基于Moldflow软件的注塑模件分析

于国栋

（新疆天业集团天辰电石厂，新疆石河子 832000）

0 引言

随着现代模具技术的发展，尤其是计算机辅助工程技术（CAE）的应用，改变了传统注塑模具设计中的观念，为注塑模具的成型、研制过程提供了一个高效率、低成本的方案，Moldflow 软件可以识别和兼容常用的CAD 格式，如CATIA、UG、Pro/E接受实体造型的STL格式文件，不作任何修改；也不存在有限单元网络的划分，直接导入就可以进行注塑成型的模拟和分析；支持跨编程语言、编程接口，即OpenGL技术，图形处理高效、快捷；操作简单易学。

本文以节水器材用内镶式滴头为研究对象，内镶式滴头是节水滴灌用的主要产品，主要用在大田节水用。通过CAE软件对产品注塑成型过程和成型工艺进行模拟和分析，来确定浇口位置及优化成型参数，并将分析的结果应用于实际生产，以制得精准和上佳的产品。

1 模拟分析过程

1.1 建立分析模型

建立內镶式滴头制品及流道、浇口一体的实体模型的有限元网格，模型分析中采用中性面网格，塑件材料为PP。如图1，模型分析的有限元数据和节点数，以三角形为单元的个数是17 088组，以节点为单元的个数是8 584组，没有完全重叠的单元组。其中以三角形为单元组的纵横比极大值为3.081，远远小于6，具有较好的精确性和可靠性。

1.2 确定浇口位置

图1 塑件有限元网格划分示意图

注塑模具的设计浇口位置的正确与否，不仅影响到产品的外观，熔体在模具型腔内的流动，而且涉及到产品的质量。必须在设计模具时考虑模穴中所有的流动路径的平衡，也就是说在相同的时间、相同的压力下完成模穴的充填。合理的浇口设计应当减少熔接痕、降低内应力、腔内不能积聚气体、不能在注射过程中因熔融温度的变化使材料出现降解和蛇形纹，直接影响产品的外观，因此合理的浇口位置在模具的设计中是至关重要的一步[1]。浇口的设计牵涉到浇口位置的确定、浇口类型的选择以及浇口尺寸的确立。通过滴灌用内镶式小滴头设置浇口位置来分析成型（流动）时间及气泡状况，从而解决因浇口位置设置不当而引起的产品的质量缺陷。

选择Moldflow 中的Gate Location（浇口位置）项进行优化分析，得到图2 所示的最佳浇口位置，及其相应的成型（流动）时间及气泡状况。

图2 塑件浇口位置

2 填充结果的流动模拟分析

2.1 浇口位置的分析

如图3 所示，浇口位置的浇注时间基本一致，但从物料流动的分布来看，浇口位置在正中心时，注射物料因熔融分解产生的气泡分布在同一个平面，根据分型面的设计原理，分型面设置在易排气的平面，而且有利于脱模，直接用顶针顶出即可。

2.2 剪切应力分析

剪切应力会通过在制品中产生的气泡或凹痕而自行消除，另外也可以通过热处理技术消除，由于注塑件的熔溶体材料具有高弹性，所以建立的应力不会立即松弛，而会和非弹性体材料一样。最好的解决办法就是将材料冷却到软化点，则材料的分子链固定在伸直状态，则可以消除应力，切忌不能将塑件快速冷却，这样不但不能降低应力，相反还会增大应力，引起塑件的变形。利用Moldflow软件，在制品与模具设计时，模拟制品成型的充模流动过程和模具温度分布情况，适时修改制品或模具设计，调整设计思路或成型工艺参数，从而避免因设计不当的充模流动与不合理的工艺参数、温度设计不正确而引起的制品内应力翘曲变形或开裂。该塑件在注射时间达到0.413 4 s 时，其剪切引力可达到2.274 MPa[2]。如图4所示。

图3 模拟充填物料流动分析图

图4 流动模拟分析－壁上剪切应力示意图

2.3 锁模力和模温分析

浇口位置如图5 时的最大锁模力为0.842 8吨，通过以上分析，可以确定该滴头模具的浇口位置选取点较为合理、正确，如图6。

合理地控制塑件物料的注射温度，是直接影响塑件合格率的关键因素，该塑件注射温度应该控制在80.93 ℃～192.1 ℃。否则，物料不能融化，或者物料出现气化和糊料现象[3]。

2.4 成型工艺条件

图5 锁模力分析图

利用Moldflow 软件对该塑件进行分析，由分析图可得到注塑所需要的成型压力，压力降是否均匀，哪些位置容易发生熔接痕、溢边，设计充模是否平衡等结果[4]。如图6所示，经过计算和参考模具设计的经验值，得到了成型工艺的重要参数：填充压力最大为180 MPa，模具温度推荐为48.89 ℃，熔体温度推荐220 ℃，每腔注塑时间推荐0.413 4 s。

3 结束语

传统的注塑模设计基本凭借设计人员自身的素质和经验，模具加工完毕后，需要花费大量的时间进行调试、修改、返工，甚至可能由于设计的失误，使得整个模具报废，浪费大量的人力物力和财力，尤其是不能快速响应市场的需求和变革，模具设计、加工的成本高，效率低。

图6 流动模拟分析－充模温度示意图

对于注塑模具设计所需的各类数据，Moldflow都可以提供，使用Moldflow软件，可以实现注塑件的流动模拟分析，残余应力的消除、浇口位置的分布，排气位置的确定，成型温度的控制，保压时间的确定，并根据得出实验数据，可以确定锁模力的大小和方向等等，依据实验设计参数最后生产出合格的产品。

［1］王兴天.注塑成型技术［M］.北京：化学工业出版社，1989.

［2］单岩.Moldflow 模具分析技术基础［M］.北京：清华大学出版社，2004.

［3］李建军.模具设计基础及模具CAD［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［4］张清.UG 注塑模具设计与制造［M］.北京：化工工业出版社，2005.