基于Moldflow的多流道系統(tǒng)缺陷分析及優(yōu)化

趙昕

摘要：利用Autodesk Moldflow Insight 2012對一模三腔的模具進(jìn)行模擬，并對多個結(jié)果文件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)注射過程中流道存在缺陷，并得到實驗驗證。通過分析成因，進(jìn)行流道優(yōu)化，再次試模得到驗證。

關(guān)鍵詞：Moldflow; 注塑成型；流道；優(yōu)化設(shè)計

近些年塑料制品廣泛的被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，同時對于塑件的外觀和使用性能都有了更高要求。注射模具中流道系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)乎生產(chǎn)出來的塑料制品的外觀及質(zhì)量的優(yōu)劣。傳統(tǒng)的流道系統(tǒng)設(shè)計主要根據(jù)設(shè)計人員的工作經(jīng)驗，需要經(jīng)過反復(fù)調(diào)試方能投入生產(chǎn)，但設(shè)計加工周期長，生產(chǎn)成本較高，因此利用注塑模具CAE技術(shù)對注塑過程模擬，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的缺陷，從而提高試模成功率，節(jié)約成本，對塑料模具的設(shè)計過程具有良好的指導(dǎo)效果。

1.前處理

本文分析所選用塑件基本尺寸如下：

塑件A長×寬×高： ，主壁厚： ；塑件B長×寬×高： ，主壁厚： ；塑件C長×寬×高： ，主壁厚： ，按照所設(shè)計的模具圖紙對三個零件進(jìn)行排布，并運(yùn)用Doctor CAD對模型進(jìn)行修復(fù)與簡化外觀如圖1所示。

采用雙層面網(wǎng)格（Fusion）類型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并建立冷卻系統(tǒng)，分別對三個塑件的澆口類型設(shè)置如下：為了不影響塑件的外表面質(zhì)量，塑件A與塑件C選用潛伏式澆口，塑件B選用普通側(cè)澆口。

2.模擬結(jié)果分析及實驗驗證

2.1數(shù)值模擬

材料選用Chi Mei Corporation公司的ABS材料Polylac PA-765，注射成型設(shè)備選用來自東華公司的190T型，軟件模塊采用充填+保壓，分三段注塑，參數(shù)見表1。保壓階段分為兩段保壓，參數(shù)見表2。

保壓結(jié)束后，螺桿停止于7mm處。

其他參數(shù)設(shè)置：動定模模溫均為65℃；熔體溫度為215℃；開合模時間為8.3s；冷卻時間為28s。

運(yùn)用Autodesk Moldflow Insight 2012進(jìn)行塑件填充模擬，模擬結(jié)果如圖2～圖3所示。

由圖2可見塑件A和塑件B的尾端顯示時間線為1.032s，而塑件C末端時間線為1.375s，塑件A和塑件B因提前完成填充而出現(xiàn)過保壓。塑件C在1.032s至1.375s期間，黃色時間線較稀疏，表明塑料熔體流速較快，可能導(dǎo)致強(qiáng)度不足，而紅色時間線較密集且不均勻，可能導(dǎo)致滯留，產(chǎn)生短射。

由圖3可見塑件C末端部位溫度遠(yuǎn)低于其他部位溫度，可能導(dǎo)致短射結(jié)果。

由型腔壓力分析結(jié)果可知塑件A和塑件B的填充末端壓力值遠(yuǎn)大于塑件C，冷卻末端壓力下降接近為0，澆口周圍邊型腔壓力值均為25MPa～50MPa。因此塑件A和塑件B壓力值大于塑件C，且時間較長，故兩塑件可能導(dǎo)致過保壓。

綜合以上模擬結(jié)果分析，塑件A和塑件B出現(xiàn)過保壓，導(dǎo)致難以脫模，塑件C出現(xiàn)短射。

2.2實驗驗證

實驗工藝參數(shù)如上文表1、表2中設(shè)置，試模結(jié)果存在如下問題：

1. 塑件A和塑件B由于過保壓出現(xiàn)脫模困難；

2. 塑件C出現(xiàn)短射現(xiàn)象。

試模與有限元模擬結(jié)果基本一致，過保壓和短射出現(xiàn)主要原因可確定為流道不平衡，并進(jìn)一步驗證了有限元模型的可靠性。

3.多流道優(yōu)化設(shè)計

通過軟件模擬和實驗試模后發(fā)現(xiàn)的確存在缺陷，應(yīng)采用澆注系統(tǒng)的流道優(yōu)化來解決。塑件A、塑件B存在過保壓問題，故應(yīng)增大熔體填充過程中的壓力損失，塑件C存在短射問題，故應(yīng)增大注射壓力和流道尺寸，對澆注系統(tǒng)流道的優(yōu)化如下：

（1）主流道保留之前設(shè)計；

（2）將塑件A的分流道直徑由Φ4mm縮小至Φ3mm，如圖4所示；

（3）將塑件B的分流道截面由Φ6mm圓形截面修改成8mm×1mm矩形截面，如圖5所示；

（4）將塑件C的分流道直徑由Φ6mm擴(kuò)大至Φ8mm，如圖6所示。

在Moldflow模擬軟件中載入上述流道優(yōu)化方案，進(jìn)行模擬，并將優(yōu)化后的模擬結(jié)果與優(yōu)化前進(jìn)行比對分析。為保證可比性，將同樣重點比對充填時間、流動前沿溫度和壓力三個方面，來確認(rèn)是否達(dá)到流道優(yōu)化要求。

模擬結(jié)果如圖所示，分析如下：

（1）填充時間 在圖7中，三個塑件的填充完成時間：塑件A約為1.085s，塑件B約為1.0s，塑件C約為1.085s，表明三個塑件完成填充基本同步，有效避免了短射和過保壓現(xiàn)象。

（2）流動前沿溫度 在圖8中，每個塑件的流動前沿溫度正常，未出現(xiàn)提前冷凝而填充不足。

（3）型腔壓力 同樣從填充末端、保壓末端和冷卻末端的壓力與原方案進(jìn)行對比，結(jié)果表明，系統(tǒng)一直保持壓力平衡。

綜合分析以上模擬結(jié)果得出結(jié)論：合理的優(yōu)化流道設(shè)計可將澆注系統(tǒng)由非平衡調(diào)整至平衡，使整個填充過程平緩正常，盡可能避免出現(xiàn)填充缺陷。

根據(jù)流道優(yōu)化方案對原模具進(jìn)行相應(yīng)修改并試模，結(jié)果如圖9所示，三個塑件均填充完全，且能順利脫模，消除缺陷。

4.結(jié)論

流道的設(shè)計對塑件的質(zhì)量有很大的影響，運(yùn)用Moldflow Insight軟件對一模三腔模具的注塑過程進(jìn)行模擬分析，發(fā)現(xiàn)塑件在填充過程中可能出現(xiàn)的問題和缺陷，并根據(jù)模擬分析的結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)，最終試模結(jié)果表明流道優(yōu)化方案正確。通過優(yōu)化了流道的設(shè)計，盡可能減少了塑件成型中出現(xiàn)的問題和缺陷，縮短了模具的設(shè)計周期，提高了塑件的質(zhì)量和試模成功率，降低了成本。

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