Moldflow在安全帽注塑成型工藝設計中的應用

黃永程，楊斌，王鵬程，李俏

（廣東理工學院，廣東肇慶526100）

Moldflow在安全帽注塑成型工藝設計中的應用

黃永程，楊斌，王鵬程，李俏

（廣東理工學院，廣東肇慶526100）

隨著高分子材料的發展，注塑產品的應用范圍越來越廣泛，這對注塑成型工藝要求也越來越高，尤其是注塑成型薄壁、曲面、強度等要求較高的產品，除了保證其使用要求外還需要其美觀。安全帽質量的好壞直接關系到工地員工的生命。因此，針對合理的注塑成型工藝在安全帽制品成型中的重要性，利用M oldflow軟件，通過調整注射時間、熔料溫度、模具溫度、保壓壓力等注塑工藝參數來制定恰當成型工藝的方法，從而獲得最佳成型工藝參數，進而保證安全帽的質量。

高分子材料；成型工藝；M old flow；注塑工藝參數

塑料制品的主要成型方法是注塑成型加工，而注塑成型的種類越來越多，產品的質量和精度越來越高，這對設計人員提出了更高的要求。傳統的模具設計技術很大程度上是靠理論和設計師實際經驗積累相結合，所以傳統方法使開發周期長、精度低和容易造成材料浪費等問題，這勢必會增加生產成本[1]。CAE技術提供了從制品設計到生產以及后續的完整解決方案，極大地縮短了產品開發周期，降低了生產成本[2，3]。本文通過調整注射時間、熔料溫度、模具溫度、保壓壓力等注塑工藝參數來制定恰當成型工藝的方法，進而獲得最佳成型工藝參數，保證安全帽的質量，提高生產效率。

1基于Mold flow的注塑成型工藝

Moldflow軟件是Moldflow公司的系列產品，該公司一直主導CAE軟件市場，用戶可以通過Moldflow軟件實現對材料的選擇、制品的形狀結構、模具設計及成型工藝參數進行優化，最常用MPI進行注塑過程模擬，從而得到最佳的澆口位置和數量，合理的冷卻系統和流道，并對澆口尺寸、型腔尺寸、冷卻系統尺寸和流道尺寸進行優化，還可對注塑成型工藝參數進行優化[4-6]。

1.1 幾何建模

本文分析的安全帽是在Pro/E中建好實體模型并另存為IGS格式anquanmao.igs，導入Moldflow CAD Doctor查看是否有缺失部分，經過修改后的模型另存為anquanmao_out，后導入到Moldflow軟件中進行分析。

1.2 網格劃分

Moldflow軟件能根據實體模型自動地生成網格，其邊長值取決于制件厚度，一般為制件厚度的1.5～2倍，為了使分析精度更準確，該制品厚度為3mm，網絡邊長取6 mm，經過多次修改，最終修改后的網格統計和網格劃分模型如圖1所示。

圖1 網格統計和網格劃分模型

1.3 澆口位置的確定

選用PP作為分析材料，該原料選用Generic Default生產的PP系列材料，牌號為Generic PP，澆口位置分析結果如圖2所示。其中中心圈起處部位即為較佳澆口區域，最佳澆口節點為N4481，采用在節點處設置單澆口作為本次分析的澆口設置方案。

圖2 最佳澆口區域

2注塑成型工藝分析

Moldflow依據材料的選取推薦的初始注塑條件，具體為熔料溫度250℃、模具溫度60℃、注塑時間1 s、保壓時間10 s，其它采取自動。本次分析采用Moldflow軟件推薦值前后的值來分析各個成型工藝參數的變化對安全帽成型質量的影響，進而得出較為合理的成型工藝參數。

（1）注射時間的分析

由表1、表2的數據可知：當注射時間設定為1.5 s時，注射時達到的最高溫度、容積收縮率和縮痕指數與前兩者差別不大，最大壓力、最大剪應力和最大剪應變率都比前兩者小，最大合模力，平均速度和殘余應力也最小，所以選擇注射時間為1.5 s較為恰當。

