Moldflow軟件填充分析在注射模流道平衡優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

Moldflow軟件填充分析在注射模流道平衡優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要：針對(duì)流道平衡在注射模具設(shè)計(jì)中的重要性，給出了在分流道設(shè)計(jì)中利用MPI（MoldflowPlasticsInsight）軟件通過(guò)優(yōu)化流道尺寸來(lái)獲得流道平衡系統(tǒng)的分析方法。以一模多腔的流道平衡為例，介紹了在平衡約束下利用MPI軟件對(duì)分流道尺寸進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程，最終得到了分流道尺寸的最佳值，提高了一次試模成功率。

關(guān)鍵詞：注射模流道平衡側(cè)澆口Moldflow

引言

同傳統(tǒng)的注射模具設(shè)計(jì)相比，Moldflow技術(shù)無(wú)論在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，還是在降低產(chǎn)品制造成本、減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度等方面，都具有很大優(yōu)越性。利用Moldflow技術(shù)可以在注射模具加工前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過(guò)程進(jìn)行模擬流動(dòng)分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)塑料熔體的填充、保壓、冷卻等情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)修改制件和模具設(shè)計(jì)，而不是等到試模后再返修模具。這不僅是對(duì)傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法的一次突破，而且對(duì)減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高制品質(zhì)量和降低產(chǎn)品制造成本等方面，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。

注射模的設(shè)計(jì)不但要采用CAD技術(shù)，而且還要采用CAE技術(shù)，這是注射模具發(fā)展的必然趨勢(shì)。在注射過(guò)程中，塑料熔體由澆注系統(tǒng)引導(dǎo)從注塑機(jī)噴嘴進(jìn)入模具型腔，它的設(shè)計(jì)合理與否直接影響成型后塑件質(zhì)量。而分流道與澆口作為一模多腔模具中澆注系統(tǒng)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)時(shí)就需要全面考慮流道的平衡問(wèn)題。

一模多腔的流道平衡是很重要的。要獲得高品質(zhì)的塑件，應(yīng)盡可能使用自然平衡流道系統(tǒng)來(lái)平衡進(jìn)入型腔的塑料熔體流動(dòng)。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，通常模具型腔比較復(fù)雜，并且從原料損耗等各方面考慮，即使是一致型腔尺寸的一模多腔模具也不能保證流道設(shè)計(jì)能夠自然平衡，那么對(duì)于組合式型腔模具（一組有不一致型腔尺寸的多型腔模具）就更難保證流道系統(tǒng)的完全平衡?？紤]到模流分析軟件Moldflow能夠在給定的約束條件下通過(guò)調(diào)整流道與澆口尺寸來(lái)保證塑料熔體在型腔內(nèi)流動(dòng)的平衡，本文以三個(gè)塑料件的流道平衡設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)地講述了一模多腔模具分流道平衡的過(guò)程和方法，最終得到了滿(mǎn)足流道平衡條件的注射模具分流道與澆口的最佳值。

注射模流道平衡條件與要求

流道的設(shè)計(jì)不僅會(huì)影響到塑料原料的用量而且還會(huì)影響產(chǎn)品的品質(zhì)。假如熔體在每個(gè)型腔內(nèi)流動(dòng)不平衡，會(huì)發(fā)生過(guò)度保壓與滯流，從而降低了產(chǎn)品的品質(zhì)。大的流道中熔體只需較低的壓力，流動(dòng)阻力小，但會(huì)消耗更多的原料，而小的流道直徑會(huì)引起流道內(nèi)摩擦升熱，導(dǎo)致塑料在流道內(nèi)的溫度比料筒中的高。雖然較高的料溫可以減少殘余應(yīng)力及翹曲變形的傾向，但高溫易導(dǎo)致材料的劣化。為了節(jié)省材料，并降低料筒所需溫度，應(yīng)設(shè)計(jì)小截面流道?？偟膩?lái)說(shuō)，應(yīng)設(shè)計(jì)合理的分流道尺寸，在保證熔體流動(dòng)平衡的前提下，最大程度提高塑料原料的利用率。該組卡盒、支架、卡蓋塑料件主體壁厚為2mm，制品材料為ABS，注射溫度為240℃，模溫為60℃。對(duì)于此類(lèi)薄殼產(chǎn)品，可使用Moldflow有限元分析網(wǎng)格中的Fusion（雙層面網(wǎng)格）或Midplane（中性層網(wǎng)格）進(jìn)行分析，分析結(jié)果一致。前者取外殼雙層網(wǎng)格，外表形狀與3D模型基本一致，前處理時(shí)間較短，但網(wǎng)格數(shù)目是后者的兩倍以上，分析時(shí)間非常長(zhǎng)，一般配置的電腦約要較長(zhǎng)的時(shí)間才能全部分析完畢；后者取中間單層網(wǎng)格，局部區(qū)域形狀需做等效處理，前處理時(shí)間較長(zhǎng)，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)格匹配率下降，甚至網(wǎng)格中會(huì)出現(xiàn)自由邊、重疊邊及交叉單元等網(wǎng)格缺陷，從而導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行冷卻分析，但分析時(shí)間較短，對(duì)電腦的配置要求不高，可以很輕松就完成模流分析。由于對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行前處理非常繁瑣，若沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)格修補(bǔ)軟件就很難完成其修補(bǔ)，因此，我們決定采用如圖1所示的雙層面網(wǎng)格（Fusion）模型。該制品在三維CAD軟件，如Pro/E、UG、Solidworks、Cimatron等中建模，通過(guò)STL文件格式讀入Moldflow軟件中，在“MF/View”的前后處理器中完成最后的修改并生成如圖1所示的澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)使用三個(gè)側(cè)澆口。其注射時(shí)間為0.5~2s，保壓時(shí)間2s，冷卻時(shí)間15~20s，成型周期17.5~24s。Moldflow的產(chǎn)品基本成型條件

