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壳CAE可模塑性分析和优化设计(下)

◆ 充填分析

采用Moldflow默认浇注系统和鼓励扩大新型磁除湿机性复合材料的利用领域注塑工艺设置，对模型进行流动桌布分析，结果如下：

图水钻首饰3：浇口位置图 图4：流动前沿温度图

图4表示流动前沿的温度分布情况。从图中可以看出流动前沿的温度分布比较均匀，但是在图中的圆圈标示处，温度较低，浇口位置和大小还需要进行微调。

图5：分子定向

图5表示了分子定向情况，表面分子定向值是2，核心分子定向值为1。

图6表示了熔接痕的分布情况。可以看出，在图中圆圈标示处存在因熔接痕集中分布而使强度降低的危险截面。

图6：熔接痕分布图

从充填分析结果可以看出，采用两个浇口后流动是平衡的，没有出现短射等成型问题，同时注塑压力、锁模力也较低，降低了制件生产对注塑机的参数要求，但是，熔接痕分布不太理想，一些关键部位出现的熔接痕会削弱产品强度。

◆ 翘曲分析

采用Moldflow默认浇注系统和注塑工艺设置，对模型进行翘曲分析，结果如下：X向最大翘曲值为0.16毫米；Y向最大翘曲值为0.2毫米；Z向最大翘曲值为0.2毫米。

从翘曲分析结果可以看出，Y向和Z向翘曲较大，这是由于大的LCD窗口使料只能沿两条狭长区域流动造成的。

分析流动和翘曲结果，制品设计和模具需要进行以下几点变更：

1. 从熔接痕分布图可知，在制品LCD窗口右上角和左下角，存在危险区域。在产品设计和模具设计时，修改产品局部壁所以这1点你1定要记住厚并调节浇口位置，使熔接痕分布于非危险截面，提高产品强度和外观质量。

2. 翘曲分析结果中，Y向和Z向翘曲较大，在模具设计时，调节冷却系统，使制品均匀收缩。

3. 增加LCD窗口左右壁处的加强筋数量，使熔体在此处的流动加强，这样不仅能使流动前沿的温度更加均匀，熔接痕分布更加合理，而且减少因收缩不均匀在LCD窗口左右壁处产生的翘曲量。

◆ DOE(Fill)和DOE(Flow)分析优化

Moldflow中的DOE提供了两种实验设计方法：Taguchi和Factorial实验设计。Taguchi方法通过运行数目较少的一组优化实验，确定出对实验目标的影响最大的实验参数。Factorial方法运行的实验数目要大于Taguchi方法中运行的实验，它用以确定实验参数的最佳实验水平组合。

本课题首先使用Taguchi方法确定出对实验目标的影响最大的实验参数，然后使用Factorial方法确定实验参数的最佳实验水平组合，分别对Fill 和Flow进行优化。

DOE(Fill)和DOE（Flow）的优化目标为确定壳体的最佳壁厚，保证设计的强度和经济性，提高设计质量。设计变量为注射时间（Injection time）、膨胀/压缩注射情况（Expan切粒刀d/compress injection profile）、增厚（Thickness multiplier）。设计变量的值如下表：

因为优化目标是确定壳体的最佳壁厚，所以设定“注射时间”和“膨胀/压缩注射情况”为自动，增厚值为在40%范围内变化。优化的结果如下：

当壁厚为1.15毫米左右时，流动前沿温度值最高，熔体流动性最好。壁厚大于或小于1.15毫米时，流动前沿的温度值都低于1.15毫米左右时流动前沿的温度值。当壁厚为1.3毫米左右时，体积收缩变量最小，当壁厚大于或小于1.3毫米左右时，体积收缩变量都增大。这表示当壁厚为1.3毫米左右时，产品的收缩最均匀。当壁厚为1.2毫米左右时，收缩指数最大。当壁厚为0.95毫米左右时，剪切应力最大，当壁厚大于0.95毫米后，剪切应力逐渐减小。

由分析优化结果可以看出制件的平均壁厚为1.25mm时，流动前沿温度、体积收缩变量、收缩指数以及剪切应力得到最佳水平。所以制件的最优壁厚为1.25mm。同传统的实验方法相比，DOE不仅节省了时间和精力，而且利用最少的实验获得覆盖面非常广泛的实验结果，得到了产生最佳效果的实验参数组合。

结论：计算机辅助技术已经成为现代设计方法的主要手段和工具，而其中的CAE技术又成为现代设计流程的核心。文章针对产品的特点，研究了将浇口位置分析、充填分析、翘曲分析和DOE分析优化（实验设计分析）相结合的优化设计方法，在设计前期避免将来成型时产品可能出现的缺陷，利用Moldflow的DOE技术，调和企业之间的生产经营、技术合作和市场竞争中相互关系的优化了制件的结构和平均壁厚，在保证制件性能和功能的前提下，节省了材料，从而提高了产品设计的质量和效率。

上海交通大学材料科学与工程学院 张涛、郭志英 信息来源：《塑料商情》