基于Moldflow的臺(tái)燈燈罩注塑模設(shè)計(jì)

武艷軍 杭瑞 華偉豪 楊恒

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?以臺(tái)燈燈罩為研究對(duì)象，運(yùn)用Moldflow軟件分析塑件的最佳澆口位置，預(yù)測(cè)塑件熔體注塑成型的填充性，充填結(jié)束時(shí)壓力分布、氣穴、縮痕指數(shù)等，得到合理的注塑成型工藝參數(shù)，為模具設(shè)計(jì)提供依據(jù)，減少試模時(shí)間，降低成本，提高模具企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?注塑模具;Moldflow;燈罩

[中圖分類(lèi)號(hào)] ?TS956.2+4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2019）26-0104-02

一、引言

高質(zhì)量塑件的獲得是以?xún)?yōu)秀的制件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和注塑成型工藝為前提。塑件許多缺陷（如熔接痕、翹曲等）都與熔體在模具中的流動(dòng)方式有關(guān)，因此對(duì)熔體流動(dòng)方式的控制成為優(yōu)化注塑成型工藝的關(guān)鍵。Moldflow是美國(guó)AutoDesk公司開(kāi)發(fā)的，用于塑件注塑成型分析的計(jì)算機(jī)軟件，以塑件成型過(guò)程為對(duì)象，以塑料流動(dòng)理論、有限元和數(shù)值模擬等理論為支撐，以計(jì)算機(jī)為運(yùn)行載體的仿真軟件[1，2]。注塑成型模具采用CAD/CAE技術(shù)，可大大提高模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化水平與效率，提高模具制造的標(biāo)準(zhǔn)化程度，縮短模具的生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，是現(xiàn)代模具制造領(lǐng)域不可缺少的新技術(shù)[3]。

本文基于三維軟件UG繪制普通臺(tái)燈燈罩模型，通過(guò)有限元分析軟件Moldflow對(duì)其做模流分析，得出注塑時(shí)的最佳澆口位置，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的充填過(guò)程，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的熔接痕、氣穴的位置，注塑壓力和壓力損失等情況，為模具設(shè)計(jì)及注塑工藝參數(shù)確定提供依據(jù)，從而改善塑件成型質(zhì)量。

二、塑件成型工藝分析

圖1所示是臺(tái)燈燈罩的三維圖，采用UG建立實(shí)體模型。塑件的材料選用PC+ABS，整體的外形最大尺寸是Φ350×220mm，塑件的厚度為3mm，均勻壁厚。外觀要求：外觀光澤性好且無(wú)成型缺陷。其他要求：具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，外形流暢，曲面光滑，壁厚均勻，尺寸精度為4級(jí)，由于制件主體具有大的角度，便于起模，只需在燈罩頂部設(shè)置型芯脫模斜度為50°，型腔脫模斜度為1°。

UG建模文件保存為STL格式，然后導(dǎo)入Moldflow軟件中，采用雙面層網(wǎng)格類(lèi)型劃分有限元網(wǎng)格，如圖2所示。由于CAD軟件和Moldflow的接口問(wèn)題，造成劃分的有限元模型達(dá)不到要求，通過(guò)Moldflow網(wǎng)格修復(fù)工具消除網(wǎng)格缺陷，最終使最大縱橫比為15，匹配率為90.2%，然后進(jìn)行注塑分析。

三、塑件分析結(jié)果

（一）不同澆口位置的充填時(shí)間、塑件變形分析

澆口的設(shè)計(jì)與位置的選擇恰當(dāng)與否，直接關(guān)系到塑件能否高質(zhì)量地注射成型。按照澆口位置的選擇原則，對(duì)本文塑件燈罩、結(jié)構(gòu)錐體薄殼罩型類(lèi)零件，采用了兩種澆口位置，一是澆口位于底部中心的輪輻式澆口，便于預(yù)防缺料，設(shè)置4個(gè)澆點(diǎn);二是澆口位于頂部中心，采用點(diǎn)澆口形式，如圖3所示。

圖4為塑件充填時(shí)間分析結(jié)果。充填時(shí)間顯示的是熔體流動(dòng)前沿的擴(kuò)展情況，通過(guò)不同顏色的云紋圖直觀顯示熔體充填型腔不同部位所需時(shí)間。圖4結(jié)果顯示，采用底部澆口時(shí)的充填時(shí)間為3.84s，頂部澆口時(shí)的充填時(shí)間為2.38s，說(shuō)明采用頂部澆口時(shí)，塑件所需充填時(shí)間更短，且云紋線的間距大體相同，表明熔體流動(dòng)前沿的速度相等，制件的填充平衡。

圖5是不同澆口位置時(shí)的塑件變形圖，從圖中可以看出來(lái)，采用頂部澆口位置比底部澆口位置時(shí)的塑件變形情況小，且塑件最大變形位置均出現(xiàn)在燈罩的底部。采用底部澆口的話，模具型芯設(shè)置在定模上，模具結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，且結(jié)合塑件充填時(shí)間和變形分析比較，本文澆口位置初選在燈罩頂部。

