基于Moldflow的注塑件填充分析與澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

鄧宇鋒

（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

基于Moldflow的注塑件填充分析與澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

鄧宇鋒

（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

針對注塑模具中合理的澆口位置在塑料制品設(shè)計(jì)中的重要性，運(yùn)用Moldflow軟件對汽車電氣支架的澆口位置進(jìn)行了優(yōu)化分析，并對兩種不同進(jìn)澆系統(tǒng)進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明，將熔體填充仿真分析與注塑件進(jìn)澆系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，能有效避免可能出現(xiàn)的注塑成型問題，可以縮短模具研發(fā)周期，提高制件成型的效率和質(zhì)量。

Moldflow軟件；澆口位置；澆注系統(tǒng)；優(yōu)化分析

隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，愈來愈多的塑料替代金屬應(yīng)用于工程實(shí)際中。高質(zhì)量塑料產(chǎn)品取決于注塑件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和注塑成型三個階段技術(shù)的共同完善［1］。長期以來，由于注塑模具的研發(fā)常常與注塑件的設(shè)計(jì)結(jié)合不緊密，導(dǎo)致產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷直至模具制造階段才被發(fā)現(xiàn)，造成模具設(shè)計(jì)和制造困難，成為注塑模具設(shè)計(jì)周期長、研發(fā)成本高、難以得到高水平模具和制件的重要原因。隨著注塑模具CAD/CAE技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在模具設(shè)計(jì)中應(yīng)用CAE軟件對模具設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬和分析，代替實(shí)際的試模，預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的缺陷并進(jìn)行修改，可以提高一次試模的成功率，從而可以降低制造成本、縮短開發(fā)周期［ 2 -3］。

本文使用Moldflow對汽車電氣支架注塑成型過程進(jìn)行分析與仿真，據(jù)此發(fā)現(xiàn)并解決注塑件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不足所導(dǎo)致的注塑成型問題，從注塑件澆注系統(tǒng)改進(jìn)和注塑模具設(shè)計(jì)兩個方面綜合優(yōu)化，為注塑件成型質(zhì)量和模具設(shè)計(jì)的合理性提供保障。

1 注塑成型相關(guān)理論

汽車電氣支架注塑成型過程非常復(fù)雜，伴隨流動、傳熱和相變等物理過程，描述這復(fù)雜過程需要連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論。由于汽車電氣支架是厚度尺寸小于其他尺寸的薄壁試件，可采用非穩(wěn)態(tài)、非等溫條件下的Hele-Shaw流動模型，獲得描述該過程的連續(xù)方程、動量方程和能量方程［4］。

連續(xù)方程：

動量方程：

能量方程：

式中：p為初動量；x，y，z為位置坐標(biāo)；u,v,w為速度分量；為剪切黏度；為密度；Cp為比熱容；T為溫度；k為熱導(dǎo)率；為剪切速率。

2 仿真分析

2.1 制件模型的建立

汽車電氣支架三維模型轉(zhuǎn)化為STL文件格式，并導(dǎo)入Moldflow軟件進(jìn)行注塑成型分析。由于塑件平均厚度較薄，分析中采用了廣泛采用的表面網(wǎng)格類型，如圖1所示。

圖1 有限元模型

2.2 最佳澆口位置分析

注塑模模具設(shè)計(jì)中，澆口位置是關(guān)鍵的一個設(shè)計(jì)變量。制件的質(zhì)量好壞很大程度上取決于澆口位置［5］。澆口位置不正確將會導(dǎo)致過壓、高剪切率、很差的熔接線性質(zhì)和翹曲等一系列缺陷。

使用Moldflow軟件進(jìn)行澆口位置預(yù)分析，首先將汽車電氣支架導(dǎo)入Moldflow軟件；劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格邊長度為3 mm，最大縱橫比值不大于6，匹配率大于90%，注塑件的材料選用聚丙烯（PP），設(shè)定模具表面溫度為40 ℃，熔體溫度為290 ℃，最大注塑壓力為180 MPa等參數(shù)。運(yùn)行Moldflow進(jìn)行分析，得到預(yù)測的最佳澆口位置如圖2所示。