表1 注射時間對充模階段影響

表2 注射時間對保壓階段影響

（2）熔料溫度的分析

由表3、表4的數據可知：當熔料溫度設定為255℃時，注射時達到的最高溫度、容積收縮率和縮痕指數和前兩者差別不大，最大壓力、最大剪應力和最大剪應變率均最小強度比前兩者高，當溫度為255℃時殘余應力最小，所以選擇255℃作為熔料溫度較為恰當。

表3 熔料溫度對充模階段影響

表4 熔料溫度對保壓階段影響

（3）模具溫度的分析

由表5，表6的數據可知：當模具溫度設定為70℃時最大剪應力、最大剪應變率、平均速度和容積收縮率都相差不大，最大壓力、最大合模力和殘余應力最小，所以選擇70℃作為模具溫度較為恰當。

表5 模具溫度對充模階段影響

表6 模具溫度對保壓階段影響

（4）保壓壓力的分析

由表7的數據可知：當保壓壓力為注塑壓力的80%時最大容積收縮率達到最小，和100%時的最大容積收縮率相差不大，且當保壓壓力和注塑壓力相等時可以使產品尺寸穩定及力學性能較好，當保壓壓力設定為注射壓力的100%時，殘余應力和縮痕指數最小，該產品的強度高，所以設定保壓壓力與注射壓力一致。

表7 保壓壓力對保壓階段影響

經分析可知各個參數對殘余應力的影響趨勢，在實際注塑成型過程中，對于制件質量的要求是多方面的，因此在找最優工藝參數時應使多方面要求都達到最佳，對于安全帽而言，要求表面光滑、沒裂紋和殘余應力最小。最后可以確定該制品比較合理的工藝參數是：注射時間1.5 s，模具溫度70℃，熔料溫度255℃，保壓壓力與注塑壓力均為32MPa.

3結論

使用Moldflow軟件對安全帽的工藝參數進行設計，可以在設計階段找出未來產品可能出現的問題，避免了模具試制、修模等繁瑣工作，從而提高了一次試模成功率，縮短了模具制造周期，大大降低了生產成本。當然各個成型工藝參數對于復雜制品成型質量的關系通常是有綜合影響的。本次分析只是分析了各個參數單獨變化對制品成型質量的影響關系，但是各個工藝參數綜合變化對制品成型質量的影響分析較為復雜，有待進一步研究解決。

[1]李基洪，李軒.注塑成型技術問答[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]賈宸，高雨茁.基于CAE的保鮮盒注塑成型模擬與分析[J].塑料工業，2012（40）：152-156.

[3]金敦水.電器殼蓋的注塑模具設計[J].中原工學院學報，2012（02）：68-70.

[4]賀華波，鄧益民.Moldflow在塑料齒輪成型工藝設計中的應用[J].輕工機械，2007（05）：60-65.

[5]陳艷霞，陳如香，昊盛金.Mold flow 2010完全自學與速查手冊[M].北京：電子工業出版社，2010.

[6]蔣曉.Pro/ENGINEERWildfire 4.0中文版標準實例教程[M].北京：清華大學出版社，2010.

The Application ofMold flow in Injection Molding of the Helmet

HUANG Yong-cheng，YANG Bin，WANG Peng-cheng，LIQiao
（Guangdong Polytechnic College，Zhaoqing Guangdong 526100，China）

With the development of polymer materials，application scope and injection molding products more widely，the increasingly high requirements of injection molding technology，especially injection molding，surface strength，higher requirements of products，in addition to ensure the requirements also need its appearance.The quality of the safety helmet is directly related to the life of the workers in the field.Therefore，in view of the importance of injection molding products in reasonable safety capmolding，using the Moldflow software，by adjusting the injection time，melt temperature，mold temperature，maintaining appropriate and molding pressure of injection molding process parameters to themethod，the best process parameters，and ensure quality and safety cap.

polymermaterial；molding process；moldflow；injection molding process parameters

TQ320.52

B

1672-545X（2016）12-0075-03

2016-09-05

廣東理工學院機械設計制造及其自動化專業綜合改革試點項目（ZYGG2015001）

黃永程（1989-），男，安徽宿州人，碩士，助教，研究方向為數字化設計與制造；楊斌（1970-），男，遼寧撫順人，碩士，主任，研究方向為自動控制。