Moldflow模流分析从入门到精通

杜海梅

熔体温度在260℃、注塑时间在0.25秒时，制品质量因子与模具温度的关系曲线如图10.23所示。图中质量因子的值越高，表示质量越好。因此应当尽量使曲线峰值达到最大。随着模具温度的增大，制件质量变好。当模具温度达到121℃，取得峰值，质量因子等于0.1827。
成型工艺窗口结果如图10.24所示，由模具温度、熔体温度和注塑时间3个参数确定。从图中可以看出，默认工艺条件分析时将Automatic范围分别设置为：熔体温度260℃～270℃、注塑时间0.1～6.7秒、模具温度97℃～120℃。图中红色区域为不可选成型范围，黄色区域为可选成型范围，绿色为首选成型范围。用户应当尽量在绿色范围内选择成型条件。

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10.3  DOE分析
实验设计（Design of Experiments，简写DOE）分析按照优化方法通过设计一系列的实验，用最少数量的实验完成所有实验参数在不同实验水平上组合的全部实验，并确定出各个实验参数对实验目标的影响度的多少，因此可以调节实验目标影响最大的实验参数获得较好的实验结果，同时还可以得到各个实验参数最佳组合方式。
因此与传统的实验方法相比，DOE分析不仅节省了时间、精力和降低了成本，而且可以利用最少的实验获得覆盖面非常广泛的实验结果，从而得到产生最佳效果的实验参数组合。
在AMI中的DOE分析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。在Taguchi方法中是将各个实验参数作为独立变量进行实验的，没有考虑参数之间可能存在的相互影响。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。
因此，在进行实验设计对案例进行优化时，一般先使用Taguchi方法，然后再使用Factorial方法。AMI的优化分析中包含对填充的优化（Design of Experiments（Fill））和对流动的优化（Design of Experiments（Flow））。进行这两个实验设计分析时，首先对填充或流动设置相关工艺参数，然后设置DOE的实验参数。

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10.3.1  对填充的优化
下面讲解填充的优化分析的操作，操作如下。
1．对工程方案进行重命名
在工程任务栏中，右击【dvd_方案（成型窗口）】图标，在弹出的快捷菜单中单击【重命名】命令，重命名为“dvd _方案（DOE分析）”，如图10.25所示。
2．设置分析类型
设置分析类型的步骤如下。
（1）双击“dvd _方案（DOE分析）”方案，激活该方案，如图10.26所示。
（2）选择【分析】|【设置分析序列】|【实验设计（充填）】命令，弹出【提示】对话框，如图10.27所示，单击【删除】按键，完成分析类型的设置，结果如图10.28所示。
              
        图10.26  成型窗口分析类型                 图10.27 【提示】对话框
3．设置实验设计（充填）分析条件
设置实验设计（充填）分析条件的步骤如下。
（1）选择【分析】|【工艺设置向导】命令，弹出【工艺设置向导－充填设置】对话框，如图10.29所示。当然用户可以采用默认的工艺范围，对应的分析范围AMI将根据成型材料相关数据自动确定。本案例采用如图10.29中的设置。

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（2）用户还可以对分析条件进行更高级的设置。在图10.29中，单击【高级选项】按钮，弹出【充填+保压高级选项】对话框，如图10.30所示。

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（3）单击OK按钮，返回到【工艺设置向导－充填设置】对话框，单击Next按钮，弹出【工艺设置向导－DOE设置】对话框，如图10.31所示。本案例采用AMI默认值。

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（4）用户还可以对分析条件进行更高级的设置。在图10.31中，单击【高级选项】按钮，弹出【DOE高级选项】对话框，如图10.32所示。本案例采用AMI默认值。单击OK按钮，返回到【工艺设置向导－DOE设置】对话框，单击【Finish】按钮，完成成型窗口设置，结果如图10.33所示

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DOE（Fill）实验参数设置参数意义如下。
在DOE实验类型中，用户可以根据自己的需要选择单独进行Taguchi方法或Factorial实验还是将Taguchi和Factorial实验结合共同进行。当用户选择了首先进行Taguchi实验，然后进行Factorial实验的结合方式选项后，右侧会出现相应的文本框，要求用户输入实验中的参数个数。Moldflow默认的参数为3个，它们是由Taguchi实验分析出的对填充过程中最重要的3个工艺参数。用户可以选择2～6之间的整数作为实验参数个数。实验参数越多，相关的实验方法越复杂，计算量越大。
接下来，依次设置5个参数在实验中的状态。在下拉列表框中，提供了3个选项，即不变、自动和指定。
“不变”表示在各个实验中，参数值是恒定的，不发生变化。“自动”表示在AMI会自动确定出参数的变化范围，划分参数的实验水平，在不同的实验中采用。用户还可以按照特定的要求对参数进行水平划分。如果选择“指定”，则按照右侧出现的文本框，填入相应的变化百分比的大小，实验分析就会按照该值划定实验水平。
Expand/Compress Injection Profile选项用于在实验中按照某个百分比均匀的增大或减小所有的值。其默认选项为Do not change。Thickness multiplier的作用类似于Expand/Compress Injection Profile，用于按照某个百分比均匀的增加或减小整个制件的厚度。其默认选项为Automatic。
用户可以单击右下方的DOE Advanced Options按钮查看实验设计分析中的Moldflow中进行判断的质量准则。
用户可以在DOE Advanced Options对话框中设置相关参数在判定成型工艺条件优劣性中所占的权值。每个参数的默认权值都是1。如果用户想增大某个参数在成型条件中的重要性，那么就在右侧的文本框中填入一个大于1小于10的值。需要注意的是，由于这些参数之间存在相互影响，增大某个参数的权值则有可能导致相关参数性能变坏，所以AMI默认赋予每个参数相同的权值。

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4．分析计算
双击案例任务窗口中的“开始分析”图标，或者选择【分析】|【开始分析】命令，弹出【选择分析类型】对话框，如图10.34所示。单击【确定】按钮，程序开始运行。等待程序运行，可以查看分析的过程和分析的进度，与分析完成通过查看日记的内容一样。图10.35是分析过程中的内容，在屏幕显示中，可以很详细地看到DOE中的实验参数以及实验水平的划分。运行完成后，弹出【分析完成】对话框，如图10.36所示。单击OK按钮，退出【分析完成】对话框。

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5．分析结果
分析完成后，在分析结果图示列表中除了常规Fill分析的结果之外，还包括了Optimizaton（优化）部分结果的输出。下面给出几个主要的DOE（Flow）分析结果。
（1）图10.37所示是注射压力与熔体温度的关系曲线。注射压力与熔体温度成反比例关系，熔体温度越高，成型制品所需要的注射压力就越低。图10.38所示是制品质量与熔体温度的关系曲线。图10.38中质量因子的值越高，表示质量越好。因此，应当尽量使曲线峰值达到最大。随着熔体温度的增大，制件质量越来越差。

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（2）图10.39所示是流动前沿温度与熔体温度的关系曲线。熔体温度越高，熔体的流动前沿温度就越高。图10.40所示是剪切应力与熔体温度的关系曲线。熔体温度越高，熔体所受到的剪切应力就越低。
（3）图10.41所示是充填时间。从图中可以看出，充填不是很好，两侧的温度相差了0.4s，需要改一下浇口位置或增加一下浇口。图10.42所示是充填结束时的压力，从图10.42中可以看出，压力分布不均。