出版社,2001.

 

  [2]李德群.塑料成型工艺及模具设计.北京:机械工业出版社,1994.

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