注塑機(jī)設(shè)定：

最大鎖模力(Machinemaximumclampforce):220t

最大注塑壓力(Maximumpressure):180.00MPa

最大注射速度(Maximuminjectionspeed):800cm3/s

螺桿直徑(Screwdiameter):40.00mm

充填條件:

模具溫度（Moldtemperature）：60℃

最大剪切應(yīng)力（MaximumShearStress）：0.25MPa

注射時(shí)間（Injectiontime）：0.5～2s

最大注射壓力（Max.InjectPressure）：120MPa

零件凈重(PartWeight)：15g

最大熔融溫度（MeltTemperatureMaximum）：240℃

最小熔融溫度（MeltTemperatureMinimum）：180℃

熔融溫度(Melttemperature)：235℃

保壓條件：

壓力（PRESSURE）[%HP]：一段為80；時(shí)間（STEPDURATION）[s]：一段為2塑料件的模擬結(jié)果分析

由圖2可知，該組塑料件卡盒、支架、卡蓋在0.8510s的時(shí)間內(nèi)完成熔體的填充，通過(guò)MOLDFLOW軟件菜單欄上的下拉式菜單或播放按鈕進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，可以清晰地看到熔體在型腔中的流動(dòng)情況。從填充時(shí)間的結(jié)果上看，整個(gè)塑件的填充極為不均勻，右側(cè)塑料件最后充滿(mǎn)，小塑料件第一個(gè)充滿(mǎn)，這樣填充不平衡會(huì)造成產(chǎn)品鎖模力增加，塑件也會(huì)產(chǎn)生較大的變形，采用合適的保壓工藝是必不可少的，但為了進(jìn)一步完善塑件的流動(dòng)平衡，減少塑件的變形與壓力損失過(guò)多等注塑工藝缺陷，決定對(duì)分流道與側(cè)澆口尺寸進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以確保熔融塑料的流動(dòng)平衡與產(chǎn)品的完整優(yōu)質(zhì)成型。塑料件的最終填充分析

針對(duì)圖2的流動(dòng)分析結(jié)果，我們對(duì)分流道與側(cè)澆口尺寸進(jìn)行詳細(xì)分析與計(jì)算調(diào)整，把每個(gè)塑料件的分流道與側(cè)澆口尺寸進(jìn)行區(qū)部更改，同時(shí)加大其脫模斜度，以方便多個(gè)產(chǎn)品的流道系統(tǒng)順利脫模。由圖3可知，經(jīng)流道系統(tǒng)尺寸調(diào)整后，塑料件卡盒、支架、卡蓋的在0.8342s的時(shí)間內(nèi)完成熔體的填充，通過(guò)MOLDFLOW軟件菜單欄上的下拉式菜單或播放按鈕進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，可以清晰地看到熔體在型腔中的流動(dòng)情況。從填充時(shí)間的結(jié)果上看，整個(gè)塑件的填充較為均勻，卡盒、支架、卡蓋3個(gè)塑料件幾乎同時(shí)充滿(mǎn)，這樣填充平衡會(huì)造成產(chǎn)品鎖模力大大減少，塑件的變形也會(huì)進(jìn)一步降低，但仍然需采用合適的保壓工藝。在實(shí)際試模過(guò)程中，為了進(jìn)一步完善塑件的流動(dòng)平衡，減少塑件的變形與壓力損失過(guò)多等注塑工藝缺陷，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)產(chǎn)品的側(cè)澆口形狀與尺寸進(jìn)行較小調(diào)整，以進(jìn)一步提高熔融塑料的流動(dòng)平衡性與產(chǎn)品的成型質(zhì)量。結(jié)束語(yǔ)

本文以一模多腔的流道系統(tǒng)流道平衡分析為例，通過(guò)優(yōu)化分流道與側(cè)澆口的尺寸，使塑料熔體在三型腔內(nèi)的流動(dòng)基本達(dá)到了平衡。從模擬流動(dòng)分析結(jié)果上看，三型腔在充模過(guò)程中壓力分布也是比較均勻的。在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，可以按照本文建立的流道平衡優(yōu)化分析方法，綜合利用Moldflow軟件中高效的Fill、RunnerBalance和GateLocation等基本模塊，并結(jié)合實(shí)際情況來(lái)調(diào)整初始設(shè)計(jì)方案，可以獲得最優(yōu)的流道平衡方案。優(yōu)化后的