Moldflow在实际中的应用

2020-11-28陈国平

科技与创新 2020年13期

陈国平

Moldflow在实际中的应用

陈国平

（厦门瑞尔特卫浴科技股份有限公司，福建厦门 361000）

随着工业化进程不断推进，塑料产品在社会生活中占有越来越大的比例，且这个数值还在不断地增长，给注塑成型和模具行业也带来更多的挑战和机遇。要发展，就必须领先别人，必须要有竞争力。模流分析软件的使用能提升公司竞争力，如今模流分析软件的使用水平已经是公司发展水平的重要标志。Moldflow软件经过多年的发展已经成为CAE领域的佼佼者，应用已经越来越广，设计期间，该软件应用可实现对模具设计、成品设计以及形成条件的直接体现，协助工程师发现产品设计疏漏因素。得益于模流分析技术的实施，可实现产品设计成本的降低与效率的提升，并显著提升产品设计的品质与合格率。目前，Moldflow软件在CAE领域中的应用已经获得显著的成效，通过对解决方案的优化进一步完善注塑成型，结合笔者在公司中做的一些改善案例来详细阐述Moldflow软件在解决实际问题的应用。

Moldflow软件；充填形式；熔接线；翘曲变形

针对模流分析软件的应用，分析其开发原理，主要体现为以能量、动量以及质量守恒为依据，以高分子材料数值求解法及其流变理论的应用为基准，进行热力历程与充填的构建，达到塑料射出成形的有效描述，保压行为模式，利用人性化接口全面显示模内的塑料速度、压力、应力等参数，帮助人员得知塑件翘曲变形行为的发生，明确塑件冷却凝固的具体情况，并关联注塑成型参数与其他参数数值。

流动方式控制是所有注塑成型模具中塑料控制的关键所在，模具中树脂的流动与制品气穴、短射等缺陷的形成存在直接关联，并与制品冷却、变形时间联系较大。针对熔体流动方式的分析，可充分利用Moldflow软件模拟分析模具中会发生的行为，此时熔体相关流动方式可以得到直观显示并进行合理预测，具体流动形式包括流动前沿的推进方式、气穴与熔接痕位置、填充期间具体温度、压力参数变化等，据此相关人员精准预测缺陷，实现在试模前进行缺陷成因的发现，通过对产品结构与模具设计的优化与改进，达到显著提升试模成功率的目的。

填充形式的优化：充填方式的控制对于注塑成型而言有着至关重要的作用和影响，充填方式控制好了，产品品质自然也就高了。下面结合笔者在公司中做的一些改善案例来详细阐述Moldflow软件在解决实际问题中的应用。

1 Moldflow

Autodesk Moldflow仿真软件具备注塑成型功能，具体应用期间合理应用该仿真工具，可实现对注塑模具、塑料零件以及注塑成型流程的有效优化与验证。将其软件融合应用于制品设计中，可以为工程师、设计人员等人员提供指导与参考，借助仿真设置进行壁厚、材料、浇口位置以及形态变化情况的直观呈现，并通过结果阐明上述因素对可制造性产生的影响。Autodesk Moldflow无论是在坚固、壁厚零件中，还是在壁薄零件中，均能得到有效应用，在用户设计决策前对假定方案依据几何图形进行有效试验与分析。

2 困气现象

以前没有软件分析时，产品设计和模具设计在进行沟通时都是凭经验，感觉哪里有困气，进行浇口设置时特别注意避免困气的产生。靠人为猜测是很不靠谱的，存在很大的不确定性，往往顾此失彼，到了模具加工试模阶段发现困气时，严重的会导致烧焦、熔接线深等问题。这时要解决困气所要花的时间和成本极高，且不一定就能解决。应用Moldflow软件后，就能提前预知困气问题。所谓困气现象，是指模内空气在溶胶波前被全面包裹，具体发生原因是空气无法借助镶件缝隙与排气孔进行逃逸，并从不同方向在溶胶波前汇流。而充填的最后区域则是困气现象的常发区域，如果区域内的排气孔径未达到实际排气要求，或者是区域内未设置排气孔，会增大困气现象发生概率，促使塑件内外部出现气泡、瑕疵等问题。

