基于MoldFIow/MPI技术的狭长薄壳体注塑件浇口位置优化试验

沈骏腾，刘华，徐红岩

（天津中德职业技术学院a.天津中西机床技术培训中心；b.资产管理处，天津300350）



基于MoldFIow/MPI技术的狭长薄壳体注塑件浇口位置优化试验

沈骏腾a，刘华a，徐红岩b

（天津中德职业技术学院a.天津中西机床技术培训中心；b.资产管理处，天津300350）

摘要：运用Moldflow/MPI技术分析狭长薄壳体塑件模具浇口形式的方案设计，通过针对两个方案的三维变形分布、充填结束时的压力和平均速度重要试验参数的比较，获得优化方案的结论，充分显示Moldflow/MPI技术在模具开发过程中对于优化塑件设计、优化模具设计和优化注塑工艺参数等方面的显著优势。

关键词：Moldflow/MPI技术；狭长薄壳体注塑件；浇口方案；试验参数比较；优化

此文为天津中德职业技术学院2014年度自制仪器设备研制项目“聚光安全耳具注塑模具设计与制造”（编号：ZDZY2014-04A）的成果之一。

利用Moldflow/MPI技术可以在模具加工前得到最佳的浇口数量与位置，合理的流道系统可对型腔尺寸、浇口尺寸、流道尺寸进行优化，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及塑件的收缩和翘曲变形等情况。运用Moldflow/MPI软件可以准确确定充填结束时的压力、体积温度、平均速度、变形分布、充填时间、缩痕指数、体积收缩率等试验参数对比，进行试模、修模，大大提高模具质量，减少修模次数。也可以得到塑件的实际最小壁厚，优化制品结构，降低材料成本，缩短生产周期，保证制品能全部充满，达到优化塑件和模具结构、优选成型工艺参数的目的。这不仅是对传统模具设计方法的突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高塑件质量和降低成本等都有着重要的意义，也是CAD、CAE技术发展的必然趋势。

一、狭长薄壳体注塑件模型分析

如图l所示的塑件为聚光耳具。图2所示的为聚光耳具的下壳体，其形态狭长，且薄壳，对尺寸精度要求较高，材料为ABS+色母，颜色为洋红色。该塑件长宽高85mmx16mmx7.5mm，壁厚较为均匀，基本壁厚为1.0mm。对于此类狭长薄壳塑件，使用Moldflow/MPI软件进行分析流动保压模拟试验（工艺参数的选定及流道系统的设计）、流道平衡设计试验（计算各流道和浇口位置及尺寸）、冷却模拟试验（优化冷却系统、填充压力与平均速度）、三维变形分布（计算制品的收缩和内应力分布，预测制品出模后的变形、翘曲情况）等试验性研究方法完成模具设计与制造。

图1　聚光耳具

二、基本成型试验条件

1.注塑机设定

图2　聚光耳具下壳体-狭长薄壳体注塑件

最大锁模力：900t

最大压力：197.0MPa

最大注射量：153cm3

螺杆直径：Φ36mm

2.充填条件

模具温度：60.00℃

熔化温度（热流道）：260．00℃

注射时间：4.0s

体积：7.9cm3

重量：25g

注射面积：168cm2

冷却温度（型腔）：60℃

冷却温度（型芯）：60℃

三、基于Moldflow/MPI技术的浇注系统试验数据

塑件为聚光耳具的下壳体，材料为ABS。模具为一模四腔两对制品，下壳体模具外形为长方型，因此最大投影面积为长方形，采用上下分模，由于塑件下表面为高低不规则形状，从而增大了分模难度，故最终采用上下异型分模，同时增加侧向研配面。模具材料为P20模具钢（美国AISI），钢种类型预硬化塑料模具钢已预先硬化处理至285 -330HB（30 -36HRC）。将塑件排位后导入Moldflow/MPI软件，根据预先设定好的塑件材质ABS参数分析浇口位置，浇口形式采用侧浇口，水道形式为直通式，试验模型拟选定浇口方案1和浇口方案2，见图3和图4。采用Moldflow/MPI的流动、保压、冷却和变形等分析模块来分析、检验最佳浇口位置的选择依据，进而得到优化的流道设计。

1.浇口形式的选择

侧浇口一般适用于多型腔模具，其特性是截面形状简单，加工方便，能对浇口尺寸进行精细加工，表面粗糙度值小，其形式设计可以改变充模条件和充模状态。根据塑件的形状特点和充模需要，灵活地选择浇口位置，如浇口试验方案1（见图3）是选择由塑件一端设置4腔填充、浇口在外侧的非平衡式浇注系统方式，浇口流道短；如浇口试验方案2（见图4）是选择由塑件中央部位设置4腔填充、浇口在内侧的平衡式浇注系统方式，浇口流道过长。上述两种方案的平衡与非平衡式浇注系统设计，浇口截面尺寸均较小，因此去除浇口容易，痕迹小，制品无熔合线，质量好。但是，方案1的浇口流道短，填充效果优于方案2。

