Moldflow Plastic Adviser(简称MPA)是Moldflow软件中的一个基于产品造型与结构设计的辅助分析模块。MPA能带给非专业性的用户(如产品设计人员)丰富的塑料特性及射出成型过程的知识。
MPA分为Part Adviser与Mold Adviser两部分。Part Adviser为针对ID工程师做外观设计时的辅助之用,主要是为针对模穴内部的塑料流动行为做分析,而Mold Adviser可辅助机构工程师来做结构设计时的模具建议,除了具有Part Adviser的既有功能之外,尚可自动产生流道或编辑流道及模拟多模穴流动分析。MPA的功能介绍如下:
首先,设计人员可以快速评估每个薄壳射出塑件的制造可行性,产品设计概念得以在最初的阶段即加以改善。MPA将产品设计及模具修改所需花费的时间与金钱降至最低,并缩短产品上市时间。
MPA对于设计人员的主要制造顾虑提供实用的建议,并能迅速的修改影响产品制造品质的设定与性质,例如薄板厚度、浇口位置、补强肋的位置及原料的选择。
MPA是以非牛顿、非等温的理论解析,及实际注模行为的仿真为基础,所以结果非常的可靠、可信。另外,Moldflow丰富的原料数据库包括了全球各大商牌七千多种原料之各项详细精确的材质特性数据,并随时更新,供设计人员充分利用。
MPA的软件特性表现如下。
◆ 工业界最佳CAD整合软件(Industry Best CAD integration):MPA可以用集成CAD环境下的Moldflow菜单进行格式转换,或是接受STL档案单独使用。通过MPA使得CAD实体模型可以被真实地仿真出来。
◆ 实体基础(Solid Based):MPA是以实体为基础,在杂乱的资料转换、网格的建立、实体模型的mid-plane各方面需要下评估。因此,即使再复杂的产品,也可以在很快的时间内完成。
◆ 操作极其简便(Extreme ease of use):通过模型操作工具列、线上教学和直觉式图形使用者接口(GUI),使得MPA操作相当简便,只需要几分钟时间就可以学会,而且不需有分析或塑料的相关经验。
◆ 独特的线上顾问(Unique On-line Adviser):线上顾问及时在塑料产品制造限制和如何控制塑料行为上提供建议。
◆ 充填可行性(Confidence of fill):充填可行性帮助设计者毫不费力的检视压力、温度和充填的结果,用以控制产品的充填品质。让非专业人员也能够有效地进行仿真分析是Moldflow的一个重要的策略,其显示结果若在绿色区,则代表有高度充填可行性,而红色或黄色的区域即代表必须要重新设计或选择其他的材料再重新进行仿真。
◆ 气孔(Air traps):气孔是由不完全充填和保压所造成的,其表面会有类似烧焦的污点,设计师可以应用MPA显示的结果来预防气孔的发生,或设定气孔的位置。
◆ 熔接线和熔合线(Weld lines and Meld lines):熔接线和熔合线在塑料产品上会导致结构上的问题和外观的缺陷,假如可以预知它们会在哪里发生,设计者可以做一些改善再重新评估或移动这些线。
◆ 充填模式(Fill pattern):Fill Pattern告诉设计者产品如何充填,并帮助他们了解熔接线和气孔是如何形成及其他潜在的问题,像过度保压、迟滞现象也可以很明显的确认出来。
◆ 广泛的塑料成型仿真(Process Wide plastics Simulation): Plastics Adviser series是Moldflow广泛的塑料成型仿真策略中重要的一环,它带来各方面的知识,如产品和模具设计应用于制造上的限制,连接塑料仿真和实际机器控制,确认和控制工厂的生产参数。
由于数值方法的限制,分析模型最好是薄壳或者由实体的表面组成,这样MPA才可以做最准确的计算。一般的规则是,在模型中应尽量避免出现实心的圆锥形或圆柱形结构,但若在模型中所占比例不大,就无须修改。
通常,薄壳件的定义是厚度小于模型长度和宽度的平均值的 1/4。如图 2-21 所示,薄壁件的长度和宽度分别是 25mm和 15mm,其平均值为20mm。厚度则为 3mm,小于 20mm的 1/4,所以这个模型是符合分析要求的。
图 2-21 符合要求的模型
如图 2-22 所示,左图模型是可行的,而右图则不可行。
图 2-22 符合与不符合MPA分析要求的模型
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用户在利用MPA进行分析前,应该检查模型是否符合MPA的分析要求。
MPA的分析流程示意图如图 2-23 所示。
图 2-23 MPA分析流程
设计塑料产品时所需考虑的因素众多,包括功能与尺寸的需求、组合之公差、艺术感与美观、制造成本、环境的冲击、以及成品运送等。在此,考虑产品肉厚对于成形周期时间、收缩与翘曲、表面品质等因素的影响,以讨论热塑性塑料注射成形的加工性。
塑件注射成形后,必须冷却到足够低的温度,顶出时才不会造成变形。“肉厚”较厚的塑件需要较长的冷却时间和较长的保压时间。理论上,冷却时间与“肉厚”尺寸的平方成正比,或者与圆形对象直径的 1.6 次方成正比。所以“肉厚”较厚的塑件会延长成形周期时间,降低单位时间所射出塑件的数量,增加每个塑件的制造成本。
另外,塑料注射成型后就会发生收缩,然而,剖面或整个组件的过量收缩或不均匀收缩就会造成翘曲,以致于成形品无法依照设计形状呈现,如图 2-24 所示。
图 2-24 塑料产品的“肉厚”
塑件“肉厚”的设计原则是:使用筋可以提高塑件的刚性和强度,并且避免厚肉区的结构。塑件尺寸的设计,应将塑料的材料性质、负荷类型和使用条件之间的关系列入考虑,也应考虑组件的组合需求。如图 2-25 所示为一些塑料件的结构设计范例。
图 2-25 常见塑件结构设计
加强筋的厚度、高度和拔模斜度是相互关连的。较粗厚的筋会在塑件的另一面造成凹痕;较薄的筋以及较大的拔模斜度会造成筋的尖端充填困难。筋之各边应有 1°的拔模角,最小不得低于 0.5°,而且应该将筋两侧的模面精密抛光。拔模斜度使得从筋顶部到根部增加肉厚,每增加 1°的拔模角度,将会使 10mm高的筋根部增加 0.175mm肉厚。因此,建议筋根部的最大厚度为塑件厚度的0.8 倍,通常取 0.5~0.8 倍,如图 2-26 所示。
图 2-26 加强筋的设计规范
MPA可以作为UG的一个外挂模块,用来对塑料产品进行分析与评估。在UG中先打开要分析的产品,然后在【标准】工具条中选择【开始】|【所有应用模块】|【Moldfolw Part Adviser】命令,程序弹出用于选择MPA分析模型的对话框。在图形区中选择要分析的产品后,UG程序启动MPA。MPA则自动将实体模型转换成用于分析的STL模型,并显示在Moldfolw Part Adviser操作界面中,如图 2-27 所示。
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MPA所支持的文件格式包含了*.STL、*.igs、*.ctm、*.stp、*.x_t、*.x_b、*.prt。而较建议采用STL格式来缩短分析时间。
Part Adviser的操作界面主要由菜单栏、上工具栏、左工具栏、图形分析区域及下方的工作标签区域 5 部分构成。
图 2-27 Moldfolw Part Adviser操作界面