3 迟滞效应

所谓迟滞痕迹，是指存在于塑件表面的一种瑕疵，分析该效应的形成成因，主要是溶胶流经突变区域时，会发生流动停滞的现象。如果厚度变化区域内有溶胶射入，溶胶会自动在阻力小、厚区内进行填充，导致薄区内的溶胶流动发生阻滞现象，而停止溶胶后想继续流动，则需等到薄区外溶胶全部完成填充后才能流动，但是在停滞期间极易出现溶胶凝固现象。如果在流动期间发生凝固溶胶流动至塑件表面的情况，就会形成迟滞痕迹。详看下述实际中应用moldflow成功分析迟滞效应的案例。

原始浇口位置设置会导致胶流到狭窄区域后，流速明显减慢，导致流动前沿温度降低，等到另一股料流动到汇合位置后，两股料前沿温差较大，导致模面的附着程度不一，熔接处光泽度不一，严重影响外观。通过模流分析后，决定更改浇口位置，使得两股料到达熔接位置时料流不会停滞，从而解决由于迟滞效应导致的外观问题。

4 喷射流

针对喷射流的形成，主要是在喷嘴、浇口、流道等狭口区域流经溶胶时，如果溶胶未与模壁接触，并且是经狭口区域流动至宽厚区域时，产生的喷射现象即为喷射流。通常情况下，喷射流呈现蛇状，此时溶胶会因喷射流而相互接触，进而形成小规模的缝合线。如果溶胶流动期间产生喷射流，极易导致塑件表面形成瑕疵，并对塑件内部造成影响，降低塑件强度。

5 熔接线

分析熔接线形成因素，主要在于溶胶从不同方向汇集而产生的接合线。如果流动期间塑件存在多种浇口、镶件等情况，就会造成溶胶流动形成竞流效应，导致熔接线的产生。如果流动过程中熔接线现象的发生不可避免，则需视情况调整与优化浇口位置、尺寸，降低熔接线现象的发生概率，避免在明显区域或者是高应力区域形成熔接线。

以往针对熔接线的区分，主要是以汇流角度的不同为依据，以汇流角度135°为分界线，如角度超过135°，代表熔合线的生成；如果角度低于135°时，表明缝合线的生成。如果想消除缝合线表面痕迹，需将汇角角度控制在120°～150°之间。需要注意的是，这一环节的熔接线区域相较于其他区域而言，其力学性能相对较低，所以该区域属于薄弱环节。此外，塑料制品的强度在某些方面可体现为熔接痕强度。因此，解决这一问题非常关键。

6 Moldflow软件对于注塑工艺的指导意义

6.1 料流填充型腔最大原则

料流填充型腔最大原则是使料流在型腔内走胶速度保持匀速，这样会使得注塑压力最小。由于大部分的产品都相当复杂，溶胶前沿推进速度的固定需求难以被螺杆固定速度所满足。区域内充填速度因型腔截面积的转变而发生不同程度的改变，在一定速度下，其推进速度极易在入子两侧发生速度突然加快的现象，致使两侧受到影响产生较大的剪切应力，导致成品出现翘曲变形现象。

6.2 螺杆的多段控制速度

合理地应用螺杆的多段控制，能够有效降低注射压力，从而减小锁模力，尤其是能够有效地改善产品外观，如迟滞纹、亚光痕，这些操作能很大程度上减小产品剪切速率不一样引起的残留应力不一样问题，达到控制产品变形量的效果。正常情况下，注塑工程师设定的螺杆速度可能与模流推荐的螺杆速度相差甚远，会导致很多注塑工艺问题，如注射压力过大、锁模力要求大、外观问题等。

在完成了螺杆速度优化后，要进行注射时间的优化。这一环节，在模流工艺界面里输入优化的工艺曲线后，需要根据优化的需求设定不同的名义注射时间，从而得到不同的射出压力值。形成不同的射出压力VS射出时间的曲线，就能得出最佳注射时间和最小注射压力。

需要注意的是，这一环节应适当采取多段保压策略，以此来减小收缩的不均，改善产品变形。根据大量的数据实验可以发现，当螺杆进行三段保压时其变形量都会获得一定程度的改善，尤其是当由低到高进行保压时，这一改善更加明显。