Moldflow軟件在注塑成型模具設計中的應用

1、Moldflow軟件在注塑成型模具設計中的應用 高質量注塑制品的獲得，是以優(yōu)秀的制品設計、模具設計和注塑成型工藝為前提。注塑制品的許多缺陷(如熔接痕、短射、制品變形等)皆與熔體在模具中的流動方式有關，因而對熔體流動方式的控制成為優(yōu)化注塑成型工藝的關鍵。隨著CAE技術的迅速發(fā)展，特別是Moldflow軟件的推出，可實現(xiàn)對注塑成型過程的計算機模擬分析；在試模前預測出熔體在填充、保壓、冷卻等過程中可能出現(xiàn)的缺陷，以幫助工藝人員進行分析和改進，提高一次試模的成功率，從而降低制造成本并縮短開發(fā)周期。本研究采用Moldflow軟件對一種薄壁注塑制品的充模、冷卻、翹曲等行為進行了動態(tài)模擬，為該制品的模具設計

2、及注塑工藝參數的確定提供了理論依據，從而改善制品的成型質量。 1注塑成型CAE 注塑成型CAE技術主要由3個部分組成：(1)根據連續(xù)介質力學、塑料加工流變學、傳熱學基本理論建立型腔內熔體流動、傳熱的數學模型；(2)根據成型過程中壓力場、溫度場、速度場等的分布，運用數值計算理論建立定量求解方法，(3)依據上述模型與計算方法，運用計算機圖形學，在計算機屏幕上形象、直觀地顯示出實際成型中熔體的動態(tài)充填冷卻過程。其中建立可靠的數學模型及與之對應的數值計算方法是該技術的核心。 對于薄壁塑件，可采用基于非穩(wěn)態(tài)、非等溫條件下的Hele-Shaw流動模型，并結合描述注塑過程的基于連續(xù)介質力學理論的連續(xù)性方程、

3、運動方程和能量方程，以及描述材料特性的本構關系、界條件，對注塑充填過程進行準確描述(一般需結合注塑成型特點，對上述方程進行合理的簡化與假設，以得到最能反映該過程且便于數值計算的控制方程)由此建立的模型為中面模型，結合流動分析網絡法，運用有限元有限差分混合數值方法進行求解，從而得到實際注塑過程中不同時間段的壓力場、溫度場等的變化情況模擬結果(該求解方法在流動平面內采用有限元近似，厚度方向和時間導數采用有限差分近似，集中了二者的優(yōu)點，適用于對平面任意形狀型腔的模擬)。通過以上方法可得到下面幾個直角坐標系的控制方程。 2 實例分析 21 成型工藝 所制塑件為一塑料連接件，材料為ABS，外表面質量要求

4、較高，模具設計為一模四腔。采用Moldflow的MPI模塊3-4對該塑件的熔體流動過程進行模擬，確定了澆口位置，并對填充、冷卻、翹曲等過程進行分析，預測填充時間、型腔壓力分布、溫度分布等狀況，為實際注塑成型提供工藝參數。 22 建模 在ProEngineer軟件中創(chuàng)建實體模型并轉換保存為STL模型，通過STL文件格式將其導入Moldflow軟件，在MPI的前處理器中生成用于數值計算的有限元網格模型。圖l所示為塑件劃分后的網格模型，含有14 956個三角形單元。 23工藝參數設置 根據所選材料工藝要求，工藝參數設置為：注射壓力130MPa，模具表面溫度40°C，熔體溫度240°

5、;C。 24最佳澆口位置 澆口的設計主要包括澆口的數目、位置、形狀和尺寸。澆口的形狀與尺寸決定了聚合物流動方向和平衡狀態(tài)，當流動不平衡時容易造成不均勻收縮和翹曲變形，并影響氣泡和熔接痕位置及內應力取向；而澆口的數目和位置則影響澆1：1的充填模式。 無論采用什么形式的澆口，開設的位置對塑件的成型性能及成型質量影響很大，不適當的澆口位置常造成型腔內的氣體在注塑成型過程中無法逃逸，造成短射、氣穴、燒焦痕等注塑缺陷，因此在模具設計之前合理選擇澆口位置是提高塑件成型質量的重要環(huán)節(jié)。 圖2 最佳澆口位置本研究采用Moldflow軟件進行最佳澆口分析，并依據分析結果設置澆口位置，可避免因澆口位置不當而造成的

6、塑件缺陷。具體處理過程為：網格劃分一網格合理調整一型腔布局一分析內容及參數設置一材料選擇一注射參數設置等。圖2所示為由Moldflow軟件得到的最佳澆口位置，根據分析結果可知圖中箭頭所指處即為最佳澆口位置，由此設計出的澆注系統(tǒng)如圖3所示。 圖3 澆注系統(tǒng)布局25 模擬結果分析 251 填充 澆注系統(tǒng)的設計直接影響到熔體的填充行為，而填充分析的最終目的也是為了獲得最佳澆注系統(tǒng)的設計。圖4所示為充模時間的分析結果，通過深淺不同的顏色反映了熔體流動狀態(tài)變化以及充模過程，從中可知型腔是否充滿，充模過程是否平衡等。由圖4可知：充填時間為1.272s，顏色深淺過渡比較柔和，表明此充填過程比較平緩，且模狀況

7、也較合理。由此證明圖3所示的澆注系統(tǒng)計是可行的。 圖4 充模時間252冷卻 Moldflow軟件還可用來分析模具冷卻系統(tǒng)的冷卻效果，計算出冷卻時間及成型周期，在塑件均勻冷卻前提下，優(yōu)化冷卻管道布局，縮短冷卻時間及成型周期，提高生產效率。 塑件的冷卻方案和溫度分布如圖5所示。由圖5的分析結果可知，塑件大部分位置都已達到預定的頂出溫度(60°C)，表明冷卻水道設置比較合理，該冷卻方案可行。 圖5 塑件冷卻方案和溫度分布253翹曲分析 通過翹曲分析可以了解塑件的變形情況，從而有助于設計者在模具設計時對材料收縮率進行預測并且對冷卻系統(tǒng)設計進行優(yōu)化，以控制塑件的變形量。圖6是塑件翹曲分析圖，由圖6可知，最小翹曲變形為00037mm，最大為07273mm；最大翹曲部位位于塑件一端自由處(箭頭所示)，主要由塑件收縮引起的。經CAE分析，該設計方案滿足了塑件的質量要求。 圖6 塑件翹曲分析3 結語 應用Moldflow軟件對模具最佳澆口位置進行 確定，并對熔體填充、冷卻等過程進行模擬，優(yōu)化了注塑成型工藝參數，降低了制品的開發(fā)成本， 有助于工藝人員從本質上了解產生缺陷的原因，并找出消除方法。 通過CAE預先對熔體在型腔內的流動情