基于Moldflow的注塑件填充分析与浇注系统优化设计

2015-10-10邓宇锋

橡塑技术与装备 2015年22期

关键词：气穴塑件系统优化

邓宇锋

（江苏信息职业技术学院，江苏无锡 214153）

基于Moldflow的注塑件填充分析与浇注系统优化设计

邓宇锋

（江苏信息职业技术学院，江苏无锡 214153）

针对注塑模具中合理的浇口位置在塑料制品设计中的重要性，运用Moldflow软件对汽车电气支架的浇口位置进行了优化分析，并对两种不同进浇系统进行比较分析，结果表明，将熔体填充仿真分析与注塑件进浇系统优化设计紧密结合，能有效避免可能出现的注塑成型问题，可以缩短模具研发周期，提高制件成型的效率和质量。

Moldflow软件；浇口位置；浇注系统；优化分析

随着塑料工业的发展，愈来愈多的塑料替代金属应用于工程实际中。高质量塑料产品取决于注塑件设计、模具设计和注塑成型三个阶段技术的共同完善［1］。长期以来，由于注塑模具的研发常常与注塑件的设计结合不紧密，导致产品的设计缺陷直至模具制造阶段才被发现，造成模具设计和制造困难，成为注塑模具设计周期长、研发成本高、难以得到高水平模具和制件的重要原因。随着注塑模具CAD/CAE技术的发展和应用，在模具设计中应用CAE软件对模具设计进行模拟和分析，代替实际的试模，预计设计中可能出现的缺陷并进行修改，可以提高一次试模的成功率，从而可以降低制造成本、缩短开发周期［ 2 -3］。

本文使用Moldflow对汽车电气支架注塑成型过程进行分析与仿真，据此发现并解决注塑件浇注系统设计不足所导致的注塑成型问题，从注塑件浇注系统改进和注塑模具设计两个方面综合优化，为注塑件成型质量和模具设计的合理性提供保障。

1 注塑成型相关理论

汽车电气支架注塑成型过程非常复杂，伴随流动、传热和相变等物理过程，描述这复杂过程需要连续介质力学理论。由于汽车电气支架是厚度尺寸小于其他尺寸的薄壁试件，可采用非稳态、非等温条件下的Hele-Shaw流动模型，获得描述该过程的连续方程、动量方程和能量方程［4］。

连续方程：

动量方程：

能量方程：

式中：p为初动量；x，y，z为位置坐标；u,v,w为速度分量；为剪切黏度；为密度；Cp为比热容；T为温度；k为热导率；为剪切速率。

2 仿真分析

2.1 制件模型的建立

汽车电气支架三维模型转化为STL文件格式，并导入Moldflow软件进行注塑成型分析。由于塑件平均厚度较薄，分析中采用了广泛采用的表面网格类型，如图1所示。

图1 有限元模型

2.2 最佳浇口位置分析

注塑模模具设计中，浇口位置是关键的一个设计变量。制件的质量好坏很大程度上取决于浇口位置［5］。浇口位置不正确将会导致过压、高剪切率、很差的熔接线性质和翘曲等一系列缺陷。

使用Moldflow软件进行浇口位置预分析，首先将汽车电气支架导入Moldflow软件；划分网格，网格边长度为3 mm，最大纵横比值不大于6，匹配率大于90%，注塑件的材料选用聚丙烯（PP），设定模具表面温度为40 ℃，熔体温度为290 ℃，最大注塑压力为180 MPa等参数。运行Moldflow进行分析，得到预测的最佳浇口位置如图2所示。

3 浇注系统优化和仿真分析

3.1 系统的优化

根据L.W.Seow和Y.C.Lam的流动优化理论［6］，填充状态不仅和黏度等材料特性有关，同时受型腔的几何形状影响。通过适当的优化浇注系统方案，可获得较优的流动模型。为此，本文通过改进注塑件的浇注系统来改善填充状态，以解决填充不平衡引起的注塑件的注塑变形大等问题。图3为新的浇注系统。

图2 最佳浇口位置

图3 新的浇注系统

3.2 仿真分析

（1）填充分析。填充时间的长短会影响塑料充满时的速度。充模时间短，流速快，塑件表层高度取向，而内部由于温度的下降比正常充模时慢，因此解取向能力提高，比表层低；充模时间长，流速慢，熔体较多的热量被模具带走，大分子松弛时间缩短，解取向能力下降，内部取向程度较充模时间短的情况下有所提高。

图4是两种方案填充时间的分析图，从图中可以看出，两种方案填充均匀，图4（a）是原方案的填充时间，为1.139 s，图4（b）是新方案的填充时间，为0.847 s，小于原方案的填充时间，说明在浇注系统优化后，填充时间缩短，熔料更容易从浇注系统进入到型腔中。

图4 填充时间

（2）气穴分析。气穴是由于熔体前沿汇聚，最终在制品内部或者模腔表层产生的气泡。气穴的存在对塑件的强度和外观质量都有较大的影响。如图5（b）所示，图中粉红色部位为新方案气穴位置，图5（a）则是原方案的气穴位置。气穴数量上，新方案比原方案有了不少的减少。

4 结论

针对汽车电气支架这一塑件，利用最佳浇口位置的分析结果，给出了初步设计方案及相应的成型模拟过程，经过对浇口位置的合理分析和浇注系统方案的改进后，充填时间缩短了，气穴问题得到很好的改善，所得的塑件质量较优，从而使实际生产中减少了试模次数，提高了试模成功效率和塑件的成型质量，降低了生产成本，具有较好的借鉴价值。