Moldex3D模流分析之ScrewPlus 标签与仿真

Moldex3D 中国 2023年11月1日浏览：1325

ScrewPlus 是射出成型 CAE 的第一个内建螺杆分析。此模块由 Compuplast International Inc. （www.compuplast.com）与 CoreTech System Co., Ltd. 共同开发。使用者必须具备适当的授权码，才能利用此强大的模块。

螺杆塑化是其中一个受欢迎的方法之一，熔化是螺杆的剪切动作之一，可提供即将进入射出成型条件的熔件。实际的熔化温度非常困难取得，通常会用喷嘴温度或最后区域温度取代。然而，不真实的熔化温度会误导进一步的制程，而无法透过射出成型产生高性能产品。然而，ScrewPlus 在射出成型初期阶段撷取真实熔化温度上扮演着重要的角色。尤其是，ScrewPlus 可帮助我们在螺牙剪切后估计真实的熔化温度，而非只能挑选喷嘴温度或最后区域温度。此外，可用于评估熔件的温度均匀性，这可控制整个射出成型的质量。

功能概观

一般而言，塑化螺杆包含塑料输送段、过渡段，及计量段，如下图所示。实体塑件会输送至塑料输送段。随着螺杆的动作及从料管加热，当从塑料输送段移至计量段时，会传输并逐渐熔化塑料。熔化塑件的主要驱动力是在整个塑化制程中塑件的电热与黏滞加热。此制程的输出是螺杆特性与模具特性之间平衡的结果（在螺杆尾端）。

ScrewPlus 是一个强大的工具，可仿真经过实体输送（塑料输送段）、熔化（过渡段）及泵取（计量段）从实体状态到熔化状态的整个塑化制程。它可提供熔化的真实温度，并自动在 Moldex3D「加工精灵」中自动更新此信息，以进一步模拟。

一般用途螺牙

使用 ScrewPlus 模拟螺杆塑化的基本需求是螺牙几何、材料与制程条件。

螺杆几何：

1.基本信息：螺杆的直径与长度

2.料管：

▪料管类型：平面或凹槽类型

▪加热区域特性

3.螺杆特性：

▪区段长度及其类型

▪螺纹距离及其宽度

▪沟槽深度

材料：需要热力学与流变性特性。Moldex3D「材料精灵」会自动提供。

制程条件：必须指定如螺杆位置等运作条件。Moldex3D「加工精灵」会自动提供一些重要的制程条件。在执行 ScrewPlus 仿真后，将自动更新熔化温度信息。

使用 ScrewPlus 模拟螺杆塑化

ScrewPlus 是 Moldex3D 中的附加模块。ScrewPlus 的重要角色是在射出到模具前，能够撷取透过螺杆塑化从实体状态到熔化的更真实熔化行为。本章的教学课程将以分解步骤说明如何在 Moldex3D 中进入并执行 ScrewPlus 模拟。

基本上而言，为了执行 ScrewPlus，您必须经过从启动 Moldex3D、建立新项目、汇入新网格、选取材料，然后进入「加工精灵」设定制程条件的 Moldex3D 基本程序，如下图所示。ScrewPlus 的关键功能位在「加工精灵」内。在「加工精灵」中，您可以进入 ScrewPlus 模块以指定螺杆特性，编辑螺杆的制程操作条件、使用 ScrewPlus 求解器模拟螺杆制程、可视化熔化结果，然后更新更真实的熔化温度，以进行进一步的射出成型程序。完成 ScrewPlus 模拟后，您必须回到「加工精灵」完成射出成型规格。接着您可以加入塑化螺杆的效应，来执行射出成型条件的一般模拟。

由于 Moldex3D 的基本程序与本手册中所述相同，因此本章将着重在 ScrewPlus 模块中。

在按下 [加工精灵] (Process Wizard) 按钮后，便会显示以下信息。

1. ScrewPlus 标签与仿真 (ScrewPlus Tab and Simulation)

首先，启动 Moldex3D「加工精灵」，并选取「机器模式 1」或机器模式设定方法。使用者必须在 [机器设定] (Machine Settings) 中选取适当射出机器。

将标签变更为 [充填/保压设定] (Filling/Packing Settings)，再单击 [进阶设定] (Advanced Setting)。

这是螺杆塑化程序仿真的核心区段。

单击 [执行分析] (Run analysis) 按钮，让您指定螺杆系统的参数。

以下为两组待指定的参数：

(A) 螺杆特性与 (B) 塑化制程。

1. 螺杆特性 (Screw Characteristics)

您可以使用工具栏新增新的螺杆系统（[新增] (New) 按钮）、编辑旧系统（ [编辑] (Edit) 按钮）、重新命名旧系统（[重新命名] (Rename) 按钮）、删除系统（[删除] (Delete) 按钮），或将旧系统（[复制] (Copy) 按钮）复制到新系统。

按下 [编辑] (Edit) 指定与编辑螺丝几何：

因此必须提供四种信息完整描述「螺杆系统」，包括「基本信息」、「料管条件」、「螺牙结构」与「喷嘴条件」。

基本信息 (Basic Info)

必须先定义螺杆的直径与总长度。直径是直接从机器信息更新的。在此您无法修改它。如果您必须修改螺杆直径，请参阅第 3 章。

[螺牙几何编辑] (Screw Geometry Editing) 菜单会显示整个螺牙及其直径与长度

料管特性 (Barrel Characteristics)

