材料成型CAE技术及应用
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1.3 Autodesk Moldflow软件介绍

Moldflow软件是Moldflow公司的产品,该公司自1976年发行了世界上第一套塑料注塑成型流动分析软件以来,几十年来以不断的技术改革和创新一直主导着CAE软件市场。2000年4月,Moldflow公司收购了另一个世界著名的塑料成型分析软件C-MOLD,提出了“进行广泛的注塑过程分析”的理念。2008年6月13日设计软件厂商欧特克公司(Autodesk,Inc.)宣布完成收购Moldflow公司,并将进一步集成现有全球性支持机制及经销合作伙伴,持续为Moldflow客户提供产品维护及服务;现持有Moldflow维护合约(Maintenance Agreement)的客户,将转入Autodesksubscription产品维护及服务合约之中。借助收购专业模流分析软件Moldflow公司,将有助于Autodesk为企业提供完善的塑胶元件最佳化设计工具,并进一步拓展现有数字化原型(Digital Prototyping)方案之技术产品完整性。Moldflow软件为企业产品的设计及制造的优化提供了整体的解决方案,帮助工程人员轻松地完成整个流程中各个关键点的优化工作。

在产品的设计及制造环节,Moldflow提供了两大模拟分析软件:AMA(Autodesk Moldflow,Moldflow,塑件顾问)和AMI(Autodesk Moldflow Insight,Moldflow高级成型分析专家)。

AMI致力于解决与塑料成型相关的广泛的设计和制造问题,对生产塑胶产品和模具的各种成型包括一些新的成型方式,它都有专业的模拟工具。软件不但能够模拟最普通的成型,还可以对为满足苛刻设计要求而采取的独特的成型过程来模拟。在材料特性、成型分析、几何模型等方面技术的领先,让AMI代表最前沿的塑料模拟技术,帮助我们缩短开发周期,降低成本,并且让团队可以有更多的时间去创新。

AMI包含了最大的塑胶材料数据库,用户可以查到超过8000种商用塑胶的最新、最精确的材料数据,因此可放心地评估不同的备选材料或者预测最终应用条件苛刻的成型产品的性能。软件中也可以看到能量使用指示和塑胶的标识,因此可以更进一步地降低材料能量并且选择对可持续发展有利的材料。

AMI赋予设计者深入的分析能力并且帮助他们解决最困难的制造问题。由于分析结果高度可信,甚至对于最复杂的产品模型,AMI也能够使设计者在模具制造前预测制造缺陷,真正地减少费时、费钱的修模工作。通过完善的控制分析过程参数和广泛的可定制的结果,AMI能够将分析结果和实际成型条件精确关联,帮助预测潜在问题并采取改善措施去避免。一旦分析完成,可以使用自动报告生成工具制成普遍格式(HTML,Microsoft Word,PowerPoint)的报告,这样就可以和设计者、制造团队的其他人员分享有价值的模拟结果,提高协同性,使开发更流畅。

不同的产品提供不同的功能性级别,Autodesk致力于帮助CAE分析师、塑胶产品设计者、模具制造者去创建精准的数字样机,从而花更少的费用使更好的产品推向市场。

Autodesk是世界领先的工程软件提供商之一,它提供的软件能帮助企业在产品还没有正式生产之前体验其创意。通过为主流制造商提供强大的数字样机技术,Autodesk正在改变制造商思考设计流程的方式,帮助他们创建更加高效的工作流程。Autodesk的数字样机方案具有独一无二的可扩展、可实现、经济高效的解决方案,支持为数众多的制造商在几乎不改变现有工作流程的前提下,享受到数字样机带来的益处,并能够以直观的方式在多种工程环境中创建和维护单个数字模型。

