Mold flow在注塑制品优化设计中的应用

刘 勇

（贵州大学 机械学院，贵州 贵阳 550003）

随着塑料工业的迅速发展[1]，塑料已广泛应用于汽车、家电、电子等行业，对注塑制品日益增长的需求推动了注塑成型技术的发展。信息产品和电子产品的迅速发展对注塑制品提出了更高的要求，如轻便、小巧等，这些就促使了薄壳件的出现。然而，由于制件壁厚较小，所以制件容易出现短射、翘曲、残余应力等缺陷。一般情况下解决这些缺陷主要依靠设计者的经验[2]，通过反复试模、修模来改善设计。这种方法因事先缺乏充分的依据，不仅延长了模具的生产周期，增加了成本，而且质量也难以保证。利用CAE技术，可以对缺陷进行有效的模拟分析，并提出改进方法，从而减少试模、修模中的盲目性，缩短制造周期。

1 原始方案及模流分析

图1 制品原始结构

图2 材料黏度曲线

1.1 制品原始结构

如图1所示，该制品为中空盒形制件，中间形状较复杂，长×宽×高约为90mm×40mm×35mm，制件大部分壁厚约1mm，最小壁厚为0.7mm。

材料为PVC+20%GF，厂家推荐模具温度范围：21～37℃；熔体温度范围148～212℃。黏度剪切速率关系如图2所示，从图中可以看出材料黏度较高，则其流动性较差。

1.2 原始工艺设置及模流分析

采用Moldflow模拟制品成型过程，设置模具温度29℃、熔体温度180℃、保压时间10 s，保压压力为80%充填压力，采用默认注塑机并设置最大注塑压力120MPa（为实际生产中注塑机的最大值），注射速率20cm3/s。

如图3所示为充填时间结果图，蓝色区域先充填，红色区域最后充填，总充填时间约为1 s。图中灰色区域为制品短射区域。

图3 原始工艺充填时间

充填阶段分析日志如图4所示，充填进行到0.61 s时，达到了注塑机最大注塑压力，在0.90 s时，检测到短射，原因为注塑机注射压力或保压压力不足。

图4 原始工艺分析日志

1.3 工艺改进方案

依据上述分析结果及生产经验，增大注射速率（也就相应增大注射压力）为25 cm3/s，增大模具温度为33℃、熔体温度190℃，其他成型工艺及制品结构不变。采用Moldflow重新进行分析，充填时间结果如图5所示，从图中可以看出总充填时间约0.6 s，上述短射区域被充满。

图5 改进工艺充填时间

充填阶段分析日志如图6所示，充填到0.64 s时，型腔充满，但在0.50 s时，注射压力达到了注塑机的最大值。根据实际生产经验，过大的注射压力，会致使脱模及定出困难，甚至会在顶出时，顶杆在制品上留下明显的痕迹。故调整工艺参数难以满足制品质量要求。

图6 改进工艺分析日志

2 制品结构改进方案及模流分析

在调整成型工艺无法满足制品质量的情况下，合理设计制品结构成为解决短射的主要手段，本文同时提出两种结构改进方案，并用Moldflow验证方案的可行性。

2.1 结构改进方案A

如图7所示，制品外围壁（红色圈示的壁）厚度增加0.5 mm。应用Moldflow对制品成型过程进行模拟分析，成型工艺及注塑机设置与原始结构方案中的原始工艺一致。

图7 方案A制品结构

充填时间结果如图8所示，从图中灰色区域可以看出制品成型依然有短射现象。

图8 方案A充填时间

2.2 结构改进方案B

图9 方案B制品结构

如图9所示，保持制品壁厚不变，开一条截面为2 mm×2 mm的通道直通短射区域。应用Moldflow对制品成型过程进行模拟分析，成型工艺及注塑机设置与原始结构方案中的原始工艺一致。

图10 方案B充填时间

充填时间结果如图10所示，原始方案与结构改进方案A中的短射区域被充满。图11为分析日志中，显示了在0.75s时，体积充填100%，型腔完全被充满。

图11 方案B分析日志

3 结语

通过Moldflow软件，对注塑制品的成型过程进行模拟分析，根据分析结果改进制品结构设计及模具设计，并验证其可行性，避免了反复试模、修模来改进设计，节省了设计时间，降低了生产成本。

[1]赵建.基于翘曲分析的注塑模工艺参数的优化[J].中国塑料，2008，22（11）：61-65.

[2]余玲，陈忠桂，张天柱.CAE技术在解决汽车内饰件注塑产品缺陷中的应用[J].工程塑料应用，2008，36（7）：40-42.