Moldflow充填分析在抽屜注塑模優(yōu)化設(shè)計中的應用

朱小帥 吳和保 周燕 周振

摘 要：為了改進抽屜制品的外觀質(zhì)量，運用Moldflow軟件對抽屜制品澆口位置進行預分析，確定了澆口位置。分析熔接痕產(chǎn)生的原因，調(diào)整制品壁厚后將模型導入Moldflow進行分析，熔接痕缺陷在有明顯改善，主要外觀面熔接痕消失，試模后產(chǎn)品符合設(shè)計要求。結(jié)果表明，在注塑模產(chǎn)品設(shè)計中使用Moldflow進行模擬分析，可較好的優(yōu)化注塑成型工藝，減少試模次數(shù)，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計；注塑模；Moldflow；澆口；熔接痕

中圖分類號：TP391.9 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0086-04

Abstract： In order to improve the appearance quality of drawer products， Moldflow software was used to pre-analyze the gate location of drawer products， and the gate location was determined. The reason of weld line is analyzed and the model is imported into Moldflow after adjusting the thickness of product wall. The defect of weld line is obviously improved. The main appearance of weld line disappears and the product meets the design requirements after die test. The results show that the use of Moldflow in injection mold product design simulation analysis can better optimize the injection molding process， reduce the number of trial mold， and shorten the product development cycle.

Keywords： optimization design； injection mould； Moldflow； gate； weld line

引言

傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)主要依靠設(shè)計者與制造者自身的經(jīng)驗和直覺來進行模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計，后期通過不斷的試模、修模來修正設(shè)計方案，整個設(shè)計過程缺乏科學依據(jù)，模具質(zhì)量的好壞直接取決于相關(guān)人員的水平與素質(zhì)[1]。因此導致在模具的設(shè)計制造過程中，不僅生產(chǎn)周期長、成本高，而且模具的質(zhì)量也難以保證。

注塑模模流分析是通過對塑料材料性能的研究和注射工藝過程的模擬，為制品設(shè)計、材料選擇、模具設(shè)計、注射工藝的制定及注射過程的控制提供科學依據(jù)，由此可以節(jié)約產(chǎn)品開發(fā)、模具制造費用，提高產(chǎn)品、模具質(zhì)量，縮短模具制造周期和試模周期，提升企業(yè)市場競爭力[2]。本文以一個抽屜注塑模制品為例，利用Moldflow模流分析軟件進行充填過程模擬分析和制品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

1 塑件三維建模及工藝分析

1.1 塑件材料

抽屜為冰箱配件，要求具有一定的強度和剛度。因此，選用Polyrex PG-80型通用級聚苯乙烯材料，是一種無色、無臭、無味、有光澤且透明的珠狀或粒狀的固體熱塑性樹脂材料。

1.2 三維建模

該抽屜制品的尺寸為：長：343.6mm；寬：377mm；高：147.9mm。圖1為使用UG軟件建立的抽屜制品3D模型。

1.3 成型工藝

抽屜制件注塑成型工藝條件：模具表面溫度35℃；模溫21-48℃；熔體溫度176-260℃；最大剪切應力0.24MPa。

2 Moldflow前處理

2.1 3D模型導入

將UG軟件繪制成的抽屜三維模型以.igs面格式導出后，將其導入Moldflow CAD Doctor中對零件進行簡化和修復，刪除三維模型的小圓角等特征[3]，在后續(xù)網(wǎng)格劃分時可得到較高質(zhì)量的網(wǎng)格，減少網(wǎng)格修復工作量。將Moldflow CAD Doctor處理后的抽屜模型導入Moldflow MPI中進行網(wǎng)格劃分等后續(xù)分析處理。

2.2 網(wǎng)格劃分

對模型進行網(wǎng)格劃分是后續(xù)分析的關(guān)鍵步驟，在進行moldflow網(wǎng)格劃分時要綜合考慮各種因素，以便劃分出合理的網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分的密度高低直接影響了分析精度和分析速度。網(wǎng)格劃分的密度越高，得到的分析精度越高，但分析時間會加長。在此選用雙層面（中性層面，雙層面，3D）類型對模型進行網(wǎng)格劃分，將劃分后的網(wǎng)格進行網(wǎng)格診斷，然后進行自動修復和手動修復。修復后的網(wǎng)格最大縱橫比為9.25，匹配百分比和相互百分比分別為95.4%和95.5%，劃分結(jié)果滿足后續(xù)分析要求。

