注塑成型仿真

特征

注塑分析是对从注塑机注入模具的树脂的填充行为进行分析。
它是产品设计和模具规格设计中对塑料制品的常见分析，可以预测流动模式、树脂压力分布、树脂温度分布、熔接线产生位置等。根据获得的结果，可以预测是否成型是否可能，并在制造模具时进行初步研究。

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注塑成型分析细节

在注塑成型分析中，填充保压分析和翘曲分析是注塑成型过程中的重要模拟。

填充和保压分析

填充保压分析是模拟树脂如何流入模具（填充过程）以及随后的保压阶段（施加保压以抑制树脂收缩）的分析。具体来说，它侧重于以下几点：

填充解析：模拟树脂注入模具内型腔（决定成型品形状的空间）并填充型腔的情形。根据树脂的流动、流动速度、温度分布、压力分布等，判断能否成型以及适当和理想的成型条件。
保压分析：填充完成后，模拟施加保压压力以补偿树脂冷却和收缩的过程。检查是否有凹痕、空洞和缺料。
冷却分析：模拟模具内部由于热传导和热传递而产生的冷却行为。计算模具表面温度和树脂温度分布，并考虑冷却回路的布局和冷却剂的温度。可与填充和保压分析相结合。

翘曲分析

翘曲分析除了上述的填充、保压分析外，还对成型品在冷却过程中发生的翘曲进行分析，模拟树脂在注塑后冷却固化时，因收缩不均匀而产生的翘曲、变形。

翘曲分析：根据充填、保压、冷却分析的结果，预测成型品脱模后的收缩、翘曲。翘曲的原因可分为冷却差异、收缩差异、取向差异三类。一旦查明原因，即可考虑改变浇口位置或成型条件等解决方案。

案例研究-1

浇口位置优化

对汽车零部件的油底壳进行建模，优化浇口位置，减少法兰的翘曲变形。树脂沿法兰流动，增加纤维取向，提高刚性。将分析得到的翘曲变形与实际翘曲变形进行比较，发现结果非常吻合。

详情请参见CAE案例研究“翘曲分析的准确性验证”。

案例研究-2

验证“翘曲”和“玻璃纤维取向”预测的准确性

以汽车后部模型（图3）验证翘曲变形及玻纤取向预测精度。验证材料为LEONA™ 14G35 (PA66, GF35%)。实际成型条件如图4所示。这些条件也已输入射出成型分析中。
通过将实际成型条件纳入分析中，可以进行更好的分析。

翘曲精度验证

翘曲度的评估是通过产品测量位置的Z轴方向的位移来进行的。如图5（左）所示，在外肋上设置了20个测量位置，将设置参考面所需的锚点设置在6、13、19号。实际产品的结果使用三维测量装置进行测量。分析结果与Autodesk的Moldflow输出的Z方向位移进行比较，如图5（右）所示。

测量位置（左）及Z方向位移输出结果（右） — 图七量测点（左）及z方向位移输出结果（右）

图6同时显示了实验结果和分析结果。位移量非常吻合，表明分析能够预测实际的翘曲。

玻璃纤维取向的准确性验证

对于含有玻璃纤维的纤维增强树脂（例如本次验证中使用的材料），纤维取向会对产品性能产生重大影响，因此考虑这种取向非常重要。为了了解纤维取向信息，通过注塑分析输出纤维取向张量。在略低于产品中心的测量位置处评估纤维取向张量（图7左）。

用光学显微镜观察的测量点和截面图像示例 — 图9 测量点和用光学显微镜观察到的横截面图像
（图像右侧的数字表示截面深度方向的测量位置（％））

纤维取向张量是纤维取向的概率分布（0到1）；在Autodesk的Moldflow中，纤维取向张量在三个轴上进行评估：流动方向、流动正交方向和厚度方向，分别称为a11方向、a22方向和a33方向。
纤维取向张量的实际值是通过光学显微镜观察到的产品的测定位置的截面图像，利用独创的方法计算出的，如图7（右）所示。此时，纤维取向张量通过在成型体厚度方向除以5%而算出。如图9所示，获得的测量值（实线）和分析值（虚线）吻合良好，表明可以通过分析预测实际的纤维取向张量。从图7（右）和图9可以看出，在成型品表面（测量点：70-90%），沿流动方向（a11）排列的玻璃纤维较多，而在中心（测量点），玻璃纤维较多。点：40-60%），有更多的玻璃纤维沿正交方向（a22）取向，表明有散射。