图3　浇口试验方案1

图4　浇口试验方案2

2.三维方向的变形分布

通过Moldflow/MPI技术对方案1和方案2的三维方向变形对比结果分析，方案1的X方向变形范围在0.032 8mm5-0.004 5mm之间，见图5；方案2 的X方向变形范围在0.072 7mm-0.070 0mm之间，见图6。从变形数值可以看出方案1的X方向变形远远低于方案2。方案1的Y方向变形范围在0.292 1mm-0.290 7mm，之间，方案2的Y方向变形范围在0.279 9mm-0.279 6mm之间，从变形数值可以看出方案2的Y方向变形略好于方案1。方案1 的Z方向变形范围在0.140 4mm-0.026mm之间，方案2的Z方向变形范围在0.141 4mm-0.020 5mm之间，从变形数值可以看出方案1Z方向变形与方案1几乎相同。因此，从X、Y、Z三个方向的变形对比来看，方案1的浇口位置选择会使塑件的变形更小，塑件的质量会更高。

3.充填结束时的压力

方案1充填结束时的压力最高达到63MPa，由于进浇点远离产品尾端，因此浇口压力较大（在正常压力86MPa范围之内），但浇口流道短，见图7；方案2进浇点在产品中部，因此充填结束时的压力最高仅为41MPa，但浇口流道过长，见图8。因此，从塑件成本考虑方案1优于方案2。

图5　浇口方案1的X方向变形分布

图6　浇口方案2的X方向变形分布

图7　浇口方案1充填结束时的压力

图8　浇口方案2充填结束时的压力

4.平均速度

射胶速度太高，会使注射压力在模腔中分布不均，充模速度不均衡，以及加料量过多，导致飞边、披锋等塑件缺陷。方案1的平均速度为4.576s，方案2的平均速度为30.70s，因此方案1优于方案2，见图9和图10。

图9　浇口方案1平均速度

图10　浇口方案2平均速度

5.其他相近试验条件

利用Moldflow/MPI分析软件还可以得到其它试验数据。如方案1的体积温度238.5℃，充填时间0.912秒，缩痕指数3.672%，体积收缩率为1.264%-4.197%；方案2的体积温度237.3℃，充填时间0.899秒，缩痕指数3.627%，体积收缩率为1.960%-4.761%。从填充结束时的体积温度、充填时间、缩痕指数和体积收缩率对比来看，两个方案的结果很接近，对塑件质量影响不大。

通过Moldflow/MPI分析模块软件对聚光耳具下壳体狭长薄壳注塑件浇口系统进行变形分布、填充压力、平均速度、其他条件等过程的模拟试验分析，有助于优化塑件设计、模具设计及制造和注射工艺参数。其试验结论一：方案1的浇口形式优于方案2，方案1的浇口流道直径口长度加工合理，流程短，横断面积小，填充及冷却时间短，浇口残留量少；而且型腔分布合理，保证ABS塑料迅速而均匀地进入各型腔，符合各型腔同时注满的条件。其试验结论二：方案1的塑件三维变形分布远远低于方案2，方案1的塑件变形翘曲极小，产品质量高。其试验结论三：方案1充填结束时的压力和平均速度都较优于方案2，尤其是方案1的平均速度，该浇口不致使熔料直冲入型腔而产生漩流，以至于在塑件上留下旋形的痕迹，影响制品外观质量。其试验结论四：上述两种方案在填充结束的体积温度、填充时间、缩痕指数和体积收缩率的参数几乎接近，对塑件质量的影响不大。

因此，经过多方因素比较，方案1浇口系统的选择更优于方案2，基于Moldflow/MPI技术缩短了新塑件的开发周期和费用，提高了塑件的生产效率和质量，确保生产出优质的塑件。

参考文献：

［1］张晓陆.MoldFIow软件在下壳体模具设计及制造中的应用［J］.模具制造，2008，8（6）：1-4.

［2］曹承云.注射成型中浇口形式对塑件质量的影响［J］.模具工业，2008，34（12）：59-61.

［3］余卫东，陈建.Moldflow技术在注塑成型过程中的应用［J］．CAD/CAM与制造业信息化，2002（5）：33-35.

编辑朱荣华

中图分类号：TH12

文献标识码：A

文章编号：2095-8528（2016）02-068-04

收稿日期：2015-10-14

作者简介：沈俊腾（1971），男，工程师，研究方向为模具设计与制造；刘华（1983），男，助理工程师，研究方向为模具设计与制造；徐红岩（1963），女，教授，研究方向为机械制造与设备工艺。

Optimization Test of Long-Narrow Thin Shell Injection Molded Parts Gate Position Based on MoldFlow/MPI

SHEN Jun-tenga，LIU Huaa，XU Hong－yanb
（a. Tianjin Sino-spanish machine to Vocational training center b. Assets Management Department Tianjin Sino－Germen Vocational Technical College，Tianjin 300350，China）

Abstract：Through analyzing the gate scheme design of long-narrow thin shell injection molded parts based on MoldFlow/MPI，the conclusion of optimization project is obtained by means of comparing important parameters including three dimensional deformation distribution，pressure and average velocity（end of filling），which indicates an obvious advantage of MoldFlow/MPI in optimization of plastic parts design，mold design and injection molding parameters in mold development process.

Key words：Mold Flow/MPI；long -narrow thin shell injection molded parts；gate scheme；comparison of test parameters；Optimization