3 塑件制品的Moldflow模流分析及工藝優(yōu)化

3.1 澆口位置預分析

Moldflow軟件提供澆口位置預分析功能，圖2所示為澆口匹配性分析結(jié)果，圖中顏色越深表示澆口位置匹配性越高。由于在進行最佳澆口位置分析時僅考慮了制件的可成型性、更小的壓力需求、過保壓及有效的保壓補縮這幾個方面，最終要確定澆口位置還應考慮模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，綜合分析后確定其澆口位置。

由于制件為外觀件，其成形表面要求較高，為避免熔接痕等外觀缺陷，采用單點閥針澆口，D=4mm。圖3為根據(jù)澆口位置分析結(jié)果，給出的澆口方案。模具采用熱流道系統(tǒng)澆注，模穴數(shù)為1×1，兩板模設(shè)計。

3.2 Moldflow熔接痕分析

運用Moldflow軟件對該塑件進行熔體充填模擬，分析從注塑開始到模腔被熔體填滿整個過程的熔體流動前沿位置，以預測塑件、塑料材料以及相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)置下的熔體填充狀態(tài)，查看熔體填充是否合理、平衡、充滿型腔等[3]。在Moldflow中選擇填充+保壓+翹曲選項進行分析。圖4為熔接痕分析結(jié)果，從圖中可以看出該澆口方案產(chǎn)品外觀面有熔接痕。

熔接痕的出現(xiàn)不僅影響制品的外觀質(zhì)量，重時還會影響制品強度，損害其力學性能，為制品的正常使用帶來安全隱患。由于該制品為外觀件，主要外觀面不允許出現(xiàn)熔接痕等缺陷，需要從其產(chǎn)生機理來改善該缺陷。

3.3 制品的優(yōu)化設(shè)計

熔接痕產(chǎn)生的主要原因是若干膠熔體在型腔中匯合在一起時，其交匯處未完全熔合在一起，彼此不能熔合為一體而形成熔合痕。注射充模時，流動熔體產(chǎn)生料流分支然后匯合是形成熔接痕的必要條件，而產(chǎn)生料流分支主要來源于制品的結(jié)構(gòu)功能、模具結(jié)構(gòu)以及注塑工藝三個方面。

以上分析結(jié)果結(jié)合該類產(chǎn)品的模具設(shè)計和注塑成型方面的經(jīng)驗，初步確定該熔接痕產(chǎn)生的原因可能是由于制品壁厚不均引起的。因此，將模型抽屜兩側(cè)的厚度由2.1mm減膠到2.0mm，其余部分微調(diào)。圖5為壁厚調(diào)整后Moldflow網(wǎng)格厚度診斷數(shù)據(jù)。

4 塑件缺陷分析與工藝改進

4.1 熔接痕分析

圖6所示為經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后Moldflow熔接痕分析情況，得出制品壁厚優(yōu)化后主要外觀面熔接痕有明顯改善，主要外觀面均無熔接痕存在，說明熔接痕缺陷由壁厚不均引起。

4.2 充填時間分析

圖7所示為制品的充填時間，表示可以使熔體完整充滿塑件的時間為2.082s。

4.3 流動前沿溫度

熔體溫度分布是分析熔體流動情況的重要指標，在熔體流動好的地方，溫度一直保持在較高的水平，否則溫度下降很快[4]。圖8為熔體流動前沿溫度，從中可以看出流體溫度分布均勻，處于材料推薦溫度區(qū)間，可保證制件各處填充都較均衡。

4.4 氣穴

制件可能產(chǎn)生氣穴的地方都在制件的邊緣，中間表面無任何缺陷，氣穴較少，可利用側(cè)型芯、滑塊的間隙解決排氣，同時應注意分型面及流動末端的排氣，防止出現(xiàn)其他缺陷。

5 結(jié)束語

（1）通過Moldflow優(yōu)化分析，確定塑件最佳澆注位置區(qū)域，考慮制品的外觀要求設(shè)計了單澆口方案，經(jīng)過分析確定最佳澆口位置，有效避免了以往依靠經(jīng)驗確定澆口位置帶來的不確定因素，去除了模具設(shè)計與試模時的盲目性，減少了試模次數(shù)，降低了生產(chǎn)成本。

（2）使用Moldflow軟件分析了一個抽

屜制品的充填過程，發(fā)現(xiàn)其主要外觀面存在熔接痕缺陷。分析造成熔接痕缺陷的原因，得出壁厚不均是制品出現(xiàn)熔接痕缺陷的主要原因。在此基礎(chǔ)上，將模型壁厚進行調(diào)整，經(jīng)Moldflow分析后發(fā)現(xiàn)其主要外觀面熔接痕消失，試模后產(chǎn)品外觀及質(zhì)量符合設(shè)計要求。通過實踐證明將經(jīng)驗設(shè)計和Moldflow模流分析技術(shù)相結(jié)合，可以很大程度上提高模具的設(shè)計效率。

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