基于MoldFIow/MPI技術(shù)的狹長薄殼體注塑件澆口位置優(yōu)化試驗(yàn)

沈駿騰，劉華，徐紅巖

（天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院a.天津中西機(jī)床技術(shù)培訓(xùn)中心；b.資產(chǎn)管理處，天津300350）

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基于MoldFIow/MPI技術(shù)的狹長薄殼體注塑件澆口位置優(yōu)化試驗(yàn)

沈駿騰a，劉華a，徐紅巖b

（天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院a.天津中西機(jī)床技術(shù)培訓(xùn)中心；b.資產(chǎn)管理處，天津300350）

摘要：運(yùn)用Moldflow/MPI技術(shù)分析狹長薄殼體塑件模具澆口形式的方案設(shè)計(jì)，通過針對兩個(gè)方案的三維變形分布、充填結(jié)束時(shí)的壓力和平均速度重要試驗(yàn)參數(shù)的比較，獲得優(yōu)化方案的結(jié)論，充分顯示Moldflow/MPI技術(shù)在模具開發(fā)過程中對于優(yōu)化塑件設(shè)計(jì)、優(yōu)化模具設(shè)計(jì)和優(yōu)化注塑工藝參數(shù)等方面的顯著優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：Moldflow/MPI技術(shù)；狹長薄殼體注塑件；澆口方案；試驗(yàn)參數(shù)比較；優(yōu)化

此文為天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院2014年度自制儀器設(shè)備研制項(xiàng)目“聚光安全耳具注塑模具設(shè)計(jì)與制造”（編號(hào)：ZDZY2014-04A）的成果之一。

利用Moldflow/MPI技術(shù)可以在模具加工前得到最佳的澆口數(shù)量與位置，合理的流道系統(tǒng)可對型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸進(jìn)行優(yōu)化，在計(jì)算機(jī)上對整個(gè)注塑成型過程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及塑件的收縮和翹曲變形等情況。運(yùn)用Moldflow/MPI軟件可以準(zhǔn)確確定充填結(jié)束時(shí)的壓力、體積溫度、平均速度、變形分布、充填時(shí)間、縮痕指數(shù)、體積收縮率等試驗(yàn)參數(shù)對比，進(jìn)行試模、修模，大大提高模具質(zhì)量，減少修模次數(shù)。也可以得到塑件的實(shí)際最小壁厚，優(yōu)化制品結(jié)構(gòu)，降低材料成本，縮短生產(chǎn)周期，保證制品能全部充滿，達(dá)到優(yōu)化塑件和模具結(jié)構(gòu)、優(yōu)選成型工藝參數(shù)的目的。這不僅是對傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法的突破，而且對減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高塑件質(zhì)量和降低成本等都有著重要的意義，也是CAD、CAE技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

一、狹長薄殼體注塑件模型分析

如圖l所示的塑件為聚光耳具。圖2所示的為聚光耳具的下殼體，其形態(tài)狹長，且薄殼，對尺寸精度要求較高，材料為ABS+色母，顏色為洋紅色。該塑件長寬高85mmx16mmx7.5mm，壁厚較為均勻，基本壁厚為1.0mm。對于此類狹長薄殼塑件，使用Moldflow/MPI軟件進(jìn)行分析流動(dòng)保壓模擬試驗(yàn)（工藝參數(shù)的選定及流道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)）、流道平衡設(shè)計(jì)試驗(yàn)（計(jì)算各流道和澆口位置及尺寸）、冷卻模擬試驗(yàn)（優(yōu)化冷卻系統(tǒng)、填充壓力與平均速度）、三維變形分布（計(jì)算制品的收縮和內(nèi)應(yīng)力分布，預(yù)測制品出模后的變形、翹曲情況）等試驗(yàn)性研究方法完成模具設(shè)計(jì)與制造。