Moldflow整体解决方案随着塑料工业以及和塑料相关产业的蓬勃发展,塑料行业的竞争日趋激烈,一方面原材料价格及人力成本不断上涨,另一方面产品的销售价格不断下降而产品的质量、功能等要求不断的提高,交货周期要求更短。为适应市场的要求,许多企业都进行了技术创新,引进了高精尖的硬件设备,比如高档的注塑机,自动化的辅助系统,并解决了很多难题和创造了相当大的效益,但硬件能充分发挥的前提是设计优化。但目前大多数企业的产品设计、模具设计及产品制造的各环节分布在不同公司、不同地域或同一公司的不同部门,产品设计和模具设计主要独立地靠经验来完成,设计阶段很少系统地考虑制造的问题。这样没有经过优化的设计方案势必会导致制造成本的增加和开发周期的延误,因此要提升业界的技术水平,持续地降低制造成本,就必须将产品设计、模具设计和产品制造,供应商评估等资源进行有效地整合。而Moldflow正是为企业整合制造链的有效工具。经过30多年的持续努力和发展,Moldflow已成为全球塑料行业公认的分析标准。AMA简便易用,能快速响应设计者的分析变更,因此主要针对注塑产品设计工程师、项目工程师和模具设计工程师,用于产品开发早期快速验证产品的制造可行性,AMA主要关注外观质量(熔接线、气穴等)、材料选择、结构优化(壁厚等)、浇口位置和流道(冷流道和热流道)优化等问题。AMI主要用于注塑成型的深入分析和优化,是全球应用最广泛的模流分析软件。AMI不仅可以考虑传统注塑问题,还可分析双色注塑(Over-Molding)、气体辅助注射(Gas-assistant Molding)、共注成型(Co-Injection)、注压成型(Injection-Compression)、发泡注射成型(Mucell)、光学的双折射分析(Birefringence)等问题。近期兴起的热流道动态进料系统也可在AMI中进行模拟,此外还可分析热固性材料的反应成型以及电子芯片的封装成型。AMI广泛用于汽车、医疗、3C、航空航天以及封装等所有与塑料相关的行业。

2009年7月7日,欧特克公司宣布将推出最新版本的Autodesk Moldflow 2010软件。欧特克制造业解决方案部负责数字工厂和工业设计的全球副总裁Samir Hanna先生表示:“我们致力于帮助制造商减少差错,提高注塑模具的性能表现,从而提高塑料产品的质量,加快产品上市的速度。第一版的Autodesk Moldflow 2010软件简化了我们的产品线,让客户能以较低的成本获得更多的价值。而第二版Autodesk Moldflow 2010软件的推出将为客户带来前所未有的仿真分析精确度,从最初的产品设计一直到制造加工,客户可以随时解决问题,优化他们的塑料产品。”

(1)最新版功能

此次发布的第二版Autodesk Moldflow 2010软件产品的新增和强化功能包括:

1)CAD集成性更强。欧特克增强了Autodesk Moldflow Insight 2010对多种CAD应用程序的支持。目前,Autodesk Moldflow Adviser和Autodesk Moldflow Insight软件能直接导入由Autodesk Inventor软件创建或修改的CAD模型。Autodesk Moldflow Insight用户可以一次性导入部分或全部组件。一旦CAD模型导入完毕,用户即可完全控制网格处理,并可对需要进一步细化处理的特定点进行表面网格细化,同时维持其余部分的粗化状态不变。

2)精确度更高。塑料产品的三维模型网格划分技术的改善直接提高了设计和加工的预测精度。例如,在零件从厚转薄的部分,以及在转角和边缘部分,软件能够提供更好的网格质量。

3)速度更快。单一的三维模流分析使用多个中央处理器(CPU)内核,可充分发挥硬件升级带来的好处。多线程技术将Autodesk Moldflow软件的分析速度提高了两倍(取决于模型)。Autodesk Moldflow软件还率先将NVIDIA公司尖端的GPU技术与多个CPU内核结合使用,从而进一步提高了分析计算速度。

(2)高级成型分析功能特性

Moldflow的产品用于优化制件和模具设计的整个过程,提供了一个整体解决方案。Moldflow软、硬件技术为制件设计、模具设计、注塑生产等整个过程提供了非常有价值的信息和建议。AMI在功能上可以划分为:

1)API/FUSION(双层面网格模型),分析形状特征复杂之薄壳类塑胶零件。它基于Moldflow的独家专利的Dual Domain(双层面)分析技术,直接从CAD软件中提取实体表面产生网格。FUSION网格大大降低前期网格处理时间,能快速对产品进行流动、冷却,翘曲等分析。它以最快的网格处理及最佳的网格质量和准确的分析结果成为应用广泛的薄壁件分析的网格形式。

2)API/3D(3D实体模型)即模拟粗厚件产品的塑料流动分析。

3)API/Midplane(中间面网格模型),分析肉厚较均匀之薄壳类塑胶零件。它提取实体壁厚的中间面作为网格外形,并赋予它厚度,使用较少的网格数目快速分析得到最精确的分析结果。

4)AMI/Flow 模拟热塑性材料注塑成型过程的填充和保压阶段,以便预测塑料熔体的流动行为,从而可以确保可制造性。使用AMI/Flow可以优化浇口位置、平衡流道系统、评估工艺条件以获得最佳保压阶段设置来提供一个健全的成型窗口,并确定和更正潜在的制品收缩、翘曲等质量缺陷。

