聚氨酯发泡过程仿真软件技术简介 .pdf

1、环球聚氨酯网 56聚氨酯硬泡PU TechnologyPU技术聚氨酯发泡过程仿真软件技术简介汽车、电子及电器行业的飞速发展，使得计算机模拟仿真技术在这些领域的制造过程中得以广泛应用。但是，聚氨酯发泡模拟软件由于其高成本、过长的计算时间以及较大的使用难度，长期以来无法得到商业化的发展和广泛的普及应用。AnyFoam是韩国AnyCasting公司推出的全球首款商用聚氨酯发泡模拟软件。AnyFoam可以应用于家电、汽车、结构和建筑等领域的聚氨酯发泡工艺模拟，具有广泛的应用前景。图1 聚氨酯发泡模拟的应用韩国AnyCasting公司从2003年开始研发求解器，于2007年正式发布商业版软件。期间，A

2、nyCasting公司和韩国主要的家电生产厂商开展了深入的合作，目前这些公司的冰箱部门都已成功地应用这款软件进行冰箱柜体和门板的发泡模拟。AnyFoam的求解器foamSolver通过求解以下四个方程，采用流动和动态/化学反应的耦合的方式进行对多物理场的求解。三维可压缩Navier -Stokes方程VOF（流体体积）方程以追踪流体自由表面能量方程考虑凝胶反应、化学和物理发泡产生的放热和吸热反应。浓度方程考虑化学反应发生时产生的成分变化。在发泡模拟中，模具中气体产生的背压对发泡的过程也是一个不可忽略的因素。foamSolver通过背压计算，并考虑到气体逃逸、排出和分模面的影响，提高了分析的精度

3、（图2）图2 计算排气的效果模拟软件在客户中的成功应用，取决于两点。1、软件分析的准确性。2、软件的易用性。FoamPre是AnyCasting精心开发的前处理模块。FoamPre基于Windows开发，采用模块化设计，用户界面非常友好。在FoamPre中，用户可以方便地输入三维的模具设计，选择发泡材料，设置喷嘴的位置、流量、温度、路径和注射时间以及模具中排气的设计（图3）。绝大部分的操作均可用鼠标完成。用户在三维CAD系统中设计的模具，可以通过STL格式方便地输入FoamPRE。FoamPRE采用独特的快速网格技术，几百万的网格只需要几秒钟就可以生成。用户可以对某些重要区域局部细分网格，以保

4、证分析速度和精度。FoamPre的易用性确保用户只需在10分钟以内就可以完成复杂模型的建模和工艺参数设定。通过2-3天的培训，客户就可以很好地掌握AnyFoam。图3 FoamPRE的用户界面韩国艾尼凯斯特有限公司（AnyCasting Co., Ltd.）中国代表处， 管文浩版权属聚氨酯杂志所有57聚氨酯 2011年04月 总第107期 PU技术 PU Technology在发泡模拟中，发泡材料的建模至关重要。各个厂家采用的发泡材料，配方都有不同，有时甚至是保密的。为此，AnyFoam采用逆向工程的方法来建立材料数据库，用户可以先对选用的发泡材料作一个DAPS 上升试验，测出上升曲线和温度曲

5、线和密度，然后通过拟合的方法，确定材料的导热系数，化学反应热和其它动力参数，确保模拟的精确性（图4）。图4 发泡材料拟合在AnyFoam的材料库中（图5），用户可以方便地修改发泡材料的混合率，凝胶反应，化学和物理发泡产生的反应热动态参数，凝胶反应率以及二氧化碳饱和度等等参数，以确保材料库中的发泡材料性能与实际材料一致。图5 FoamDBase材料库AnyFoam的分析结果可以在FoamPost中显示和分析。用户在FoamPost中可以方便地观察到填充和发泡的效果。主要结果包括发泡时间、困气位置、温度分布、密度分布、填充速度和气体分布等等。FoamPost也有自动报告的功能，可以为用户自动产生经

6、过定制的分析报告。在发泡工艺中，最常见的缺陷是熔接痕、困气、浇不足和密度分布不均等。AnyFoam可以对设定的工艺进行模拟，预测可能出现的缺陷，从而优化喷嘴位置、路径和注射工艺参数。图6中用户设计了不同的喷嘴路径，通过AnyFoam模拟各个工艺对充型的影响，从中选择最好的工艺方案。图6 喷嘴路径优化而在图7中，用户按照当前的工艺方案，对分析结果和实际结果进行了对比。模拟结果的符合程度相当好。图7 分析结果和实验对比在传统的聚氨酯发泡工艺中，厂家都是采用试错法来确定生产工艺和模具设计，浪费了大量的时间和成本。发泡模拟软件的应用，可以极大地节省新品开发的成本和周期，并将缺陷率降低到最低点。版权属聚氨酯杂志所有