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| Moldflow软件填充分析在注射模流道平衡优化设计中的应用 | |
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摘要：针对流道平衡在注射模具设计中的重要性，给出了在分流道设计中利用MPI（Moldflow Plastics Insight）软件通过优化流道尺寸来获得流道平衡系统的分析方法。以一模多腔的流道平衡为例，介绍了在平衡约束下利用MPI软件对分流道尺寸进行优化的过程，最终得到了分流道尺寸的最佳值，提高了一次试模成功率。
关键词：注射模 流道平衡 侧浇口 Moldflow
引言
同传统的注射模具设计相比，Moldflow技术无论在提高劳动生产率、保证产品质量，还是在降低产品制造成本、减轻人工劳动强度等方面，都具有很大优越性。利用Moldflow技术可以在注射模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟流动分析，准确预测塑料熔体的填充、保压、冷却等情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低产品制造成本等方面，都有着重大的技术经济意义。
注射模的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术，这是注射模具发展的必然趋势。在注射过程中，塑料熔体由浇注系统引导从注塑机喷嘴进入模具型腔，它的设计合理与否直接影响成型后塑件质量。而分流道与浇口作为一模多腔模具中浇注系统的重要组成部分，其设计时就需要全面考虑流道的平衡问题。
一模多腔的流道平衡是很重要的。要获得高品质的塑件，应尽可能使用自然平衡流道系统来平衡进入型腔的塑料熔体流动。但在实际生产过程中，通常模具型腔比较复杂，并且从原料损耗等各方面考虑，即使是一致型腔尺寸的一模多腔模具也不能保证流道设计能够自然平衡，那么对于组合式型腔模具（一组有不一致型腔尺寸的多型腔模具）就更难保证流道系统的完全平衡。考虑到模流分析软件Moldflow能够在给定的约束条件下通过调整流道与浇口尺寸来保证塑料熔体在型腔内流动的平衡，本文以三个塑料件的流道平衡设计为例，详细地讲述了一模多腔模具分流道平衡的过程和方法，最终得到了满足流道平衡条件的注射模具分流道与浇口的最佳值。
注射模流道平衡条件与要求
流道的设计不仅会影响到塑料原料的用量而且还会影响产品的品质。假如熔体在每个型腔内流动不平衡，会发生过度保压与滞流，从而降低了产品的品质。大的流道中熔体只需较低的压力，流动阻力小，但会消耗更多的原料，而小的流道直径会引起流道内摩擦升热，导致塑料在流道内的温度比料筒中的高。虽然较高的料温可以减少残余应力及翘曲变形的倾向，但高温易导致材料的劣化。为了节省材料，并降低料筒所需温度，应设计小截面流道。总的来说，应设计合理的分流道尺寸，在保证熔体流动平衡的前提下，最大程度提高塑料原料的利用率。该组卡盒、支架、卡盖塑料件主体壁厚为2mm，制品材料为ABS，注射温度为240℃，模温为60℃。对于此类薄壳产品，可使用Moldflow有限元分析网格中的Fusion（双层面网格）或Midplane（中性层网格）进行分析，分析结果一致。前者取外壳双层网格，外表形状与3D模型基本一致，前处理时间较短，但网格数目是后者的两倍以上，分析时间非常长，一般配置的电脑约要较长的时间才能全部分析完毕；后者取中间单层网格，局部区域形状需做等效处理，前处理时间较长，有时候会出现网格匹配率下降，甚至网格中会出现自由边、重叠边及交叉单元等网格缺陷，从而导致无法进行冷却分析，但分析时间较短，对电脑的配置要求不高，可以很轻松就完成模流分析。由于对网格进行前处理非常繁琐，若没有专业的网格修补软件就很难完成其修补，因此，我们决定采用如图1所示的双层面网格（Fusion）模型。该制品在三维CAD软件，如Pro/E、UG、Solidworks、Cimatron等中建模，通过STL文件格式读入Moldflow软件中，在“MF/View”的前后处理器中完成最后的修改并生成如图1所示的浇注系统。浇注系统初始设计使用三个侧浇口。其注射时间为0.5~2s，保压时间2s，冷却时间15~20s，成型周期17.5~24s。 （图片） （图片） （图片） | |
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