圖1　聚光耳具

二、基本成型試驗(yàn)條件

1.注塑機(jī)設(shè)定

圖2　聚光耳具下殼體-狹長薄殼體注塑件

最大鎖模力：900t

最大壓力：197.0MPa

最大注射量：153cm3

螺桿直徑：Φ36mm

2.充填條件

模具溫度：60.00℃

熔化溫度（熱流道）：260．00℃

注射時(shí)間：4.0s

體積：7.9cm3

重量：25g

注射面積：168cm2

冷卻溫度（型腔）：60℃

冷卻溫度（型芯）：60℃

三、基于Moldflow/MPI技術(shù)的澆注系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

塑件為聚光耳具的下殼體，材料為ABS。模具為一模四腔兩對制品，下殼體模具外形為長方型，因此最大投影面積為長方形，采用上下分模，由于塑件下表面為高低不規(guī)則形狀，從而增大了分模難度，故最終采用上下異型分模，同時(shí)增加側(cè)向研配面。模具材料為P20模具鋼（美國AISI），鋼種類型預(yù)硬化塑料模具鋼已預(yù)先硬化處理至285 -330HB（30 -36HRC）。將塑件排位后導(dǎo)入Moldflow/MPI軟件，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的塑件材質(zhì)ABS參數(shù)分析澆口位置，澆口形式采用側(cè)澆口，水道形式為直通式，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M選定澆口方案1和澆口方案2，見圖3和圖4。采用Moldflow/MPI的流動(dòng)、保壓、冷卻和變形等分析模塊來分析、檢驗(yàn)最佳澆口位置的選擇依據(jù)，進(jìn)而得到優(yōu)化的流道設(shè)計(jì)。

1.澆口形式的選擇

側(cè)澆口一般適用于多型腔模具，其特性是截面形狀簡單，加工方便，能對澆口尺寸進(jìn)行精細(xì)加工，表面粗糙度值小，其形式設(shè)計(jì)可以改變充模條件和充模狀態(tài)。根據(jù)塑件的形狀特點(diǎn)和充模需要，靈活地選擇澆口位置，如澆口試驗(yàn)方案1（見圖3）是選擇由塑件一端設(shè)置4腔填充、澆口在外側(cè)的非平衡式澆注系統(tǒng)方式，澆口流道短；如澆口試驗(yàn)方案2（見圖4）是選擇由塑件中央部位設(shè)置4腔填充、澆口在內(nèi)側(cè)的平衡式澆注系統(tǒng)方式，澆口流道過長。上述兩種方案的平衡與非平衡式澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，澆口截面尺寸均較小，因此去除澆口容易，痕跡小，制品無熔合線，質(zhì)量好。但是，方案1的澆口流道短，填充效果優(yōu)于方案2。

圖3　澆口試驗(yàn)方案1

圖4　澆口試驗(yàn)方案2

2.三維方向的變形分布

通過Moldflow/MPI技術(shù)對方案1和方案2的三維方向變形對比結(jié)果分析，方案1的X方向變形范圍在0.032 8mm5-0.004 5mm之間，見圖5；方案2 的X方向變形范圍在0.072 7mm-0.070 0mm之間，見圖6。從變形數(shù)值可以看出方案1的X方向變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于方案2。方案1的Y方向變形范圍在0.292 1mm-0.290 7mm，之間，方案2的Y方向變形范圍在0.279 9mm-0.279 6mm之間，從變形數(shù)值可以看出方案2的Y方向變形略好于方案1。方案1 的Z方向變形范圍在0.140 4mm-0.026mm之間，方案2的Z方向變形范圍在0.141 4mm-0.020 5mm之間，從變形數(shù)值可以看出方案1Z方向變形與方案1幾乎相同。因此，從X、Y、Z三個(gè)方向的變形對比來看，方案1的澆口位置選擇會(huì)使塑件的變形更小，塑件的質(zhì)量會(huì)更高。

3.充填結(jié)束時(shí)的壓力

方案1充填結(jié)束時(shí)的壓力最高達(dá)到63MPa，由于進(jìn)澆點(diǎn)遠(yuǎn)離產(chǎn)品尾端，因此澆口壓力較大（在正常壓力86MPa范圍之內(nèi)），但澆口流道短，見圖7；方案2進(jìn)澆點(diǎn)在產(chǎn)品中部，因此充填結(jié)束時(shí)的壓力最高僅為41MPa，但澆口流道過長，見圖8。因此，從塑件成本考慮方案1優(yōu)于方案2。

圖5　澆口方案1的X方向變形分布

圖6　澆口方案2的X方向變形分布

圖7　澆口方案1充填結(jié)束時(shí)的壓力

圖8　澆口方案2充填結(jié)束時(shí)的壓力

4.平均速度

射膠速度太高，會(huì)使注射壓力在模腔中分布不均，充模速度不均衡，以及加料量過多，導(dǎo)致飛邊、披鋒等塑件缺陷。方案1的平均速度為4.576s，方案2的平均速度為30.70s，因此方案1優(yōu)于方案2，見圖9和圖10。

