图3 不同工艺参数对制品质量的影图
响 4
不同工艺参数对制品质量的影响
从图2可知，在一定的注射时间下，模具温度在10－40度，熔体温度在200－240度的范围内改变，对制品质量的影响很小。MPI Molding Window分析结果Zone MW用绿色、黄色和红色表示工艺参数对制品质量的影响，绿色的范围越大表示工艺参数的可调范围越广，本例的分析结果全部为绿色（因印刷原因，可能看不清），图3、4的分析结果也证明了这一点，注射时间和模具温度不变，改变熔体温度对制品质量的影响很小。
在屏幕输出文件的结尾，给出了推荐的工艺参数，如图5所示。
图5 推荐的工艺参数
应该注意的是，Molding Window分析只是提供一个快速、初步的结果，为随后的分析作准备，它的分析结果不能作为实际的工艺参数。
三 MPI/Optim模块
注射机的注射速度主要影响熔体在模腔内的流动行为。通常随着注射速度的增大，熔体流速增加，剪切作用加强，粘度降低，熔体温度因剪切发热而升高，所以有利于充模，并且制品各部分的熔合纹强度也得以增加。但是，由于注射速度增大，可能使熔体从层流状态变为湍流，严重时会引起熔体在模内喷射而造成模内空气无法排出，这部分空气在高压下被压缩迅速升温，会引起制品局部烧焦或分解。所以，现在的注射机基本都实现了多级注射，即在一个注射过程中，当注射机螺杆推动熔体注入模具时可以根据不同的需要实现在不同位置上有不同注射速度和不同的注射压力等工艺参数的控制。在以往的生产中，这需要通过多次试模来确定，而MPI/Optim模块可以根据给定的注射机参数来优化注射速度曲线。
优化分析有两种：OPTIM（Fill）和OPTIM（Flow），区别在于Fill没有考虑保压过程。分析的结果主要有两个。
流动前沿面积随时间变化曲线：流动前沿的面积越大，注射速度也应越大，反之亦然。
熔体随时间固化曲线：通过这个结果可以初步确定冷却时间。
它还有一些分析结果，如螺杆位置随时间变化曲线、螺杆速率随螺杆位置变化曲线、螺杆速率随时间变化曲线等，可以用来确定合适的注射压力。
对于图1的制品，选用100吨的注射机，初始工艺参数采用图5推荐的数据，部分分析结果如图6－9。
图6 注射过程中螺杆位置 图7 熔体随时间固化曲线
图8 流动前沿面积
曲线 图9 推荐的注射曲线
四 Design-of-Experiments分析
Design-of-Experiments是基于实验的设计，它采用类似于正交实验的方法判断模具温度、熔体温度、注射时间、保压时间等对制品质量的影响哪个占主要地位。
对于图1的制品，初始工艺参数采用图5推荐的数据，部分分析结果如图10、11。
图10 注射时间对质量的影响 图11 注射时间对凹痕深度的影响
四 结束语
本文介绍了MPI软件在优化注塑工艺参数中的应用，在使用过程中，用户应根据实际情况合理运用，尤其是分析参数的设定，直接影响到分析时间的长短。由于篇幅的原因，本文没有详细介绍，读者可仔细阅读软件的在线帮助。
参 考 文 献
7、 MPI3.1培训资料
8、 MOLDFLOW公司网站www.moldflow.com
9、 李德群：塑料成型工艺及模具设计，机械工业出版社，1994
MoldFlow软件冷却分析及应用
Analysis and Application of Cool with MoldFlow Software
麻向军 文劲松
（华南理工大学聚合物新型成型技术国家工程中心 华南理工大学—美国MoldFlow高级应用技术中心）
前言
在注塑成型中，模具的温度直接影响到制品的质量和生产效率。通过温度调节，保持适当的模具温度，可减小制品的变形、增强制品力学性能、改善制品的表观质量、提高制品尺寸精度。同时，缩短占整个注射循环周期约80%的冷却时间是提高生产效率的关键。因此，设计合理的冷却系统，对模具温度进行有效调节是十分必要的。冷却系统的设计在20世纪60年代就已引起了人们的重视，并进行了大量研究，得到了一些简化公式或经验公式，但由于实际制品的形状往往十分复杂，因此，这些公式的应用范围存在着很大的局限性。MPI/Cool通过分析模具冷却系统对模具和制品温度场的影响，优化冷却系统的布局，以达到使塑件快速、均衡冷却的目的，从而缩短注塑成型的冷却时间，提高生产效率，减少废品，增加经济效益。
一、MPI/Cool简介
影响注塑模冷却的因素很多，如制品的形状，冷却介质的种类、温度、流速，冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料，熔体温度，工件要求的顶出温度和模具温度、制品和模具间的热循环交互作用等。这些参数之间互相联系、互相影响，唯有这些参数的合理组合才能获得理想的效果。但靠传统的经验和简化公式是很难确定的，只有通过CAE分析才能得到理想的结果。
MPI/Cool采用边界元法（Boundary Element Method）对模具的温度场进行三维模拟，对于制品在其厚度方向上采用解析解来计算温度分布，并通过制品的热流量将二者完全耦合进行迭代求解。同时将模具的温度场与冷却管道中冷却介质的能量方程联立起来求解，因此可以可靠地计算制品/模具及模具/冷却介质间的界面温度。在计算过程中，考虑了型芯和型腔在制品厚度方向的不对称性对制品温度分布的影响。
MPI/Cool能够模拟冷却管道（包括隔板管、喷流管、连接软管）、镶块、多种模具材料、冷流道和热流道、分型面及模具边界对模具和制品温度的影响，从而为优化冷却系统提高可靠的依据。
MPI/Cool不仅能对中性面模型和Fusion模型进行冷却分析，而且能够对3D模型进行冷却分析。
此外，MPI/Cool和MPI/Flow相结合，可以得到十分完美的动态的注塑过程分析。
二、MPI/Cool的作用
MPI/Cool通过对模具、制品、冷却系统的传热分析，为用户提供了丰富的模拟结果。
(1) 冷却时间 为保证制品在脱模时要有足够的强度，以防止脱模后发生变形，要确定合适的冷却时间。MPI/Cool能够计算制品完全固化或用户设定的固化百分比所需要的冷却时间。
(2) 型腔表面的温度分布 型腔表面温度对制品质量具有重要影响。MPI/Cool能够模拟注射周期的型腔表面温度分布，帮助工艺人员确定模具温度的均匀程度及是否达到材料所要求的模具温度。对于中性面模型，MPI/Cool还可以计算制品两个侧面的温度差别。
(3) 制品厚度方向的温度分布 制品在顶出时刻的温度是确定冷却时间是否合理的重要因素，如果温度过高，则需加强冷却或适当延长冷却时间，而温度过低，说明冷却时间太长。MPI/Cool能够预测制品在顶出时刻沿厚度方向不同位置的温度分布，最高温度在厚度方向的位置，沿厚度方向的平均温度以及某一单元温度沿厚度方向的变化。
(4) 制品的固化时间 依据模具表面的温度预测制品完全固化所需要的时间。 (5) 冷却介质的温度分布及冷却管道表面的温度分布 冷却介质的温度变化、冷却管道表面与冷却介质间的温度差是决定冷却是否有效的重要依据。
(6) 冷却管道中的压力降低、流动速度及其雷诺数 雷诺数决定了流动状态，应保证冷却介质处于紊流状态。
(7) 镶块的温度分布、镶块/模具界面的温度差分布 镶块/模具间的温度差别反映了热量通过界面的阻力大小。
(8) 分型面和模具外表面的温度分布。