（二）最佳澆口位置確定

Moldflow軟件提供了最佳澆口位置分析功能，有助于快速選定澆口位置。在設(shè)定分析序列中選擇澆口位置，運(yùn)行后得到結(jié)果如圖6所示，軟件分析結(jié)果主要是考慮填充平衡得到的，結(jié)果表明，最佳澆口位置為燈罩的頂部，且在塑件的中心位置，靠近第2247個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置，塑件結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，因此應(yīng)采用點(diǎn)澆口形式。

（三）充填結(jié)束時(shí)的壓力分析

壓力結(jié)果基于填充分析生成，顯示的是在寫(xiě)入結(jié)果時(shí)壓力在模具中沿流動(dòng)路徑的分布情況。在填充一開(kāi)始，整個(gè)模具中的壓力為零。隨著熔體前沿繼續(xù)移動(dòng)，由于該特定位置與熔體前沿之間的流動(dòng)長(zhǎng)度不斷增加，壓力也繼續(xù)增加。因此在填充階段，最高壓力始終出現(xiàn)在聚合物注射位置，而最低壓力則會(huì)出現(xiàn)在熔體前沿處。從圖7的充填結(jié)束壓力圖中可以看出，最高壓力出現(xiàn)在澆口位置，最大值約為32MPa，最低壓力值在燈罩底部，即熔體前沿處，且在填充結(jié)束時(shí)，熔體流動(dòng)路徑末端的壓力為零。該結(jié)果可以用于塑件生產(chǎn)時(shí)，建議將模具的最大壓力設(shè)為26MPa（約為最大值的75%），注塑機(jī)的壓力容量可假定為32MPa。同時(shí)，從圖7中可以看出，充填結(jié)束時(shí)的壓力圖分布平衡，制件可以很好地實(shí)現(xiàn)平衡充模。

（四）氣穴分析

氣穴通常是由于跑道效應(yīng)/遲滯效應(yīng)或非均勻/非線性填充模式而產(chǎn)生的合流流動(dòng)前沿導(dǎo)致的[4]。即使零件具有平衡的流動(dòng)路徑，在流動(dòng)路徑終端也會(huì)由于排氣不足而產(chǎn)生氣穴。對(duì)本文燈罩塑件采用的是中性面模型，氣穴的位置在燈罩底部，顯示為連續(xù)的細(xì)線，如圖8氣穴分布圖所示。塑件中的氣穴會(huì)影響制件的使用，應(yīng)盡可能消除或降低其形成幾率。由于本文中的氣穴產(chǎn)生在燈罩底部，可以通過(guò)模具設(shè)計(jì)時(shí)，分型面選擇在燈罩底部，氣體可以充分排出，避免產(chǎn)生氣穴。

（五）縮痕指數(shù)結(jié)果分析

縮痕指數(shù)用于表示由熱型芯導(dǎo)致的潛在收縮。在保壓階段中局部壓力衰減為零的瞬間會(huì)為每個(gè)單元計(jì)算此結(jié)果，此結(jié)果反映還有多少材料仍是熔體并且尚未保壓[5]?？s痕指數(shù)值越大表示潛在的收縮可能性越高。生成的縮痕指數(shù)表明零件上可能存在縮痕（和縮孔）的位置。圖9為燈罩塑件的縮痕指數(shù)圖，從中可以看出，燈罩底部縮痕指數(shù)最大，最大值為0.5%，而燈罩頂部為負(fù)值，說(shuō)明制件此處出現(xiàn)過(guò)保壓，可以在注射過(guò)程設(shè)置工藝參數(shù)時(shí)，優(yōu)化保壓曲線，正確控制保壓壓力。本文燈罩塑件的縮痕指數(shù)數(shù)值比較低，遠(yuǎn)未超過(guò)5%，因此出現(xiàn)縮印的風(fēng)險(xiǎn)不高。

四、結(jié)論

通過(guò)Moldflow軟件模擬分析了澆口位置對(duì)燈罩塑件的充填時(shí)間、變形影響，同時(shí)運(yùn)用軟件自帶功能對(duì)澆口最佳位置進(jìn)行確定，然后對(duì)壓力、氣穴分布、縮痕指數(shù)等結(jié)果進(jìn)行分析討論，結(jié)合該模擬結(jié)果可以指導(dǎo)燈罩模具設(shè)計(jì)及注塑過(guò)程工藝參數(shù)的設(shè)定。從而說(shuō)明了Moldflow軟件在模具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中可以大大減少試模次數(shù)[6]，縮短生產(chǎn)周期，從而降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉彥國(guó)，呂永鋒.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)[M].（2版）.北京：人民郵電出版社，2011.

[2]王衛(wèi)兵.Moldflow中文版注塑流動(dòng)分析案例導(dǎo)航視頻教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[3]張紅英，歐陽(yáng)八生.基于Moldflow的玩具汽車(chē)外殼注塑模設(shè)計(jì)[J].模具設(shè)計(jì)，2016（6）：32.

[4]孫麗娟.Moldflow在注射模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].模具工業(yè)，2010（3）：41.

[5]張華.Moldflow軟件優(yōu)化注射模澆口位置[J].輕工業(yè)機(jī)械，2008（2）：47.

[6]武艷軍.杯蓋沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[J].考試周刊，2014（5）：35.

編輯 馮永霞