基于Moldflow的多流道系統缺陷分析及優化

趙昕

摘要：利用Autodesk Moldflow Insight 2012對一模三腔的模具進行模擬，并對多個結果文件進行分析，發現注射過程中流道存在缺陷，并得到實驗驗證。通過分析成因，進行流道優化，再次試模得到驗證。

關鍵詞：Moldflow; 注塑成型；流道；優化設計

近些年塑料制品廣泛的被應用于各個領域，同時對于塑件的外觀和使用性能都有了更高要求。注射模具中流道系統的設計關乎生產出來的塑料制品的外觀及質量的優劣。傳統的流道系統設計主要根據設計人員的工作經驗，需要經過反復調試方能投入生產，但設計加工周期長，生產成本較高，因此利用注塑模具CAE技術對注塑過程模擬，發現可能出現的缺陷，從而提高試模成功率，節約成本，對塑料模具的設計過程具有良好的指導效果。

1.前處理

本文分析所選用塑件基本尺寸如下：

塑件A長×寬×高： ，主壁厚： ；塑件B長×寬×高： ，主壁厚： ；塑件C長×寬×高： ，主壁厚： ，按照所設計的模具圖紙對三個零件進行排布，并運用Doctor CAD對模型進行修復與簡化外觀如圖1所示。

采用雙層面網格（Fusion）類型進行網格劃分，并建立冷卻系統，分別對三個塑件的澆口類型設置如下：為了不影響塑件的外表面質量，塑件A與塑件C選用潛伏式澆口，塑件B選用普通側澆口。

2.模擬結果分析及實驗驗證

2.1數值模擬

材料選用Chi Mei Corporation公司的ABS材料Polylac PA-765，注射成型設備選用來自東華公司的190T型，軟件模塊采用充填+保壓，分三段注塑，參數見表1。保壓階段分為兩段保壓，參數見表2。

保壓結束后，螺桿停止于7mm處。

其他參數設置：動定模模溫均為65℃；熔體溫度為215℃；開合模時間為8.3s；冷卻時間為28s。

運用Autodesk Moldflow Insight 2012進行塑件填充模擬，模擬結果如圖2～圖3所示。

由圖2可見塑件A和塑件B的尾端顯示時間線為1.032s，而塑件C末端時間線為1.375s，塑件A和塑件B因提前完成填充而出現過保壓。塑件C在1.032s至1.375s期間，黃色時間線較稀疏，表明塑料熔體流速較快，可能導致強度不足，而紅色時間線較密集且不均勻，可能導致滯留，產生短射。

由圖3可見塑件C末端部位溫度遠低于其他部位溫度，可能導致短射結果。

由型腔壓力分析結果可知塑件A和塑件B的填充末端壓力值遠大于塑件C，冷卻末端壓力下降接近為0，澆口周圍邊型腔壓力值均為25MPa～50MPa。因此塑件A和塑件B壓力值大于塑件C，且時間較長，故兩塑件可能導致過保壓。

綜合以上模擬結果分析，塑件A和塑件B出現過保壓，導致難以脫模，塑件C出現短射。

2.2實驗驗證

實驗工藝參數如上文表1、表2中設置，試模結果存在如下問題：

1. 塑件A和塑件B由于過保壓出現脫模困難；

2. 塑件C出現短射現象。

試模與有限元模擬結果基本一致，過保壓和短射出現主要原因可確定為流道不平衡，并進一步驗證了有限元模型的可靠性。

3.多流道優化設計

通過軟件模擬和實驗試模后發現的確存在缺陷，應采用澆注系統的流道優化來解決。塑件A、塑件B存在過保壓問題，故應增大熔體填充過程中的壓力損失，塑件C存在短射問題，故應增大注射壓力和流道尺寸，對澆注系統流道的優化如下：

（1）主流道保留之前設計；

（2）將塑件A的分流道直徑由Φ4mm縮小至Φ3mm，如圖4所示；

（3）將塑件B的分流道截面由Φ6mm圓形截面修改成8mm×1mm矩形截面，如圖5所示；

（4）將塑件C的分流道直徑由Φ6mm擴大至Φ8mm，如圖6所示。

在Moldflow模擬軟件中載入上述流道優化方案，進行模擬，并將優化后的模擬結果與優化前進行比對分析。為保證可比性，將同樣重點比對充填時間、流動前沿溫度和壓力三個方面，來確認是否達到流道優化要求。

模擬結果如圖所示，分析如下：

（1）填充時間 在圖7中，三個塑件的填充完成時間：塑件A約為1.085s，塑件B約為1.0s，塑件C約為1.085s，表明三個塑件完成填充基本同步，有效避免了短射和過保壓現象。

（2）流動前沿溫度 在圖8中，每個塑件的流動前沿溫度正常，未出現提前冷凝而填充不足。

（3）型腔壓力 同樣從填充末端、保壓末端和冷卻末端的壓力與原方案進行對比，結果表明，系統一直保持壓力平衡。

綜合分析以上模擬結果得出結論：合理的優化流道設計可將澆注系統由非平衡調整至平衡，使整個填充過程平緩正常，盡可能避免出現填充缺陷。

根據流道優化方案對原模具進行相應修改并試模，結果如圖9所示，三個塑件均填充完全，且能順利脫模，消除缺陷。

4.結論

流道的設計對塑件的質量有很大的影響，運用Moldflow Insight軟件對一模三腔模具的注塑過程進行模擬分析，發現塑件在填充過程中可能出現的問題和缺陷，并根據模擬分析的結果進行改進，最終試模結果表明流道優化方案正確。通過優化了流道的設計，盡可能減少了塑件成型中出現的問題和缺陷，縮短了模具的設計周期，提高了塑件的質量和試模成功率，降低了成本。

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