基于Moldflow的臺燈燈罩注塑模設計

武艷軍 杭瑞 華偉豪 楊恒

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?以臺燈燈罩為研究對象，運用Moldflow軟件分析塑件的最佳澆口位置，預測塑件熔體注塑成型的填充性，充填結束時壓力分布、氣穴、縮痕指數等，得到合理的注塑成型工藝參數，為模具設計提供依據，減少試模時間，降低成本，提高模具企業的競爭力。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?注塑模具;Moldflow;燈罩

[中圖分類號] ?TS956.2+4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）26-0104-02

一、引言

高質量塑件的獲得是以優秀的制件設計、模具設計和注塑成型工藝為前提。塑件許多缺陷（如熔接痕、翹曲等）都與熔體在模具中的流動方式有關，因此對熔體流動方式的控制成為優化注塑成型工藝的關鍵。Moldflow是美國AutoDesk公司開發的，用于塑件注塑成型分析的計算機軟件，以塑件成型過程為對象，以塑料流動理論、有限元和數值模擬等理論為支撐，以計算機為運行載體的仿真軟件[1，2]。注塑成型模具采用CAD/CAE技術，可大大提高模具設計的標準化水平與效率，提高模具制造的標準化程度，縮短模具的生產周期，降低生產成本，是現代模具制造領域不可缺少的新技術[3]。

本文基于三維軟件UG繪制普通臺燈燈罩模型，通過有限元分析軟件Moldflow對其做模流分析，得出注塑時的最佳澆口位置，預測產品的充填過程，預測產品的熔接痕、氣穴的位置，注塑壓力和壓力損失等情況，為模具設計及注塑工藝參數確定提供依據，從而改善塑件成型質量。

二、塑件成型工藝分析

圖1所示是臺燈燈罩的三維圖，采用UG建立實體模型。塑件的材料選用PC+ABS，整體的外形最大尺寸是Φ350×220mm，塑件的厚度為3mm，均勻壁厚。外觀要求：外觀光澤性好且無成型缺陷。其他要求：具有一定的機械強度，外形流暢，曲面光滑，壁厚均勻，尺寸精度為4級，由于制件主體具有大的角度，便于起模，只需在燈罩頂部設置型芯脫模斜度為50°，型腔脫模斜度為1°。

UG建模文件保存為STL格式，然后導入Moldflow軟件中，采用雙面層網格類型劃分有限元網格，如圖2所示。由于CAD軟件和Moldflow的接口問題，造成劃分的有限元模型達不到要求，通過Moldflow網格修復工具消除網格缺陷，最終使最大縱橫比為15，匹配率為90.2%，然后進行注塑分析。

三、塑件分析結果

（一）不同澆口位置的充填時間、塑件變形分析

澆口的設計與位置的選擇恰當與否，直接關系到塑件能否高質量地注射成型。按照澆口位置的選擇原則，對本文塑件燈罩、結構錐體薄殼罩型類零件，采用了兩種澆口位置，一是澆口位于底部中心的輪輻式澆口，便于預防缺料，設置4個澆點;二是澆口位于頂部中心，采用點澆口形式，如圖3所示。

圖4為塑件充填時間分析結果。充填時間顯示的是熔體流動前沿的擴展情況，通過不同顏色的云紋圖直觀顯示熔體充填型腔不同部位所需時間。圖4結果顯示，采用底部澆口時的充填時間為3.84s，頂部澆口時的充填時間為2.38s，說明采用頂部澆口時，塑件所需充填時間更短，且云紋線的間距大體相同，表明熔體流動前沿的速度相等，制件的填充平衡。

圖5是不同澆口位置時的塑件變形圖，從圖中可以看出來，采用頂部澆口位置比底部澆口位置時的塑件變形情況小，且塑件最大變形位置均出現在燈罩的底部。采用底部澆口的話，模具型芯設置在定模上，模具結構相對復雜，且結合塑件充填時間和變形分析比較，本文澆口位置初選在燈罩頂部。

