基于CAE分析的注塑模具澆口位置研究

王樹勛

（江門職業技術學院 機電技術系，江門 529090）

0 引言

注塑模具的澆口是分流道與型腔之間的狹窄部分，它使由分流道輸送來的熔融塑料產生加速，形成理想的流動狀態而充滿型腔。它是整個澆注系統最關鍵的環節，它的形式、尺寸及位置會影響塑料流的充填模式，對塑件質量影響很大，其形式和尺寸可以通過試模后的修模過程來調整，而澆口的位置則事后難以調整，應在事先進行理論分析。本文嘗試用CAE分析中Moldflow軟件，對圖1所示的手飾盒上蓋塑膠產品進行澆口位置塑料流充填模式的模擬分析比較，找出較佳的澆口位置，以對實際生產過程進行指導。

1 澆口位置的設計與工藝條件的設定

1.1 網格模型的劃分

網格劃分采用表面網格類型（Fusion），網格平均邊長3mm，網格單元為9650個三角形，節點數為4826個，最大縱橫比小于5.94，匹配率大于89%，此網格構造良好，完全能滿足分析要求。網格模型如圖2所示。

圖2 產品模型的網格劃分

1.2 澆口位置的設計

圖3 澆口位置在產品側面

圖4 澆口位置在產品后面

從理論上講，本產品最佳澆口位置應該在產品的中央，但受產品表面質量的要求，是不能在產品中央設置澆口的。因此，本實驗模具采用二板模結構，一模二件，采用側澆口進料。澆口位置的選擇如圖3和圖4所示，圖3是選擇盒蓋的側面進料，圖4是選擇盒蓋的后部轉軸處進料。通過模擬模流充填過程的數據分析比較，判斷這二個澆口位置的優劣，為生產實際提供理論依據。

圖1 產品圖

1.3 工藝條件的設定

冷卻水道布置在模具上下位置，即定模和動模部分，水管直徑為6mm，冷卻水溫度為25℃。在圖3和圖4中，為了觀察方便，已經關閉了冷卻圖層。

本實驗采用ABS材料，模流分析序列采用“充填＋冷卻＋流動＋翹曲”進行模擬分析。設置模具表面溫度為50℃，熔體溫度為230℃，開模時間為5s，設置充填自動控制，速度/壓力自動切換，保壓控制由充填壓力與時間決定，頂出溫度為88℃，頂出時的凍結百分比為100%，并將翹曲原因分離，矩陣求解器為自動求解。

2 實驗結果分析對比

本實驗從模流充填過程的三個方面對澆口位置的選擇進行分析對比：流動分析、冷卻分析、翹曲分析，并且在每個方面只選擇對產品質量影響最大的因素進行分析。

2.1 流動分析對比

圖5 產品前后都出現熔接痕

圖6 產品后面出現熔接痕

流動分析選擇對產品表面的熔接痕進行分析對比。熔接痕是出現在產品的表面，產品的外觀要求是平整光潔，保證熔接痕處強度，不能開裂，澆口的位置的設計要盡量避免熔接痕的出現。圖5所示是澆口設計在產品的側面，從產品側面進料，可以看到產品的前后都產生了熔接痕，其中產品前面的熔接痕影響美觀；圖6所示是澆口設計在產品的后面，從產品后面的轉軸上進料，則只在產品后面的避空處的轉角產生熔接痕，并不影響產品的美觀。

2.2 冷卻分析對比

圖7 產品凍結時間（側面澆口）

圖8 產品凍結時間（后面澆口）

在相同的冷卻條件下，產品的散熱快、冷卻效率高，產品凍結時間就會短，成型周期就會短，可以提高生產效率。圖7為側面澆口時的產品所需凍結時間，其中中間部分最快凍結，前部最后凍結，整個過程大約需要58s；圖8為后面澆口時的產品所需凍結時間，凍結的順序與前面一樣，整個過程大約需要49s。比較二個過程，后面位置澆口比側面位置澆口節省時間9s，提高生產效率15%以上。

圖9 翹曲總變形量（側面澆口）

圖10 翹曲總變形量（后面澆口）

2.3 翹曲分析對比

產品的總變形量顯示的是模型上每一點空間的變形量，以所有變形前的節點為參照，顯示模型變形后的形態。引起翹曲變形有多種因素，這里只考慮綜合各種因素的總變形量的對比。如圖9所示，側面澆口所產生的最大翹曲總變形量約為0.43mm，而圖10所示的后面澆口所產生的最大翹曲總變形量約為0.38mm，二者相比，最大翹曲總變形量下降了0.05mm，翹曲變形減少12%，提高了產品精度。

3 結束語

應用CAE中的Moldflow軟件中的充填、冷卻、流動及翹曲分析技術，可以對各種可能的澆口位置進行分析對比，發現可能出現的各種成型缺陷以及生產效率的高低，從而確定合理的澆口位置，優化模具設計，改變傳統的通過試模修模來改進模具的方法，從而節省時間，降低模具設計與制造成本。

[1] 江毅.基于MPI的澆道系統優化設計.科學信息,2009,18.

[2] 蘭芳.基于Moldflow的模具澆口設計分析實踐.廣西輕工業,2009,7.

[3] 譚文勝.基于CAE的注塑模閥式澆注控制研究.電加工與模具,2007,1.