圖9　澆口方案1平均速度

圖10　澆口方案2平均速度

5.其他相近試驗(yàn)條件

利用Moldflow/MPI分析軟件還可以得到其它試驗(yàn)數(shù)據(jù)。如方案1的體積溫度238.5℃，充填時(shí)間0.912秒，縮痕指數(shù)3.672%，體積收縮率為1.264%-4.197%；方案2的體積溫度237.3℃，充填時(shí)間0.899秒，縮痕指數(shù)3.627%，體積收縮率為1.960%-4.761%。從填充結(jié)束時(shí)的體積溫度、充填時(shí)間、縮痕指數(shù)和體積收縮率對比來看，兩個(gè)方案的結(jié)果很接近，對塑件質(zhì)量影響不大。

通過Moldflow/MPI分析模塊軟件對聚光耳具下殼體狹長薄殼注塑件澆口系統(tǒng)進(jìn)行變形分布、填充壓力、平均速度、其他條件等過程的模擬試驗(yàn)分析，有助于優(yōu)化塑件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)及制造和注射工藝參數(shù)。其試驗(yàn)結(jié)論一：方案1的澆口形式優(yōu)于方案2，方案1的澆口流道直徑口長度加工合理，流程短，橫斷面積小，填充及冷卻時(shí)間短，澆口殘留量少；而且型腔分布合理，保證ABS塑料迅速而均勻地進(jìn)入各型腔，符合各型腔同時(shí)注滿的條件。其試驗(yàn)結(jié)論二：方案1的塑件三維變形分布遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于方案2，方案1的塑件變形翹曲極小，產(chǎn)品質(zhì)量高。其試驗(yàn)結(jié)論三：方案1充填結(jié)束時(shí)的壓力和平均速度都較優(yōu)于方案2，尤其是方案1的平均速度，該澆口不致使熔料直沖入型腔而產(chǎn)生漩流，以至于在塑件上留下旋形的痕跡，影響制品外觀質(zhì)量。其試驗(yàn)結(jié)論四：上述兩種方案在填充結(jié)束的體積溫度、填充時(shí)間、縮痕指數(shù)和體積收縮率的參數(shù)幾乎接近，對塑件質(zhì)量的影響不大。

因此，經(jīng)過多方因素比較，方案1澆口系統(tǒng)的選擇更優(yōu)于方案2，基于Moldflow/MPI技術(shù)縮短了新塑件的開發(fā)周期和費(fèi)用，提高了塑件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，確保生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的塑件。

參考文獻(xiàn)：

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［2］曹承云.注射成型中澆口形式對塑件質(zhì)量的影響［J］.模具工業(yè)，2008，34（12）：59-61.

［3］余衛(wèi)東，陳建.Moldflow技術(shù)在注塑成型過程中的應(yīng)用［J］．CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2002（5）：33-35.

編輯朱榮華

中圖分類號(hào)：TH12

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-8528（2016）02-068-04

收稿日期：2015-10-14

作者簡介：沈俊騰（1971），男，工程師，研究方向?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)與制造；劉華（1983），男，助理工程師，研究方向?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)與制造；徐紅巖（1963），女，教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造與設(shè)備工藝。

Optimization Test of Long-Narrow Thin Shell Injection Molded Parts Gate Position Based on MoldFlow/MPI

SHEN Jun-tenga，LIU Huaa，XU Hong－yanb
（a. Tianjin Sino-spanish machine to Vocational training center b. Assets Management Department Tianjin Sino－Germen Vocational Technical College，Tianjin 300350，China）

Abstract：Through analyzing the gate scheme design of long-narrow thin shell injection molded parts based on MoldFlow/MPI，the conclusion of optimization project is obtained by means of comparing important parameters including three dimensional deformation distribution，pressure and average velocity（end of filling），which indicates an obvious advantage of MoldFlow/MPI in optimization of plastic parts design，mold design and injection molding parameters in mold development process.

Key words：Mold Flow/MPI；long -narrow thin shell injection molded parts；gate scheme；comparison of test parameters；Optimization