5)AMI/Gas模拟气体辅助注塑成型,这种成型方法是将气体(通常为氮气)注入树脂熔料中,气体推动树脂流进型腔完成模具填充,并在整个组件内创建一个中空通道。AMI/Gas分析结果可帮助确定树脂和气体入口位置、气体注入之前要注塑的塑料体积以及气道的最佳尺寸及位置。

6)AMI/Co-Injection模拟连续的协同注塑过程,即首先注塑表层材料,然后注塑不同的芯层材料。分析结果中可以查看型腔中材料推进情况,并在填充过程中查看表层和芯层材料之间的动态关系。使用结果可优化两种材料的组合,从而使产品的总体性价比最大。

7)AMI/Injection Compression模拟树脂注入和模具压缩同时发生和连续发生的过程,并可以对注入树脂之前,期间或之后开始的压缩阶段进行优化。分析结果全面评估可选的材料、零件设计、模具设计以及工艺条件。

8)AMI/MuCell模拟微孔发泡(MuCell)注塑成型工艺﹐即将某种超临界液体(如二氧化碳或氮)与融化的树脂混合在一起,并将其注入模具来产生微孔泡沫。通过AMI/MuCell可以评估使用此工艺与传统注塑成型的可行性和优点。另外,也可以通过查看各种分析结果来优化产品设计和工艺设置。

9)AMI/Design-of-Experiments可以执行一系列自动化分析,改变初始指定参数,例如,模具和熔体温度﹑注射时间﹑保压压力和时间以及产品壁厚。此模块分析出来的结果可以帮助优化工艺参数和最终成型的产品质量。结果可用于查看收缩率、注射压力、锁模力和熔料流动前沿温度以及充填时间、压力和温度分布等。

10)AMI/Cool提供用于对模具冷却回路、镶件和模板进行建模以及分析模具冷却系统效率的工具。可以优化模具及冷却回路设计,获得均匀的冷却效果,最小化循环周期,消除由于冷却因素造成的产品翘曲,从而降低模具总体制造成本。

11)AMI/Warp帮助预测由于工艺引起的应力所导致的塑料产品的收缩和翘曲,也可以预测由于不均匀压力分布而导致的模具型芯偏移,明确翘曲原因,查看翘曲将会发生的区域,并可以优化设计、材料选择和工艺参数以在模具制造之前控制产品变形。

12)AMI/Fiber帮助预测由于含纤维塑料的流动而引起的纤维取向及塑料/纤维复合材料的合成机械强度。了解和控制含纤维塑料内部的纤维取向是很重要的,这可以减小成型产品上的收缩不均,从而减小或消除产品的翘曲。

13)AMI/Shrink基于工艺条件和具体的材料数据,能预测树脂收缩率,并且能正确预测出独立于翘曲分析的线性收缩率。因为塑料产品冷却时会收缩,因此在设计模具时,有必要计算出这个收缩量,以便满足主要产品公差。

14)AMI/Stress预测受到各种形式的外部载荷时,塑料产品的成型后性能。该分析考虑注塑成型期间塑料流动的影响,以及产品成型后的综合机械性能。

15)AMI/Fill可以获得最佳浇注系统设计。主要用于查看制件的填充行为是否合理,填充是否平衡,能否完成对制件的完全填充等。它的分析结果包括填充时间、压力、流动前沿温度、分子趋向、剪切速率、气穴、熔接线等。分析结果有助于选择最佳浇口位置、浇口数目、最佳浇注系统布局。

16)AMI/Gate Location系统自动分析出最佳浇口的位置。如果模型需要设置多个浇口时,可以对模型进行多次浇口位置分析。当模型已经存在一个或者多个浇口,可以进行浇口位置分析,系统会自动分析出附加浇口的最佳位置。

17)AMI/Runner Balance可以帮助判断流道是否平衡并给出平衡方案,对于一模多腔或者组合型腔的模具来说,熔体在浇注系统中流动的平衡性是十分重要的,如果塑料熔体能够同时到达并充满模具的各个型腔,则称此浇注系统是平衡的。平衡的浇注系统不仅可以保证良好的产品质量,而且可以保证不同型腔内产品的质量一致性。它可以保证各型腔的填充在时间上保持一致,保证均衡的保压,保持一个合理的型腔压力和优化流道的容积,节省充模材料。

18)AMI/Molding Window帮助定义能够生产合格产品的成型工艺条件范围。如果位于这个范围,则可以生产出好质量的制件。除以上分析类型外,AMI还能够对热固性反应成型进行模拟,同时也可以对同一个产品模型进行多个类型的综合分析。比如,当我们需要了解产品的流动及翘曲等情况时,通常会使用AMI/Flow+Warp分析功能,这时AMI的Flow和Warp这两个分析功能就会同时进行。