基于Moldflow的注塑件缺陷預測及參數優化

王 杰，王建玲，商興國，白 帆

WANG Jie, WANG Jian-ling, SHANG Xing-guo, BAI Fan

（唐山學院，唐山 063000）

0 引言

目前我國大部分模具的設計與制造尚依賴于設計人員的經驗和工藝人員的技巧，設計的合理性需要試模以后才清楚，制造的缺陷只有靠反復修復來糾正。模具質量、精度難以保證，而且模具生產周期過長，整個過程中存在很大程度的不可預見性。隨著計算機技術的迅猛發展，注塑模具CAD／CAE技術也隨之推廣，這項技術的發展應用使模具設計和加工成本大大降低，效率也成倍地提高。這其中以Moldflow軟件的應用最具有代表性。Moldflow技術中融合了一整套設計原理，可以評價、優化組合整個過程，也可以對塑料產品的設計、生產和質量進行優化[1]。

1 Moldflow分析模型建立及最佳澆口分析

圖1 塑件網格劃分

圖2 最佳澆口分析及四種方案的澆口設置

本塑件為播種機零件。首先對塑件進行網格劃分，如圖1所示。在創建澆注系統前可以利用軟件先進行最佳澆口位置的分析，分析結果如圖2所示。

2 分析方案的確定

根據塑件的結構和材料的屬性，由分析的最佳澆口位置，確定澆注方案。澆口采用矩形側澆口，暫定為四種澆口方案。方案1為兩側矩形側澆口，方案2、3、4均為單側矩形側澆口，如圖2所示。

3 分析結果

3.1 充模時間

分析結果表明方案4的填充時間明顯不平衡，在先填充完的一側會顯示過保壓，過保壓會導致高的制品重量、翹曲和不均勻的密度分布。其余的三種方案的填充時間較為理想的。其中方案1最為理想,整體上看，填充過程均未發現短射和滯流現象。熔體進入模具后表層便開始冷卻。分析可知四種成型方案的填充時間均在3S左右，均能在短時間內完成注射。這樣就可以提高熔體流動速率，增加剪切率，減少熔體的溫度差，改善力在型腔內的傳遞，成型出密度均勻，內應力小的產品，同時可以縮短成型時間，提高產能。

3.2 熔接痕與流動前沿溫度

四種方案熔接痕的位置總體上比較相似，主要的熔接痕位置如圖3所示，比較四種方案流動前沿溫度分析中發現，方案1充填過程中熔體的溫度高，則熔接線的質量最理想。熔接溫度較高，不會影響使用強度。其中方案2的前沿溫度是最差的，將會影響到熔接強度。方案1的流動前沿處的溫度分布大部分較均勻，均在230℃左右，一直處在加工工藝推薦溫度范圍之內，不會發生塑料的高溫降解。料流前鋒溫度變化很小，且最高/最低溫度均在材料成型溫度范圍內。成型過程中不會出現前峰冷料。

圖3 熔接痕

3.3 體積溫度

檢查產品上的體積溫度最高值有沒有超過塑膠的絕對溫度的過熱點，防止產品局部燒焦。由分析結果可知，四種方案溫度分布范圍窄，效果比較理想，最高的體積溫度沒有超過熔體的熱力學溫度，該溫度出現在壁厚最厚的地方，會產生微量的翹曲量和收縮不均，但是不會影響制品的質量。

3.4 注射位置處壓力與鎖模力

經分析可知，在填充和保壓階段注射位置處最大壓力與最大鎖模力如表1所示。四種填充方案中方案1最大注射壓力和最大鎖模力最小。

表1 四種方案的最大壓力與鎖模力

3.5 翹曲分析

表2 四種方案的最大翹曲變形量

經翹曲變形分析，四種方案翹曲量均較大，需要修改注塑工藝參數進行優化來減小翹曲量。

綜上所述比較四種方案的各項指標，其中方案1的填充最為均勻，熔接痕的熔接強度最高，能達到制件的結構功能和外觀要求，是比較理想的填充方案，下面針對方案1進行注塑參數的優化設計，減小翹曲量。

4 注塑工藝參數優化

影響塑件翹曲變形的最重要的因子是保壓壓力,其次還有熔體溫度、冷卻時間,流動充模時間和保壓時間、模具溫度等因素[2]。在優化之前采用的是材料的推薦工藝參數進行的分析，經過反復實驗修改注塑參數重新進行分析。注塑參數修改為模具溫度70℃，熔體溫度250℃。設置壓力曲線，延長保壓時間，使澆口凝固在保壓時間之內，防止熔體倒流，同時將塑件壓實，以減少翹曲變形量。

優化后總的翹曲量由原來的2.85mm減小到1.651mm，變形得到明顯的改善。經修改注塑參數，制品的一些注塑缺陷得到了明顯的改善，為實際試模生產提供了重要的參考依據。但制品的翹曲量仍較大，主要原因在于制品的收縮不均，建議在不影響制件使用的情況下在翹曲量大的地方使用加強筋，在此不再贅述。

由此可見，經Moldflow軟件分析，在試模之前對注塑成型過程進行了充填、保壓、收縮和翹曲變形的分析，預測了制件的成型缺陷，并針對其進行了優化改善。

5 模具結構

模具結構如圖4所示。

圖4 模具裝配圖

6 結論

注塑工藝參數的正確制定是為了保證塑料熔體良好塑化，并順利地充模、冷卻與定型，以便生產出質量合乎要求的制品。在注塑工藝中最重要的工藝參數是溫度（料溫、噴嘴溫度、模具溫度）、壓力（塑化壓力、注射壓力、模腔壓力）和相對應的各個作用時間（注射時間、保壓時間、冷卻時間）等。這些參數相互影響，而且不同的材料其最佳的注塑工藝參數范圍不同，因而在生產中，需要多次試模，才能得到合乎要求的制品，這極大的影響了生產效率，Moldflow通過一系列的方法來優化工藝參數，減少試模次數，提高生產效率。目前該模具已經正常投入生產。

[1] 呂琳.模具制造技術[M].化學工業出版社,2009.

[2] 朱春東,虞煒華,朱洪艷,郭巍.成形工藝參數對薄殼塑件翹曲變形影響的數值模擬[J].模具工業,2007(9)：50-53.

[3] 王剛,單巖.Moldflow模具分析應用實例[M].北京：清華大學出版社,2005.

[4] 陳智勇.Moldflow6.1注塑成型從入門到精通[M].電子工業出版社,2009.

[5] 恒盛杰.Pro/ENGINEER+Moldflow模具開發與分析全流程[M].中國青年出版社,2008.