基于Moldflow對塑料模具曲翹變形的研究

朱海勇 白躍輝

摘 要：本文以一塑料制品為例，介紹Moldflow在塑料制件工藝分析過程中，怎樣更好的進(jìn)行網(wǎng)格化處理。通過對制件的曲翹變形有目的的分析，怎樣確定最佳注塑澆口，來設(shè)置更合理的工藝方案，提高產(chǎn)品質(zhì)量，使產(chǎn)品曲翹變形量大大減少。進(jìn)而增加經(jīng)濟(jì)效益，凸顯Moldflow的重要性。

關(guān)鍵詞：Moldflow；曲翹；塑料模具

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.242

塑料制品不但色彩多樣、外形精美，而且成本低廉，經(jīng)濟(jì)耐用。因而塑料制品在我們生活中占得比重越來越大，已經(jīng)深入到各行各業(yè)。但是塑料制件翹曲變形一直困擾這模具設(shè)計(jì)人員。塑料制件翹曲變形是指注塑產(chǎn)品的在注射成型過程中發(fā)生畸變不平，與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)形狀精度不符，是塑料模設(shè)計(jì)和注射生產(chǎn)中較難解決的產(chǎn)品缺陷。隨著社會的發(fā)展，人們對塑料制品的美觀和精度要求越來越高。比如平板電腦，汽車插接件等。產(chǎn)品翹曲變形程度已作為評價產(chǎn)品質(zhì)量好壞的主要指標(biāo)，成為模具設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)企業(yè)必需關(guān)注與重視的因素。希望能在設(shè)計(jì)階段找到可能產(chǎn)生的翹曲因素，盡而優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終減小產(chǎn)品的翹曲變形，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精度要求。

1 Moldflow軟件

Moldflow軟件功能非常強(qiáng)大，也得到了廣泛認(rèn)可，它可以精確度模擬塑料產(chǎn)品整個注塑過程?？稍谀＞呒庸ぶ?，得到優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；并且能夠進(jìn)行模擬分析，模擬塑料產(chǎn)品的注射、保壓、冷卻、變形等過程，進(jìn)而準(zhǔn)確預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，優(yōu)化注塑參數(shù)，最終縮短了模具開發(fā)周期。

Moldflow軟件主要功能有：MPA（Moldflow Plastics Advisers），MPX（Moldflow Mold Xpert），MPI（Moldflow Part Insight）?？焖僭嚹７治?，可以讓設(shè)計(jì)人員預(yù)測產(chǎn)品注塑成型時的可能存在的問題，測試產(chǎn)品的工藝并對模具設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化； 質(zhì)量控制專家，提供了針對注塑參數(shù)設(shè)置并能進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，能夠進(jìn)行在線設(shè)置并修正工藝參數(shù)。質(zhì)量控制專家是當(dāng)前公認(rèn)最好的模流分析軟件。高級成型分析，是專業(yè)性很強(qiáng)的模流分析軟件，它可以對產(chǎn)品和模具進(jìn)行分析，并在計(jì)算機(jī)上對注塑全過程進(jìn)行模擬分析，包括注射、保壓、冷卻、變形、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、纖維取向等過程，設(shè)計(jì)師模具在設(shè)計(jì)階段就找出產(chǎn)品可能產(chǎn)生的問題，提高試模的成功率，提高產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量，優(yōu)化注塑工藝，無論在廣度和深度上都涵蓋了 MPA的功能。

我們對制件進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，通過網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)表明匹配百分比為88.2%，相互百分比86.0%，通過網(wǎng)格修復(fù)保證自由邊為0，交叉邊配向不正確單元為0，相交單元為0，完全重疊單元為0，以確保后面分析的準(zhǔn)確性。

我們對制件進(jìn)行冷卻水道設(shè)計(jì)，設(shè)定流向?yàn)閄向。水道孔徑為10mm，孔中心距離制件為12mm，數(shù)量為一道。接著我們通過對澆口位置進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，最佳節(jié)點(diǎn)為5887，因此我們設(shè)定澆注口如圖1所示。

我們對工件材料進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)性能要求選舉ABS。模具溫度為80度，冷卻時間為10秒，然后對制件進(jìn)行流動+翹曲成型分析。分析結(jié)果為最大變形為0.49mm，變形量稍微偏大，如圖2所示。X向變形量為-0.44-0.45mm如圖3所示。Y向變形量為-0.25-0.31mm如圖4所示。Z向變形量為-0.11-0.18mm如圖5所示。

翹曲變形的原因很多，成因各已。比如模具溫度原因，塑件模具型腔內(nèi)部溫度在不均勻。工件壁厚差異較大，在冷卻冷卻過程中溫度不均勻，從而導(dǎo)致收縮的變形不均勻。工件在較厚方向冷卻速快，在較薄處冷卻速慢，也會造成翹曲變形。冷卻時間不足，頂出溫度偏高或頂出受力不勻所致。工件設(shè)計(jì)不合理，工件嚴(yán)重不對稱。模具精度不良，表面粗糙以及定位不準(zhǔn)確，導(dǎo)致制件易翹曲變形。注塑口位置不合理，注射工藝參數(shù)不佳收縮不均勻。模具型腔型芯不對稱冷卻，脫模后冷卻不當(dāng)。

2 產(chǎn)品的Moldflow分析

通過利用Moldflow分析我們發(fā)現(xiàn)，我們比較產(chǎn)品在X、Y、Z向變形量比較，很顯然在X向變形為主要變形成因。要使本產(chǎn)品的曲翹變形量變小，最主要是控制本產(chǎn)品X向變形量。

通過本件形狀分析發(fā)現(xiàn)此產(chǎn)品在X向較長，而且頭部比別的部位厚了很多。從原來的注塑口澆注，會造成流動困難。因此我們認(rèn)為翹曲變形主要原因?yàn)樽⑸淇谖恢迷O(shè)置不合理以及工件造型壁厚不均勻造成。于是對注塑口加以改進(jìn)，變單一澆注口為雙澆注口，改變原來一模一腔為一模多腔。然后對工件從新進(jìn)行流動+翹曲成型分析，觀察曲翹變形量是否發(fā)生較大改觀，分析結(jié)果如圖6所示。

通過澆注口的和一模多腔的改變，我們發(fā)現(xiàn)工件的分析結(jié)果為最大變形為0.048-0.37mm，X向變形量變?yōu)?0.37-0.37mm，Y向變形量為-0. 9 -0.9mm，Z向變形量為-0.11-0.16mm。變形量得到了明顯改善，縮小變形量為24%，達(dá)到了預(yù)期目的。

通過利用Moldflow對細(xì)長插接件進(jìn)行模流分析，可以得出以下結(jié)論。我們把模具的注塑口改為雙澆注口并放在長得端部比較合理。同時我們改為一模多腔，可以大大改善曲翹變形，是變形量縮小20%以上。通過試模發(fā)現(xiàn)，工件可以達(dá)到使用要求，客戶對工件比較滿意。通過使用CAE的應(yīng)用提高了模具的開發(fā)周期，減少了試模次數(shù)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

CAE在塑料模具中的應(yīng)用，必將引領(lǐng)模具設(shè)計(jì)的新潮流。為磨具設(shè)計(jì)人員提供一種非?？傄闹?，提高產(chǎn)品質(zhì)量。