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基于Moldflow的塑料产品设计制造解决方案

供稿:工控网 2006/12/15 8:50:00

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1 现状 随着经济全球化和我国经济的高速增长,塑料工业以及与塑料相关的产业蓬勃发展,2006年预计产量将突破4000万吨,我国已经成为塑料生产和消费大国。同时,我国塑料行业的竞争也日趋激烈,一方面,原油价格高涨引起原材料价格上涨,另一方面,合同价格不断下降,而产品的质量、功能要求不断提高,交货周期缩短。为适应市场的要求,许多企业都进行了技术创新,高额引进了高、精、尖的硬件设备,比如高档的成型机械,解决了很多难题,并创造了相当大的效益,然而,硬件功效得到充分有效发挥的前提条件是充分的优化设计。但目前我国绝大多数企业的产品设计、模具设计以及产品制造等各环节,分布在不同公司、不同地域甚至同一公司不同部门,产品设计和模具设计主要靠经验来完成,设计阶段也很少考虑制造的问题。这样没有经过优化的设计方案势必会造成成本的增加和产品上市的周期,因此,急需一个优化设计的工具将产品设计、模具设计和产品制造资源进行有效的整合,美国Moldflow公司推出的系列产品就是为产品设计制造提供完整的解决方案。 2 Moldflow总体解决方案 Moldflow作为在NASDAQ上市的CAE高科技股,在全球享有极高的声誉,是公认的全球塑料行业工业标准。Moldflow为产品设计制造优化提供了全套解决方案(如图1),包括设计分析解决方案、产品集成解决方案、材料技术解决方案和产品制造解决方案,这四个解决方案互相配合,对产品从设计到制造整个流程进行优化。



2.1 设计分析解决方案(Design Analysis Solutions,DAS) 设计分析解决方案属于Moldflow总体解决方案的核心,包括两大Moldflow模拟分析软件:MPA(Moldflow塑件顾问)和MPI(Moldflow高级成型分析专家)。MPA简便易用,主要针对注塑产品设计和模具设计,用于产品开发中的早期快速工艺性验证分析,主要关注外观质量(熔接线、气穴等)、材料选择、结构优化(壁厚等)、浇口位置和流道(冷流道和热流道)优化等问题。MPI用于塑料成型过程的深入分析和优化,是全球应用最广泛的模流分析软件,财富500强中有超过60%的企业在用MPI进行产品优化和模具设计。MPI不仅可以考虑传统注塑问题,还可分析双色注塑(Overmolding)、气体辅助注射(Gas-assistant molding)、共注成型(Co-Injection)、注压成型(Injection-compression)、发泡注射成型(Mucell)、光学的双折射分析(Birefringence),对近期兴起的热流道动态进料系统也可进行分析,还可分析热固性材料的反应成型以及电子芯片的封装成型过程,广泛用于汽车、医疗、3C、航空航天以及封装等与塑料相关行业。 Moldflow公司经过近30年的发展,开发出最杰出的模拟分析技术,经过全球10000多家(在国内也有超过1000家)用户的工程实践证明,是最成熟最可靠的模流分析软件。Moldflow拥有最完美的求解器,除了传统的Midplane技术外,Moldflow最伟大的贡献是开发出专利的Fusion技术,极大地提高了工作效率和分析的速度和精度。Moldflow的3D技术也是全球最领先的,其分析速度快、精度高,完全满足工程要求。在模流界最激动人心的是,Moldflow推出独一无二Super 3D技术,将Fusion和3D技术完美结合起来,从而可以处理任何形状和类型的产品,在求解速度和精度方面获得质的飞跃。当然,Moldflow对硬件的平台也充分兼容,不仅可以支持64位技术,还可支持并行的多CPU技术。 2.2 产品集成解决方案(Product Integration Solutions,PIS) Moldflow之所以能成为业界的标准,除了其强大的模拟分析技术外,也和其灵活的产品集成策略密不可分。 Moldflow和各种CAD软件有标准的接口,不仅可读取IGES、STEP、Stereo Lithography(STL)等文件,还可直接读取Parasolids(UG)、Pro/E、I-DEAS、CATIA、Solidworks等原档文件,还可读入其他CAE软件Ansys、Patran、Nastran网格文件。为了解决CAD文件的破损修补及简化问题,Moldflow还提供Moldflow CAD Doctor和Moldflow Magics STL Expert工具,可对CAD文件(包括igs文件)进行优化,从而提高模拟分析的效率和精度。Moldflow CAD Doctor修补和简化功能极为强大,同时适合产品和模具工程师使用,这样可以提供给Moldflow工程师最优化的Model,从而使设计优化分析流程更快捷流畅。 Moldflow也支持将分析结果导入ABQUS、ANSYS、LS-DYNA、NASTRAN等结构分析软件,进行进一步的静力学或动力学分析,从而保证分析结果的继承性。 Moldflow提供免费的Moldflow Communicator工具,通过这一工具可以在任何一台PC机上观看和研究Moldflow的分析结果,从而使分析结果可以为供应商、客户及公司内部各部门所共享。 2.3 材料技术解决方案(Material Technology Solutions,MTS) 材料的数据是否准确直接影响模拟分析结果的精度。Moldflow有丰富的材料数据库,共有8000多种材料数据,包括GE、Byer、Dupont、BASF等全球塑料公司,国内广州金发(Kingfa)的PP材料也榜上有名。Moldflow建有两个全球一流的材料测试实验室,一个在澳大利亚的墨尔本,另一个在美国的伊萨卡。Moldflow材料测试实验室开发出独一无二的测试技术,包括注塑成型粘度测试、PVT测试、热传导系数测试、收缩测试(CRIMS)等,其Datafitting的数据拟合技术可考虑实际数据测试的不足,为广大用户提供最准确的材料数据。 2.4 产品制造解决方案(Moldflow Manufacturing Solutions,MMS) Moldflow继承产品设计分析的数据,并提供产品制造解决方案,对工艺条件和注塑生产进行监控和优化。Moldflow产品制造解决方案包括制造执行系统(包括Shotscope和CellTrack?)和生产自动化系统(包括MPX和Altanium)。Shotscope主要用于对工艺条件的监控和分析,CellTrack?主要跟踪和报告注塑生产的情况和注塑机的效率,二者均可与企业的ERP系统集成。MPX是注塑机工艺条件自动优化和监控系统,Altanium(最早为MSI)是行业最早的热流道监控系统,最大可控制384个区段。


