基于Moldflow的模具CAE课程教学实践
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作者:武艳军 杨恒
摘要：模具CAE技术在模具行业中越来越受到重视，Moldflow是注塑模分析软件，实现对注塑模具、塑件及注塑成型工艺有效优化和验证。本文通过案例教学，演示本课程内容及教学方法。经过教学验证，学生掌握了理论指导实践的方法，提升了专业技能。
关键词：CAE;Moldflow;网格;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
传统的注塑模具设计方法主要是依靠设计者模具设计及产品工艺开发的经验，因而整个产品开发和制造周期长、成本高[1]。而计算机辅助工程（CAE）技术能在模具制造之前，预测塑料熔体在型腔中的整个成型过程，发现潜在问题，优化注射工艺，有效地预防问题发生[2]。因此各大模具企业重视模具CAE在模具设计与制造过程中的应用，市场上也急需既懂模具设计与制造，又懂模具仿真分析的综合型人才，为了更换地适应社会发展与企业对这方面人才的需求，我校开设了基于Moldflow软件的模具CAE课程。
1 Moldflow模流分析软件介绍
Moldflow是专业进行注塑成型计算机辅助工程分析（CAE）的系列软件，Moldflow Plastics Insight（M PI）可以模拟整个注塑成型过程，也可以对塑料制件的设计、生产和品质进行优化[3]。Moldflow具有很强的分析功能、优异的视图效果和便捷的项目管理工具。用户通过输入CAD模型，选择材料，构建分析模型，进行填充、保压、温度、冷却及翘曲等系列分析，利用后处理技术方便地观察所分析的结果[4]。Moldflow仿真软件实现对注塑模具、塑料零件以及注塑成型流程的有效优化与验证。模流分析软件已在产品开发、模具制造、节约成本等方面凸显出其优势，在模具制造业中产生积极影响。
2 课程教学内容
模具CAE课程的学习需要前续课程的辅助。结合本校教学条件，学习本课程前已修完《注塑工艺与模具设计》，在理论教学的基础上运用三维实体造型软件UG进行产品制件3D建模，然后运用模流分析软件Moldflow进行塑料成形过程的模拟等。
本教学案例的选取是通过和模具企业从事相关分析工作技术人员沟通后，选取具有典型特征且企业现生成的产品作为案例模型，结合Mold flow软件，详细讲解软件操作流程，达到学生熟练应用软件的目的，能对任何复杂的塑件进行相应模流分析，具备读懂分析结果，并对分析结果提出改进工艺及模具结构设计的能力。根据软件操作流程，制定了表1本课程的项目教学内容。
3 教学实践与教学方法
本课程借助Moldflow软件采用案例教学法。教师先用PPT把本次课重点内容展示出来，并向学生布置相应的任务;然后，教师演示软件的具体操作方法，总结命令流程及注意事项;接下来是学生们随堂练习，锻炼学生提出不同的思路和见解，解决问题的能力。本文以相机外壳为例进行案例讲解。
3.1 网格划分与修复
把CADdoctor修复后的相机盖导入Moldflow中进行网格划分、网格统计和网格修复，使自由边和重合边数值为0，连通区域为1，最大纵横比小于16，网格匹配率大于90%，如图1所示为网格划分好的模型。
3.2 最佳浇口分析
浇口的大小、数量、形式及位置很大程度影响着制件质量，同时也对成型周期、气穴、熔接痕等成型缺陷有一定影响。Moldflow模流分析软件具有最佳浇口位置分析功能，经模拟，最佳浇口位置如图2所示，在最佳浇口位置处采用1个点浇口形式。
3.3 成型工艺设置
采用热塑性注塑成型，分析序列分别采用填充、填充+保压、冷却、填充+保压+冷却+翘曲，材料选用LG Chemical制造商供应、牌号为ABS TR557的ABS，采用1模两腔结构，模具型芯和模具型腔设置相应的6根冷却水路，浇注系统和水路建模如图3所示。
3.4 分析结果
Moldflow系统自动配置的成型工艺参数：模具温度50℃，熔体温度220℃，注射压力80MPa，冷却时间30s，本文对这些参数进行简单组合试验，如表2所示，确定本相机盖工艺参数取注射压力90MPa，熔体温度230℃，模具温度60℃和冷却时间35s。优化后的工艺参数下，模流分析软件Moldflow对相机盖进行注射过程模拟，得到多个分析结果，如图4所示为充填时间，图5为速度/压力切换时的压力，图6为气穴位置图，图7樘寤收缩率。对这些结果进行评判，可以进行合理选材、浇口位置、翘曲变形等缺陷解决方案，最终优化整体工艺参数。
结论
模具CAE课程作为模具设计与制造专业的一门综合性较强的专业课，Moldflow作为重要的塑料模CAE软件，不仅丰富了塑料成型领域的课程教学，更帮助模具专业的学生加深对专业知识的理解，使之成为社会需求的专业人才打下基础。
参考文献：
[1]谭安平，谭平，尹小艳.基于Moldflow的模具CAE技术在本科实训教学改革中的应用[J].模具技术，2021，3：75-78.
[2]余玲，彭必友，魏刚.Moldflow软件在注射模设计教学中的应用[J].模具制造，2017，6：83-86
[3]刘峰，沈洪雷.问答式项目教学法在Moldflow软件教学中的应用[J].模具工业，2015，4：60-62.
[4]陈国平.Moldflow在实际中的应用[J].科技与创新[J].科技与创新，2020，13：153-154.
基金项目：2020年江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人项目资助;南京交通职业技术学院教改项目资助（项目编号：JX1959）;江苏省大学生创新创业训练项目（2020 12804019Y）;南京交通职业技术学院院级科研项目资助（JZ1908）
作者简介：武艳军，女，副教授，主要从事材料成型及控制工程研究。
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