基于Moldflow的注塑件填充分析與澆注系統優化設計

鄧宇鋒

（江蘇信息職業技術學院，江蘇 無錫 214153）

基于Moldflow的注塑件填充分析與澆注系統優化設計

鄧宇鋒

（江蘇信息職業技術學院，江蘇 無錫 214153）

針對注塑模具中合理的澆口位置在塑料制品設計中的重要性，運用Moldflow軟件對汽車電氣支架的澆口位置進行了優化分析，并對兩種不同進澆系統進行比較分析，結果表明，將熔體填充仿真分析與注塑件進澆系統優化設計緊密結合，能有效避免可能出現的注塑成型問題，可以縮短模具研發周期，提高制件成型的效率和質量。

Moldflow軟件；澆口位置；澆注系統；優化分析

隨著塑料工業的發展，愈來愈多的塑料替代金屬應用于工程實際中。高質量塑料產品取決于注塑件設計、模具設計和注塑成型三個階段技術的共同完善［1］。長期以來，由于注塑模具的研發常常與注塑件的設計結合不緊密，導致產品的設計缺陷直至模具制造階段才被發現，造成模具設計和制造困難，成為注塑模具設計周期長、研發成本高、難以得到高水平模具和制件的重要原因。隨著注塑模具CAD/CAE技術的發展和應用，在模具設計中應用CAE軟件對模具設計進行模擬和分析，代替實際的試模，預計設計中可能出現的缺陷并進行修改，可以提高一次試模的成功率，從而可以降低制造成本、縮短開發周期［ 2 -3］。

本文使用Moldflow對汽車電氣支架注塑成型過程進行分析與仿真，據此發現并解決注塑件澆注系統設計不足所導致的注塑成型問題，從注塑件澆注系統改進和注塑模具設計兩個方面綜合優化，為注塑件成型質量和模具設計的合理性提供保障。

1 注塑成型相關理論

汽車電氣支架注塑成型過程非常復雜，伴隨流動、傳熱和相變等物理過程，描述這復雜過程需要連續介質力學理論。由于汽車電氣支架是厚度尺寸小于其他尺寸的薄壁試件，可采用非穩態、非等溫條件下的Hele-Shaw流動模型，獲得描述該過程的連續方程、動量方程和能量方程［4］。

連續方程：

動量方程：

能量方程：

式中：p為初動量；x，y，z為位置坐標；u,v,w為速度分量；為剪切黏度；為密度；Cp為比熱容；T為溫度；k為熱導率；為剪切速率。

2 仿真分析

2.1 制件模型的建立

汽車電氣支架三維模型轉化為STL文件格式，并導入Moldflow軟件進行注塑成型分析。由于塑件平均厚度較薄，分析中采用了廣泛采用的表面網格類型，如圖1所示。

圖1 有限元模型

2.2 最佳澆口位置分析

注塑模模具設計中，澆口位置是關鍵的一個設計變量。制件的質量好壞很大程度上取決于澆口位置［5］。澆口位置不正確將會導致過壓、高剪切率、很差的熔接線性質和翹曲等一系列缺陷。

使用Moldflow軟件進行澆口位置預分析，首先將汽車電氣支架導入Moldflow軟件；劃分網格，網格邊長度為3 mm，最大縱橫比值不大于6，匹配率大于90%，注塑件的材料選用聚丙烯（PP），設定模具表面溫度為40 ℃，熔體溫度為290 ℃，最大注塑壓力為180 MPa等參數。運行Moldflow進行分析，得到預測的最佳澆口位置如圖2所示。

3 澆注系統優化和仿真分析

3.1 系統的優化

根據L.W.Seow和Y.C.Lam的流動優化理論［6］，填充狀態不僅和黏度等材料特性有關，同時受型腔的幾何形狀影響。通過適當的優化澆注系統方案，可獲得較優的流動模型。為此，本文通過改進注塑件的澆注系統來改善填充狀態，以解決填充不平衡引起的注塑件的注塑變形大等問題。圖3為新的澆注系統。

圖2 最佳澆口位置

圖3 新的澆注系統

3.2 仿真分析

（1）填充分析。填充時間的長短會影響塑料充滿時的速度。充模時間短，流速快，塑件表層高度取向，而內部由于溫度的下降比正常充模時慢，因此解取向能力提高，比表層低；充模時間長，流速慢，熔體較多的熱量被模具帶走，大分子松弛時間縮短，解取向能力下降，內部取向程度較充模時間短的情況下有所提高。

圖4是兩種方案填充時間的分析圖，從圖中可以看出，兩種方案填充均勻，圖4（a）是原方案的填充時間，為1.139 s，圖4（b）是新方案的填充時間，為0.847 s，小于原方案的填充時間，說明在澆注系統優化后，填充時間縮短，熔料更容易從澆注系統進入到型腔中。

圖4 填充時間

（2）氣穴分析。氣穴是由于熔體前沿匯聚， 最終在制品內部或者模腔表層產生的氣泡。氣穴的存在對塑件的強度和外觀質量都有較大的影響。如圖5（b）所示，圖中粉紅色部位為新方案氣穴位置，圖5（a）則是原方案的氣穴位置。氣穴數量上，新方案比原方案有了不少的減少。

4 結論

針對汽車電氣支架這一塑件，利用最佳澆口位置的分析結果，給出了初步設計方案及相應的成型模擬過程，經過對澆口位置的合理分析和澆注系統方案的改進后，充填時間縮短了，氣穴問題得到很好的改善，所得的塑件質量較優，從而使實際生產中減少了試模次數，提高了試模成功效率和塑件的成型質量，降低了生產成本，具有較好的借鑒價值。

圖5 氣穴狀況

［1］ 楊占堯. Pro/ENGINEERWildfire2.0產品造型與模具設計方案精解［M］. 北京：高等教育出版社，2005.

［2］ 周大路，何柏林，李樹楨. 基于Moldflow的注射器翹曲分析［J］. 塑料，2007，36（2）：95～98.

［3］ 劉贛華，陳樂芙. Moldflow在無繩電話電池蓋注塑成型中的應用［J］. 塑料，2009，38（3）：98～100.

［4］ 劉細芬，黃家廣. 基于Moldflow軟件的注塑制件澆口優化設計［J］. 塑料工業，2007，35（12）：36～38.

[5] 賀華波，李紅林，鄧益民. Moldflow在電話聽筒上蓋零件注塑成型中的應用［J］. 輕工機械，2006，24（2）：38～40.

［6］ Seow L W， Lam Y C. Optimizing flow in plastic injection molding ［J］. Journal of Materials Processing Technology，1997，72（ 3）：333-341.

（P-05）

Injection parts fi lling analysis and casting system optimization design based on Moldfl ow

TQ320

1009-797X（2015）23-0146-03

B DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.059

鄧宇鋒，（1981-），男，講師，在讀博士生，研究方向為CAD/CAM/CAE、機械制造技術。

2015-10-15