3 澆注系統(tǒng)優(yōu)化和仿真分析

3.1 系統(tǒng)的優(yōu)化

根據(jù)L.W.Seow和Y.C.Lam的流動優(yōu)化理論［6］，填充狀態(tài)不僅和黏度等材料特性有關(guān)，同時受型腔的幾何形狀影響。通過適當(dāng)?shù)膬?yōu)化澆注系統(tǒng)方案，可獲得較優(yōu)的流動模型。為此，本文通過改進(jìn)注塑件的澆注系統(tǒng)來改善填充狀態(tài)，以解決填充不平衡引起的注塑件的注塑變形大等問題。圖3為新的澆注系統(tǒng)。

圖2 最佳澆口位置

圖3 新的澆注系統(tǒng)

3.2 仿真分析

（1）填充分析。填充時間的長短會影響塑料充滿時的速度。充模時間短，流速快，塑件表層高度取向，而內(nèi)部由于溫度的下降比正常充模時慢，因此解取向能力提高，比表層低；充模時間長，流速慢，熔體較多的熱量被模具帶走，大分子松弛時間縮短，解取向能力下降，內(nèi)部取向程度較充模時間短的情況下有所提高。

圖4是兩種方案填充時間的分析圖，從圖中可以看出，兩種方案填充均勻，圖4（a）是原方案的填充時間，為1.139 s，圖4（b）是新方案的填充時間，為0.847 s，小于原方案的填充時間，說明在澆注系統(tǒng)優(yōu)化后，填充時間縮短，熔料更容易從澆注系統(tǒng)進(jìn)入到型腔中。

圖4 填充時間

（2）氣穴分析。氣穴是由于熔體前沿匯聚， 最終在制品內(nèi)部或者模腔表層產(chǎn)生的氣泡。氣穴的存在對塑件的強(qiáng)度和外觀質(zhì)量都有較大的影響。如圖5（b）所示，圖中粉紅色部位為新方案氣穴位置，圖5（a）則是原方案的氣穴位置。氣穴數(shù)量上，新方案比原方案有了不少的減少。

4 結(jié)論

針對汽車電氣支架這一塑件，利用最佳澆口位置的分析結(jié)果，給出了初步設(shè)計(jì)方案及相應(yīng)的成型模擬過程，經(jīng)過對澆口位置的合理分析和澆注系統(tǒng)方案的改進(jìn)后，充填時間縮短了，氣穴問題得到很好的改善，所得的塑件質(zhì)量較優(yōu)，從而使實(shí)際生產(chǎn)中減少了試模次數(shù)，提高了試模成功效率和塑件的成型質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，具有較好的借鑒價值。

圖5 氣穴狀況

［1］ 楊占堯. Pro/ENGINEERWildfire2.0產(chǎn)品造型與模具設(shè)計(jì)方案精解［M］. 北京：高等教育出版社，2005.

［2］ 周大路，何柏林，李樹楨. 基于Moldflow的注射器翹曲分析［J］. 塑料，2007，36（2）：95～98.

［3］ 劉贛華，陳樂芙. Moldflow在無繩電話電池蓋注塑成型中的應(yīng)用［J］. 塑料，2009，38（3）：98～100.

［4］ 劉細(xì)芬，黃家廣. 基于Moldflow軟件的注塑制件澆口優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］. 塑料工業(yè)，2007，35（12）：36～38.

[5] 賀華波，李紅林，鄧益民. Moldflow在電話聽筒上蓋零件注塑成型中的應(yīng)用［J］. 輕工機(jī)械，2006，24（2）：38～40.

［6］ Seow L W， Lam Y C. Optimizing flow in plastic injection molding ［J］. Journal of Materials Processing Technology，1997，72（ 3）：333-341.

（P-05）

Injection parts fi lling analysis and casting system optimization design based on Moldfl ow

TQ320

1009-797X（2015）23-0146-03

B DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.059

鄧宇鋒，（1981-），男，講師，在讀博士生，研究方向?yàn)镃AD/CAM/CAE、機(jī)械制造技術(shù)。

2015-10-15