亦必须指定料管上的加热区域位置。用户可新增或删除一些加热区域。每个区域的结束位置都会是下个区域的开始位置。按下 INSERT 可插入新区域，或 DELETE 可删除现有区域。或者，单击右键以显示相同功能的快捷菜单。加热区域的上限是四。

[螺牙几何编辑] (Screw Geometry Editing)菜单显示料管区域的定义

按下 INSERT 或单击右键，可在 [螺杆几何编辑] (Screw Geometry Editing) 菜单中插入加热区域

螺杆特性 (Screw Characteristics)

螺杆区段的定义方式相似。此外也必须指定其他螺杆细节，例如沟槽深度、螺距、螺纹宽度、螺纹数等。螺距与螺纹宽度的默认值为常数。此外也接受定义非常数的螺距与螺纹宽度结构。

[螺杆几何编辑] (Screw Geometry Editing) 菜单显示料管区域的定义

喷嘴特性 (Nozzle Characteristics)

它包含喷嘴长度、入口直径及出口直径。完成此设定后，按下 [储存] (Save) 按钮保留变更，或 [取消] (Cancel) 按钮舍弃变更。

[螺牙几何编辑] (Screw Geometry Editing) 菜单显示料管区域的定义

2. 塑化制程 (Process for Plastification)

下一个步骤是设定螺杆塑化模拟的制程参数。先按下 [编辑] (Edit) 按钮以指定所需的条件。完成 [螺杆项目编辑] (Screw Project Editing) 菜单。在 [螺杆 RPM] (Screw RPM) 方块中，输入待分析的螺牙 RPM。或者，选取 [包含 RPM 相依性计算] (Include RPM dependent calculations) 复选框，以执行一系列不同 RPM 的仿真。

在 [制程] (Process) 菜单中，输入 RPM 并选取或清除 [包含 RPM 相依性计算] (Include RPM dependent calculations ) 复选框

编辑按钮 (Edit Button)

当您单击 [编辑] (Edit) 按钮时，您必须指定 [基本信息] (Basic info)、[材料] (Material)、[摩擦系数] (Friction coefficient)、[温度] (Temperatures)、[压力出口] (Pressure-exit) 如下所示。

[螺牙项目编辑] (Screw Project Editing) 菜单

基本信息卷标 (Basic Info Tab)

单击"..." 按钮选择从先前所述螺杆特性区段建立的某些螺杆数据文件。

[基本信息] (Basic Info) 标签可让您选取预先定义的螺牙几何

材料标签 (Material Tab)

此标签中使用 [材料精灵] 中定义的材料。在此可定义入料筒中固体塑料粒子的体积密度与入口温度。

在此可定义入料筒中固体塑料粒子的体密度与入口温度。

摩擦系数标签 (Friction Coefficients Tab)

料管材料摩擦系数一律高于螺杆材料摩擦系数，以保证熔融塑件会朝着喷嘴正数移动。其默认值分别是 0.30 与 0.20。如同「实体转换模型」，选取默认的「散量」模型可保证能够良好预测沿着螺杆的压力变化。

[摩擦系数] (Friction coefficient) 卷标显示摩擦系数定义，及 ScrewPlus 中使用的实体输送模型。

温度卷标 (Temperatures Tab)

首先指定每个区域的默认料管温度。在 [材料精灵] (Material Wizard) 中将最后区域温度定义为熔化温度，然后将其他区域指定为从最后区域温度开始减少的温度。然而，用户可以修改这些温度以反映机器上的真实料管温度。

[温度] (Temperatures) 标签允许用户定义适当的料管温度配置文件

压力 - 出口标签 (Pressure - Exit Tab)

塑化制程期间，喷嘴结束压力实际上是大气压力，因此 [等同模具压力降] (Equivalent die pressure drop) 与 [结束压力定义] (End pressure definition) 预设为已预先设定。用户可以随时单击 [储存] 按钮储存变更，并回到ScrewPlus 菜单。

[压力 - 出口] (Pressure-exit)卷标显示结束压力

分析 (Solve)

点击ScrewPlus 菜单中的 [分析] (Solve) 按钮启动仿真。

ScrewPlus solver 菜单显示求解器进度

计算期间将更新右窗口中的信息。在大部分的情况下求解器会平顺的收敛。单击[停止] (Stop) 按钮可随时终止求解器，或单击[求解器设定] (Solver set-up) 按钮调整计算参数。

需要[塑化] (Plastication)时间：这是以指定的 RPM 在下次射出时将熔件塑成螺杆状的估计时间。

结束温度：这是喷嘴出口的熔化温度。此值应作为 [加工精灵] (Process Wizard) 的「真正」熔化温度。

温度变化：这是计量段的熔化温度变化。

ScrewPlus 显示螺牙塑化仿真完成

用户可选择单击 [显示] (Show) 按钮显示射出成型内的详细分析结果，或单击 [Moldex3D 结果] (Results to Moldex3D) 按钮回到 [加工精灵] (Process Wizard) 并显示更新后的熔化温度。如需操作的详细信息，请在单击 [显示] (Show)按钮后参阅下一节。单击 [Moldex3D 结果] (Results to Moldex3D) 按钮后，Moldex3D [加工精灵] (Process Wizard) 会显示对话框提示。单击 [确定] (OK) 可接受ScrewPlus的估计；单击 [取消] (Cancel) 以舍弃。