基于Moldflow的模具CAE課程教學實踐

武艷軍 楊恒

摘?要：模具CAE技術(shù)在模具行業(yè)中越來越受到重視，Moldflow是注塑模分析軟件，實現(xiàn)對注塑模具、塑件及注塑成型工藝有效優(yōu)化和驗證。本文通過案例教學，演示本課程內(nèi)容及教學方法。經(jīng)過教學驗證，學生掌握了理論指導實踐的方法，提升了專業(yè)技能。

關鍵詞：CAE;Moldflow;網(wǎng)格;注塑模

Abstract：Mold CAE technology has attracted attention in the mold industry currently.Moldflow is the analysis software of injection mold and realizes the effective optimization and verification of injection mold，plastic parts and injection molding process.This paper demonstrates the content and teaching methods of this course through case study.Through teaching verification，students have learned to use theoretical knowledge to solve practical problems and improved their professional skills.

Keywords：CAE;Moldflow;meshing;injection mold

傳統(tǒng)的注塑模具設計方法主要是依靠設計者模具設計及產(chǎn)品工藝開發(fā)的經(jīng)驗，因而整個產(chǎn)品開發(fā)和制造周期長、成本高[1]。而計算機輔助工程（CAE）技術(shù)能在模具制造之前，預測塑料熔體在型腔中的整個成型過程，發(fā)現(xiàn)潛在問題，優(yōu)化注射工藝，有效地預防問題發(fā)生[2]。因此各大模具企業(yè)重視模具CAE在模具設計與制造過程中的應用，市場上也急需既懂模具設計與制造，又懂模具仿真分析的綜合型人才，為了更換地適應社會發(fā)展與企業(yè)對這方面人才的需求，我校開設了基于Moldflow軟件的模具CAE課程。

1 Moldflow模流分析軟件介紹

Moldflow是專業(yè)進行注塑成型計算機輔助工程分析（CAE）的系列軟件，Moldflow Plastics Insight（M PI）可以模擬整個注塑成型過程，也可以對塑料制件的設計、生產(chǎn)和品質(zhì)進行優(yōu)化[3]。Moldflow具有很強的分析功能、優(yōu)異的視圖效果和便捷的項目管理工具。用戶通過輸入CAD模型，選擇材料，構(gòu)建分析模型，進行填充、保壓、溫度、冷卻及翹曲等系列分析，利用后處理技術(shù)方便地觀察所分析的結(jié)果[4]。Moldflow仿真軟件實現(xiàn)對注塑模具、塑料零件以及注塑成型流程的有效優(yōu)化與驗證。模流分析軟件已在產(chǎn)品開發(fā)、模具制造、節(jié)約成本等方面凸顯出其優(yōu)勢，在模具制造業(yè)中產(chǎn)生積極影響。

2 課程教學內(nèi)容

模具CAE課程的學習需要前續(xù)課程的輔助。結(jié)合本校教學條件，學習本課程前已修完《注塑工藝與模具設計》，在理論教學的基礎上運用三維實體造型軟件UG進行產(chǎn)品制件3D建模，然后運用模流分析軟件Moldflow進行塑料成形過程的模擬等。

本教學案例的選取是通過和模具企業(yè)從事相關分析工作技術(shù)人員溝通后，選取具有典型特征且企業(yè)現(xiàn)生成的產(chǎn)品作為案例模型，結(jié)合Mold flow軟件，詳細講解軟件操作流程，達到學生熟練應用軟件的目的，能對任何復雜的塑件進行相應模流分析，具備讀懂分析結(jié)果，并對分析結(jié)果提出改進工藝及模具結(jié)構(gòu)設計的能力。根據(jù)軟件操作流程，制定了表1本課程的項目教學內(nèi)容。

3 教學實踐與教學方法

本課程借助Moldflow軟件采用案例教學法。教師先用PPT把本次課重點內(nèi)容展示出來，并向?qū)W生布置相應的任務;然后，教師演示軟件的具體操作方法，總結(jié)命令流程及注意事項;接下來是學生們隨堂練習，鍛煉學生提出不同的思路和見解，解決問題的能力。本文以相機外殼為例進行案例講解。

3.1 網(wǎng)格劃分與修復

把CADdoctor修復后的相機蓋導入Moldflow中進行網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格統(tǒng)計和網(wǎng)格修復，使自由邊和重合邊數(shù)值為0，連通區(qū)域為1，最大縱橫比小于16，網(wǎng)格匹配率大于90%，如圖1所示為網(wǎng)格劃分好的模型。

3.2 最佳澆口分析

澆口的大小、數(shù)量、形式及位置很大程度影響著制件質(zhì)量，同時也對成型周期、氣穴、熔接痕等成型缺陷有一定影響。Moldflow模流分析軟件具有最佳澆口位置分析功能，經(jīng)模擬，最佳澆口位置如圖2所示，在最佳澆口位置處采用1個點澆口形式。

3.3 成型工藝設置

采用熱塑性注塑成型，分析序列分別采用填充、填充+保壓、冷卻、填充+保壓+冷卻+翹曲，材料選用LG Chemical制造商供應、牌號為ABS TR557的ABS，采用1模兩腔結(jié)構(gòu)，模具型芯和模具型腔設置相應的6根冷卻水路，澆注系統(tǒng)和水路建模如圖3所示。

3.4 分析結(jié)果

Moldflow系統(tǒng)自動配置的成型工藝參數(shù)：模具溫度50℃，熔體溫度220℃，注射壓力80MPa，冷卻時間30s，本文對這些參數(shù)進行簡單組合試驗，如表2所示，確定本相機蓋工藝參數(shù)取注射壓力90MPa，熔體溫度230℃，模具溫度60℃和冷卻時間35s。優(yōu)化后的工藝參數(shù)下，模流分析軟件Moldflow對相機蓋進行注射過程模擬，得到多個分析結(jié)果，如圖4所示為充填時間，圖5為速度/壓力切換時的壓力，圖6為氣穴位置圖，圖7為體積收縮率。對這些結(jié)果進行評判，可以進行合理選材、澆口位置、翹曲變形等缺陷解決方案，最終優(yōu)化整體工藝參數(shù)。

結(jié)論

模具CAE課程作為模具設計與制造專業(yè)的一門綜合性較強的專業(yè)課，Moldflow作為重要的塑料模CAE軟件，不僅豐富了塑料成型領域的課程教學，更幫助模具專業(yè)的學生加深對專業(yè)知識的理解，使之成為社會需求的專業(yè)人才打下基礎。

參考文獻：

[1]譚安平，譚平，尹小艷.基于Moldflow的模具CAE技術(shù)在本科實訓教學改革中的應用[J].模具技術(shù)，2021，3：75-78.

[2]余玲，彭必友，魏剛.Moldflow軟件在注射模設計教學中的應用[J].模具制造，2017，6：83-86

[3]劉峰，沈洪雷.問答式項目教學法在Moldflow軟件教學中的應用[J].模具工業(yè)，2015，4：60-62.

[4]陳國平.Moldflow在實際中的應用[J].科技與創(chuàng)新[J].科技與創(chuàng)新，2020，13：153-154.

基金項目：2020年江蘇省“青藍工程”中青年學術(shù)帶頭人項目資助;南京交通職業(yè)技術(shù)學院教改項目資助（項目編號：JX1959）;江蘇省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（2020 12804019Y）;南京交通職業(yè)技術(shù)學院院級科研項目資助（JZ1908）

作者簡介：武艷軍，女，副教授，主要從事材料成型及控制工程研究。