基于MPI的兒童椅塑料件注塑成形預測研究

王尚林，王樹勛，關月華，劉永銘

（江門職業技術學院 機電技術系，江門 529090）

基于MPI的兒童椅塑料件注塑成形預測研究

王尚林，王樹勛，關月華，劉永銘

（江門職業技術學院 機電技術系，江門 529090）

0 引言

大型、形狀復雜的塑膠制品在注塑成型過程中由于冷卻不均、收縮不均、分子取向效應等原因可導致翹曲變形，其過程牽涉到成型機械、成型工藝、模具結構和聚合物的性能等等，過大的翹曲變形可導致產品裝配失效。

圖1所示為一兒童椅制品，材料為PP，尺寸為317×324×220mm，平均壁厚2.5mm，最薄處0.9 m m，形狀復雜，產品外觀質量要求較高。本文用MPI冷卻+流動+翹曲分析方法預測此類復雜制品在注塑成型過程中的主要問題，包括澆口位置、充填時間、翹曲變形的大小與產生原因、熔接痕位置、氣穴等翹曲、產生翹曲的主要原因，以及減小產品翹曲的方法，為進一步設計和改進模具結構、保證產品質量提供理論指導。

圖1 兒童椅產品圖

1 網格模型的劃分、成型工藝條件設定

1.1 網格模型的劃分

網格的劃分是模型前處理中的一個重要環節，網格的質量好壞直接決定分析結果的準確性。網格劃分采用表面網格類型（Fusion），網格平均邊長3mm，網格單元為36424個三角形，節點數為18362個，最大縱橫比小于18，網格匹配率大于85℅，此網格構造良好，完全能滿足分析要求，網格模型如圖2所示。

1.2 成型工藝條件的設定

本產品注塑模具的澆注系統和冷卻系統設計如圖3所示，模具類型為三板模，一模一件，三處點澆口進膠。由于產品形狀復雜，冷卻水道除了在定模和動模板布置外，還在型腔板內鉆出冷卻水孔，以加強冷卻效果。冷卻水道直徑為10mm，冷卻水溫度為25℃。

圖3 澆注系統和冷卻系統

本產品分析序列采用“冷卻+流動+翹曲”進行模擬分析。設置模具表面溫度為50℃，熔體溫度為230℃，充填控制為自動控制，速度/壓力自動切換，保壓控制由充填壓力與時間決定，默認系統的DOE設置。

1.3 求解器參數的設定

Moldflow注射成型求解器參數的設定如圖4所示。

圖4 求解器參數的設定

2 產品注塑成形預測分析

2.1 澆口位置

對產品網格化完成后，首先用“分析順序”/“澆口位置”分析澆口位置，結果如圖5所示。澆口位置設置在產品中央位置較好，最佳澆口位置靠近節點 N192，坐標130.53，15.81，126.4。但該產品對外觀要求較高，澆口位置不宜設置在產品中央位置，綜合考慮后將澆口位置設置在椅子靠背外側，三處點澆口進膠，如圖6所示。

圖5 最佳澆口位置預測

圖6 澆注系統設計

2.2 充填時間

用冷卻+流動+翹曲分析，預測產品注塑成形過程，分析時分離翹曲原因。充填時間分析結果如圖7所示。充填時間為3.787s。

2.3 翹曲變形

圖7 充填時間預測

圖8 翹曲變形

分析翹曲時分離翹曲因素，分析結果如圖8所示。最大變形5.497mm，發生在扶手下邊緣部位，變形主要沿X軸方向。翹曲因素分離結果如圖9所示，從翹曲因素圖可知，變形主要由于冷卻和收縮所導致，而分子取向的影響很小。不同冷卻產生的最大變形為2.844 mm，不同收縮產生的最大變形為3.845 mm，分子取向產生的變形基本為零。這就要求在模具設計時要重視冷卻系統設計，盡量減小不同部位冷卻差別。

2.4 氣穴

氣穴是型腔內的氣體在熔體前鋒的驅趕下在模腔內聚集的區域，氣穴位置預測如圖10所示，從預測結果可見，氣穴主要發生在產品前端凸起位置，而且靠近分型面，氣體很容易排出，對產品表面質量影響很小。

2.5 熔接痕

圖9 翹曲因素分離

圖10 氣穴預測

圖11 熔接痕預測

熔接痕發生在多股熔體在模腔中匯合的位置，直接影響產品的強度和外觀。熔接痕預測如圖11所示，從分析結果可知，制品前端凸起部位因是兩股熔體的匯合位置，易產生熔接痕。

2.6 流動前沿溫度

流動前沿的溫度反映熔體在流動過程中熔體前鋒溫度的變化，預測結果如圖12所示。熔體前鋒最大溫度差2.1℃。結合前述熔接痕位置，該處兩股熔體匯合時溫差在0.5℃以內，而且溫度都超過230℃，因此該處實際上并不會產生熔接痕。

3 結束語

圖12 流動前沿溫度

本文運用MPI的“冷卻+流動+翹曲”分析對兒童椅產品的注塑成形過程進行了預測，得出了澆口位置、充填時間、翹曲變形及原因、氣穴位置、熔接痕位置等的預測結果，對優化模具結構和成型工藝提出了建議。產品經兩次試模修模即打出了合格的樣件，試模結果和CAE預測吻合較好，產品試模修模次數大大減少。這種CAE技術的應用對于指導復雜產品的模具設計和注塑成型工藝過程，減小模具的試模次數，提高產品質量具有重大意義。目前該模具已用于生產，產品質量滿足設計要求，模具狀態良好，產品質量穩定。

[1]申長雨. 注塑成型模擬及模具優化設計理論與方法[M].北京. 科學出版社. 2009.

[2]張小燕. Moldflow在注塑成型中的應用[J]. 科技資訊.2008, 3.

[3]許建文. 基于Moldflow注塑模冷卻系統的設計與優化[J].塑料科技. 2008, 3.

The prediction research of chair injection molding based on MPI

WANG Shang-lin, WANG Shu-xun, GUAN Yue-hua, LIU Yong-ming

本文采用Moldflow（MPI）對兒童椅塑膠制品的注塑成型過程進行了預測，包括澆口位置、充填時間、翹曲變形的大小與產生原因、熔接痕位置、氣穴等，為下一步設計及改進模具提出了建議。預測結果表明本產品主要問題是翹曲變形較大，產生翹曲的主要原因是塑膠材料在冷卻過程中由不同方向的收縮引起，可以通過改進模具結構、改善成型工藝條件等來減小材料在不同方向的收縮，從而減小翹曲變形。

注塑模具；注塑件；MPI；充填；流動；翹曲

王尚林（1971－）男，青海平安人，碩士研究生，研究方向為模具數字化設計與制造。

TH162

A

1009-0134(2011)4(下)-0046-05

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).14

2011-02-24