基于MoldFIow/MPI技術的狹長薄殼體注塑件澆口位置優化試驗

沈駿騰，劉華，徐紅巖

（天津中德職業技術學院a.天津中西機床技術培訓中心；b.資產管理處，天津300350）

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基于MoldFIow/MPI技術的狹長薄殼體注塑件澆口位置優化試驗

沈駿騰a，劉華a，徐紅巖b

（天津中德職業技術學院a.天津中西機床技術培訓中心；b.資產管理處，天津300350）

摘要：運用Moldflow/MPI技術分析狹長薄殼體塑件模具澆口形式的方案設計，通過針對兩個方案的三維變形分布、充填結束時的壓力和平均速度重要試驗參數的比較，獲得優化方案的結論，充分顯示Moldflow/MPI技術在模具開發過程中對于優化塑件設計、優化模具設計和優化注塑工藝參數等方面的顯著優勢。

關鍵詞：Moldflow/MPI技術；狹長薄殼體注塑件；澆口方案；試驗參數比較；優化

此文為天津中德職業技術學院2014年度自制儀器設備研制項目“聚光安全耳具注塑模具設計與制造”（編號：ZDZY2014-04A）的成果之一。

利用Moldflow/MPI技術可以在模具加工前得到最佳的澆口數量與位置，合理的流道系統可對型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸進行優化，在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及塑件的收縮和翹曲變形等情況。運用Moldflow/MPI軟件可以準確確定充填結束時的壓力、體積溫度、平均速度、變形分布、充填時間、縮痕指數、體積收縮率等試驗參數對比，進行試模、修模，大大提高模具質量，減少修模次數。也可以得到塑件的實際最小壁厚，優化制品結構，降低材料成本，縮短生產周期，保證制品能全部充滿，達到優化塑件和模具結構、優選成型工藝參數的目的。這不僅是對傳統模具設計方法的突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高塑件質量和降低成本等都有著重要的意義，也是CAD、CAE技術發展的必然趨勢。

一、狹長薄殼體注塑件模型分析

如圖l所示的塑件為聚光耳具。圖2所示的為聚光耳具的下殼體，其形態狹長，且薄殼，對尺寸精度要求較高，材料為ABS+色母，顏色為洋紅色。該塑件長寬高85mmx16mmx7.5mm，壁厚較為均勻，基本壁厚為1.0mm。對于此類狹長薄殼塑件，使用Moldflow/MPI軟件進行分析流動保壓模擬試驗（工藝參數的選定及流道系統的設計）、流道平衡設計試驗（計算各流道和澆口位置及尺寸）、冷卻模擬試驗（優化冷卻系統、填充壓力與平均速度）、三維變形分布（計算制品的收縮和內應力分布，預測制品出模后的變形、翹曲情況）等試驗性研究方法完成模具設計與制造。

圖1　聚光耳具

二、基本成型試驗條件

1.注塑機設定

圖2　聚光耳具下殼體-狹長薄殼體注塑件

最大鎖模力：900t

最大壓力：197.0MPa

最大注射量：153cm3

螺桿直徑：Φ36mm

2.充填條件

模具溫度：60.00℃

熔化溫度（熱流道）：260．00℃

注射時間：4.0s

體積：7.9cm3

重量：25g

注射面積：168cm2

冷卻溫度（型腔）：60℃

冷卻溫度（型芯）：60℃

三、基于Moldflow/MPI技術的澆注系統試驗數據

塑件為聚光耳具的下殼體，材料為ABS。模具為一模四腔兩對制品，下殼體模具外形為長方型，因此最大投影面積為長方形，采用上下分模，由于塑件下表面為高低不規則形狀，從而增大了分模難度，故最終采用上下異型分模，同時增加側向研配面。模具材料為P20模具鋼（美國AISI），鋼種類型預硬化塑料模具鋼已預先硬化處理至285 -330HB（30 -36HRC）。將塑件排位后導入Moldflow/MPI軟件，根據預先設定好的塑件材質ABS參數分析澆口位置，澆口形式采用側澆口，水道形式為直通式，試驗模型擬選定澆口方案1和澆口方案2，見圖3和圖4。采用Moldflow/MPI的流動、保壓、冷卻和變形等分析模塊來分析、檢驗最佳澆口位置的選擇依據，進而得到優化的流道設計。

1.澆口形式的選擇

側澆口一般適用于多型腔模具，其特性是截面形狀簡單，加工方便，能對澆口尺寸進行精細加工，表面粗糙度值小，其形式設計可以改變充模條件和充模狀態。根據塑件的形狀特點和充模需要，靈活地選擇澆口位置，如澆口試驗方案1（見圖3）是選擇由塑件一端設置4腔填充、澆口在外側的非平衡式澆注系統方式，澆口流道短；如澆口試驗方案2（見圖4）是選擇由塑件中央部位設置4腔填充、澆口在內側的平衡式澆注系統方式，澆口流道過長。上述兩種方案的平衡與非平衡式澆注系統設計，澆口截面尺寸均較小，因此去除澆口容易，痕跡小，制品無熔合線，質量好。但是，方案1的澆口流道短，填充效果優于方案2。