（二）最佳澆口位置確定

Moldflow軟件提供了最佳澆口位置分析功能，有助于快速選定澆口位置。在設定分析序列中選擇澆口位置，運行后得到結果如圖6所示，軟件分析結果主要是考慮填充平衡得到的，結果表明，最佳澆口位置為燈罩的頂部，且在塑件的中心位置，靠近第2247個節點的位置，塑件結構對稱，因此應采用點澆口形式。

（三）充填結束時的壓力分析

壓力結果基于填充分析生成，顯示的是在寫入結果時壓力在模具中沿流動路徑的分布情況。在填充一開始，整個模具中的壓力為零。隨著熔體前沿繼續移動，由于該特定位置與熔體前沿之間的流動長度不斷增加，壓力也繼續增加。因此在填充階段，最高壓力始終出現在聚合物注射位置，而最低壓力則會出現在熔體前沿處。從圖7的充填結束壓力圖中可以看出，最高壓力出現在澆口位置，最大值約為32MPa，最低壓力值在燈罩底部，即熔體前沿處，且在填充結束時，熔體流動路徑末端的壓力為零。該結果可以用于塑件生產時，建議將模具的最大壓力設為26MPa（約為最大值的75%），注塑機的壓力容量可假定為32MPa。同時，從圖7中可以看出，充填結束時的壓力圖分布平衡，制件可以很好地實現平衡充模。

（四）氣穴分析

氣穴通常是由于跑道效應/遲滯效應或非均勻/非線性填充模式而產生的合流流動前沿導致的[4]。即使零件具有平衡的流動路徑，在流動路徑終端也會由于排氣不足而產生氣穴。對本文燈罩塑件采用的是中性面模型，氣穴的位置在燈罩底部，顯示為連續的細線，如圖8氣穴分布圖所示。塑件中的氣穴會影響制件的使用，應盡可能消除或降低其形成幾率。由于本文中的氣穴產生在燈罩底部，可以通過模具設計時，分型面選擇在燈罩底部，氣體可以充分排出，避免產生氣穴。

（五）縮痕指數結果分析

縮痕指數用于表示由熱型芯導致的潛在收縮。在保壓階段中局部壓力衰減為零的瞬間會為每個單元計算此結果，此結果反映還有多少材料仍是熔體并且尚未保壓[5]。縮痕指數值越大表示潛在的收縮可能性越高。生成的縮痕指數表明零件上可能存在縮痕（和縮孔）的位置。圖9為燈罩塑件的縮痕指數圖，從中可以看出，燈罩底部縮痕指數最大，最大值為0.5%，而燈罩頂部為負值，說明制件此處出現過保壓，可以在注射過程設置工藝參數時，優化保壓曲線，正確控制保壓壓力。本文燈罩塑件的縮痕指數數值比較低，遠未超過5%，因此出現縮印的風險不高。

四、結論

通過Moldflow軟件模擬分析了澆口位置對燈罩塑件的充填時間、變形影響，同時運用軟件自帶功能對澆口最佳位置進行確定，然后對壓力、氣穴分布、縮痕指數等結果進行分析討論，結合該模擬結果可以指導燈罩模具設計及注塑過程工藝參數的設定。從而說明了Moldflow軟件在模具設計與生產中可以大大減少試模次數[6]，縮短生產周期，從而降低生產成本，提高生產效率。

參考文獻：

[1]劉彥國，呂永鋒.塑料成型工藝與模具設計[M].（2版）.北京：人民郵電出版社，2011.

[2]王衛兵.Moldflow中文版注塑流動分析案例導航視頻教程[M].北京：清華大學出版社，2008.

[3]張紅英，歐陽八生.基于Moldflow的玩具汽車外殼注塑模設計[J].模具設計，2016（6）：32.

[4]孫麗娟.Moldflow在注射模設計中的應用[J].模具工業，2010（3）：41.

[5]張華.Moldflow軟件優化注射模澆口位置[J].輕工業機械，2008（2）：47.

[6]武艷軍.杯蓋沖壓工藝與模具設計[J].考試周刊，2014（5）：35.

編輯 馮永霞