基于Moldflow對塑料模具曲翹變形的研究

朱海勇 白躍輝

摘 要：本文以一塑料制品為例，介紹Moldflow在塑料制件工藝分析過程中，怎樣更好的進行網格化處理。通過對制件的曲翹變形有目的的分析，怎樣確定最佳注塑澆口，來設置更合理的工藝方案，提高產品質量，使產品曲翹變形量大大減少。進而增加經濟效益，凸顯Moldflow的重要性。

關鍵詞：Moldflow；曲翹；塑料模具

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.242

塑料制品不但色彩多樣、外形精美，而且成本低廉，經濟耐用。因而塑料制品在我們生活中占得比重越來越大，已經深入到各行各業。但是塑料制件翹曲變形一直困擾這模具設計人員。塑料制件翹曲變形是指注塑產品的在注射成型過程中發生畸變不平，與產品的設計形狀精度不符，是塑料模設計和注射生產中較難解決的產品缺陷。隨著社會的發展，人們對塑料制品的美觀和精度要求越來越高。比如平板電腦，汽車插接件等。產品翹曲變形程度已作為評價產品質量好壞的主要指標，成為模具設計者和生產企業必需關注與重視的因素。希望能在設計階段找到可能產生的翹曲因素，盡而優化設計，最終減小產品的翹曲變形，滿足產品設計的精度要求。

1 Moldflow軟件

Moldflow軟件功能非常強大，也得到了廣泛認可，它可以精確度模擬塑料產品整個注塑過程。可在模具加工之前，得到優化設計方案；并且能夠進行模擬分析，模擬塑料產品的注射、保壓、冷卻、變形等過程，進而準確預測可能出現的問題，優化注塑參數，最終縮短了模具開發周期。

Moldflow軟件主要功能有：MPA（Moldflow Plastics Advisers），MPX（Moldflow Mold Xpert），MPI（Moldflow Part Insight）。快速試模分析，可以讓設計人員預測產品注塑成型時的可能存在的問題，測試產品的工藝并對模具設計進行優化； 質量控制專家，提供了針對注塑參數設置并能進行參數優化，能夠進行在線設置并修正工藝參數。質量控制專家是當前公認最好的模流分析軟件。高級成型分析，是專業性很強的模流分析軟件，它可以對產品和模具進行分析，并在計算機上對注塑全過程進行模擬分析，包括注射、保壓、冷卻、變形、結構應力、纖維取向等過程，設計師模具在設計階段就找出產品可能產生的問題，提高試模的成功率，提高產品和模具設計的質量，優化注塑工藝，無論在廣度和深度上都涵蓋了 MPA的功能。

我們對制件進行網格化劃分，通過網格統計表明匹配百分比為88.2%，相互百分比86.0%，通過網格修復保證自由邊為0，交叉邊配向不正確單元為0，相交單元為0，完全重疊單元為0，以確保后面分析的準確性。

我們對制件進行冷卻水道設計，設定流向為X向。水道孔徑為10mm，孔中心距離制件為12mm，數量為一道。接著我們通過對澆口位置進行分析發現，最佳節點為5887，因此我們設定澆注口如圖1所示。

我們對工件材料進行設定，根據性能要求選舉ABS。模具溫度為80度，冷卻時間為10秒，然后對制件進行流動+翹曲成型分析。分析結果為最大變形為0.49mm，變形量稍微偏大，如圖2所示。X向變形量為-0.44-0.45mm如圖3所示。Y向變形量為-0.25-0.31mm如圖4所示。Z向變形量為-0.11-0.18mm如圖5所示。

翹曲變形的原因很多，成因各已。比如模具溫度原因，塑件模具型腔內部溫度在不均勻。工件壁厚差異較大，在冷卻冷卻過程中溫度不均勻，從而導致收縮的變形不均勻。工件在較厚方向冷卻速快，在較薄處冷卻速慢，也會造成翹曲變形。冷卻時間不足，頂出溫度偏高或頂出受力不勻所致。工件設計不合理，工件嚴重不對稱。模具精度不良，表面粗糙以及定位不準確，導致制件易翹曲變形。注塑口位置不合理，注射工藝參數不佳收縮不均勻。模具型腔型芯不對稱冷卻，脫模后冷卻不當。

2 產品的Moldflow分析

通過利用Moldflow分析我們發現，我們比較產品在X、Y、Z向變形量比較，很顯然在X向變形為主要變形成因。要使本產品的曲翹變形量變小，最主要是控制本產品X向變形量。

通過本件形狀分析發現此產品在X向較長，而且頭部比別的部位厚了很多。從原來的注塑口澆注，會造成流動困難。因此我們認為翹曲變形主要原因為注射口位置設置不合理以及工件造型壁厚不均勻造成。于是對注塑口加以改進，變單一澆注口為雙澆注口，改變原來一模一腔為一模多腔。然后對工件從新進行流動+翹曲成型分析，觀察曲翹變形量是否發生較大改觀，分析結果如圖6所示。

通過澆注口的和一模多腔的改變，我們發現工件的分析結果為最大變形為0.048-0.37mm，X向變形量變為-0.37-0.37mm，Y向變形量為-0. 9 -0.9mm，Z向變形量為-0.11-0.16mm。變形量得到了明顯改善，縮小變形量為24%，達到了預期目的。

通過利用Moldflow對細長插接件進行模流分析，可以得出以下結論。我們把模具的注塑口改為雙澆注口并放在長得端部比較合理。同時我們改為一模多腔，可以大大改善曲翹變形，是變形量縮小20%以上。通過試模發現，工件可以達到使用要求，客戶對工件比較滿意。通過使用CAE的應用提高了模具的開發周期，減少了試模次數，提高經濟效益。

CAE在塑料模具中的應用，必將引領模具設計的新潮流。為磨具設計人員提供一種非常總要的助手，提高產品質量。