圖3　澆口試驗方案1

圖4　澆口試驗方案2

2.三維方向的變形分布

通過Moldflow/MPI技術對方案1和方案2的三維方向變形對比結果分析，方案1的X方向變形范圍在0.032 8mm5-0.004 5mm之間，見圖5；方案2 的X方向變形范圍在0.072 7mm-0.070 0mm之間，見圖6。從變形數值可以看出方案1的X方向變形遠遠低于方案2。方案1的Y方向變形范圍在0.292 1mm-0.290 7mm，之間，方案2的Y方向變形范圍在0.279 9mm-0.279 6mm之間，從變形數值可以看出方案2的Y方向變形略好于方案1。方案1 的Z方向變形范圍在0.140 4mm-0.026mm之間，方案2的Z方向變形范圍在0.141 4mm-0.020 5mm之間，從變形數值可以看出方案1Z方向變形與方案1幾乎相同。因此，從X、Y、Z三個方向的變形對比來看，方案1的澆口位置選擇會使塑件的變形更小，塑件的質量會更高。

3.充填結束時的壓力

方案1充填結束時的壓力最高達到63MPa，由于進澆點遠離產品尾端，因此澆口壓力較大（在正常壓力86MPa范圍之內），但澆口流道短，見圖7；方案2進澆點在產品中部，因此充填結束時的壓力最高僅為41MPa，但澆口流道過長，見圖8。因此，從塑件成本考慮方案1優于方案2。

圖5　澆口方案1的X方向變形分布

圖6　澆口方案2的X方向變形分布

圖7　澆口方案1充填結束時的壓力

圖8　澆口方案2充填結束時的壓力

4.平均速度

射膠速度太高，會使注射壓力在模腔中分布不均，充模速度不均衡，以及加料量過多，導致飛邊、披鋒等塑件缺陷。方案1的平均速度為4.576s，方案2的平均速度為30.70s，因此方案1優于方案2，見圖9和圖10。

圖9　澆口方案1平均速度

圖10　澆口方案2平均速度

5.其他相近試驗條件

利用Moldflow/MPI分析軟件還可以得到其它試驗數據。如方案1的體積溫度238.5℃，充填時間0.912秒，縮痕指數3.672%，體積收縮率為1.264%-4.197%；方案2的體積溫度237.3℃，充填時間0.899秒，縮痕指數3.627%，體積收縮率為1.960%-4.761%。從填充結束時的體積溫度、充填時間、縮痕指數和體積收縮率對比來看，兩個方案的結果很接近，對塑件質量影響不大。

通過Moldflow/MPI分析模塊軟件對聚光耳具下殼體狹長薄殼注塑件澆口系統進行變形分布、填充壓力、平均速度、其他條件等過程的模擬試驗分析，有助于優化塑件設計、模具設計及制造和注射工藝參數。其試驗結論一：方案1的澆口形式優于方案2，方案1的澆口流道直徑口長度加工合理，流程短，橫斷面積小，填充及冷卻時間短，澆口殘留量少；而且型腔分布合理，保證ABS塑料迅速而均勻地進入各型腔，符合各型腔同時注滿的條件。其試驗結論二：方案1的塑件三維變形分布遠遠低于方案2，方案1的塑件變形翹曲極小，產品質量高。其試驗結論三：方案1充填結束時的壓力和平均速度都較優于方案2，尤其是方案1的平均速度，該澆口不致使熔料直沖入型腔而產生漩流，以至于在塑件上留下旋形的痕跡，影響制品外觀質量。其試驗結論四：上述兩種方案在填充結束的體積溫度、填充時間、縮痕指數和體積收縮率的參數幾乎接近，對塑件質量的影響不大。

因此，經過多方因素比較，方案1澆口系統的選擇更優于方案2，基于Moldflow/MPI技術縮短了新塑件的開發周期和費用，提高了塑件的生產效率和質量，確保生產出優質的塑件。

參考文獻：

［1］張曉陸.MoldFIow軟件在下殼體模具設計及制造中的應用［J］.模具制造，2008，8（6）：1-4.

［2］曹承云.注射成型中澆口形式對塑件質量的影響［J］.模具工業，2008，34（12）：59-61.

［3］余衛東，陳建.Moldflow技術在注塑成型過程中的應用［J］．CAD/CAM與制造業信息化，2002（5）：33-35.

編輯朱榮華

中圖分類號：TH12

文獻標識碼：A

文章編號：2095-8528（2016）02-068-04

收稿日期：2015-10-14

作者簡介：沈俊騰（1971），男，工程師，研究方向為模具設計與制造；劉華（1983），男，助理工程師，研究方向為模具設計與制造；徐紅巖（1963），女，教授，研究方向為機械制造與設備工藝。

Optimization Test of Long-Narrow Thin Shell Injection Molded Parts Gate Position Based on MoldFlow/MPI

SHEN Jun-tenga，LIU Huaa，XU Hong－yanb
（a. Tianjin Sino-spanish machine to Vocational training center b. Assets Management Department Tianjin Sino－Germen Vocational Technical College，Tianjin 300350，China）

Abstract：Through analyzing the gate scheme design of long-narrow thin shell injection molded parts based on MoldFlow/MPI，the conclusion of optimization project is obtained by means of comparing important parameters including three dimensional deformation distribution，pressure and average velocity（end of filling），which indicates an obvious advantage of MoldFlow/MPI in optimization of plastic parts design，mold design and injection molding parameters in mold development process.

Key words：Mold Flow/MPI；long -narrow thin shell injection molded parts；gate scheme；comparison of test parameters；Optimization