Moldflow各解决方案相互协同配合,构成系统化的产品设计制造优化的全面解决方案。通过Moldflow在产品设计甚至是概念阶段就可考虑产品制造的问题,同时产品优化设计分析的数据可以直接延续到产品制造过程中,反过来产品制造的工艺条件等数据也可直接读入到MPI和MPA中进行进一步分析优化,从而使产品设计和制造形成一个有效的闭环系统(如图2)。产品集成解决方案和材料技术解决方案服务于设计分析和制造两大解决方案,确保优化的有效性。 3 基于Moldflow的产品优化设计制造流程 Moldflow提供理想的优化设计制造的有效工具,可将优化设计贯穿于设计制造全过程(如图3),彻底改变了传统“试错”的经验性设计模式,使产品的设计和制造尽在掌握之中。下面简要介绍Moldflow的优化设计制造流程。


1)用户需求阶段。用户需求千变万化,要求也在不断提高。此阶段需要评估的是,用户的需求是否能够实现,也就是说能不能在现有的条件下将产品有效制造出来。 2)产品研发阶段。这是评估用户需求最重要的阶段。产品研发人员根据用户的概念或产品外观的设计进行产品设计研发工作。此阶段最关心的是产品外观、产品制造工艺性、材料选择、结构设计等问题,需要采用Moldflow的MPA来进行快速分析验证。对于早期获得的CAD模型,可用Moldflow CAD Doctor或Moldflow Magics STL Expert进行优化处理。利用MPA的分析结果可以和用户进行有效的沟通,从而确定用户认同的产品设计方案。 3)分析优化阶段。产品的结构设计一旦完成,接下来就是产品实现的问题。此阶段需要Moldflow高级成型分析软件MPI来分析优化。利用MPI对注塑的方案进行全面的评估,比如,是采用一般的注塑成型方法,还是采用气辅注塑成型方法,或者其他方法,是采用几点进浇的方案,是采用热流道抑或冷流道,还是采用多少吨位和等级的注塑机等。Moldflow只需在计算机上进行修模试模,即可直接优化流道系统以及冷却系统设计,优化最佳的工艺条件。此阶段如果发现产品设计中存在问题,可通过Moldflow Communicator将结果反馈给RD部门,考虑是否通过设计解决潜在的问题,RD部门也可将结果反馈给用户以征求他们的意见。Moldflow可与结构分析的评估协同进行,将分析的结果导出至结构分析软件进行结构问题的评估。 4)模具设计制造阶段。Moldflow分析优化的结果可通过Moldflow Communicator直接传送给模具设计和制造人员,他们根据Moldflow优化的结果进行模具设计和制造。由于有Moldflow优化的保证,可大大减少试模次数,缩短模具开发周期。 5)注塑成型阶段。优化的产品和模具设计可使产品的注塑成型更稳定,质量更可靠,由于Cycle Time大大减少,生产成本随之降低。此阶段借助MMS系统对注塑工艺进行优化和监控,可获得更理想的效果。 6)装配和交货。优化的设计和制造保证了良好的产品质量和准确的交货期,同时也树立了企业良好的信誉,从而为企业在激烈的市场环境中赢得长足的发展空间。 4 结语 本文系统阐述了基于Moldflow优化产品设计制造解决方案,通过国内近千家用户的实践表明,Moldflow是一整套成熟的解决方案,为产品设计和制造提供了全方位的优化,是企业在激烈的市场竞争中立于不败之地的制胜法宝。 信息来源于:中国塑料化工机械网

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