基于Moldflow的薄板注塑件填充过程研究

王树勋

（江门职业技术学院 机电技术系，江门 529090）

0 引言

在塑料注射模具的设计过程中，设计人员关注的焦点是熔体的充填模式、熔接线和气穴的位置。对塑料熔体在型腔中流动行为进行研究，对注塑成型过程进行计算机模拟分析，可在试模前预测熔体在充填、保压和冷却过程中可能出现的缺陷，以帮助工艺人员进行分析和改进，提高一次试模的成功率，从而降低制造成本并缩短开发周期。

图1所示产品为一电池盒盖，材料为PS，尺寸为90×50×6.5mm。本文用Moldflow软件中的实验设计（充填）功能，对产品进行计算模拟，预测熔体充填过程中前锋面的位置，并与实验结果相比较，以指导模具设计和注射成型工艺过程。

图1 盒盖制品

1 实验理论－熔体流动控制方程

对于薄壁件注塑制品，型腔的厚度远小于其它两个方向的尺寸，熔体在型腔中的流动可以视为广义的Hele-Shaw流动模型，厚度方向上的速度分量可以忽略不计，而且认为压力不沿厚度方向发生变化。由于充填过程比较短，冷却效应不明显，熔体温度在整个充填过程变化不大，而且在充模过程中，型腔内压力不是很高，合适的浇口数量的布置也可避免局部过压现象，因此在追踪熔体前沿时不考虑温度的变化，并认为熔体纯黏性不可压缩。基于上述假设，熔体在型腔内流动控制方程可以简化为

式中：x，y为平面坐标；z为厚度方向上的坐标；u，v分别为x，y方向上的速度分量；p为压力；η为剪切黏度。

通过以上合理的假设建立前沿熔体的函数关系，将熔体前峰面的追踪问题转换为带权的有限元网格上任意两点间最短路径的求解，通过Moldflow注射成型求解器，实现对熔体前锋的充填模式、熔接线和气穴位置的快速预测。

2 网格模型的划分、成型工艺条件与求解器参数的设定

2.1 网格模型的划分

网格的划分是模型前处理中的一个重要环节，网格的质量好坏直接决定分析结果的精度。网格划分采用表面网格类型（Fusion），网格平均边长3mm，网格单元为8468个三角形，节点数为4381个，最大纵横比小于5.9，匹配率大于92%，此网格构造良好，完全能满足分析要求，网格模型如图2所示。

图2 网格模型

2.2 成型工艺条件的设定

浇注系统和冷却系统的设计如图3所示，本例采用模具类型为二板模，一模二件，侧浇口进胶。冷却水道布置在模具上下位置，即定模和动模部分，水管直径为6mm，冷却水温度为25℃。

图3 浇注系统和冷却系统

本实验中分析序列采用“实验设计（充填）”进行模拟分析。设置模具表面温度为50℃，熔体温度为230℃，充填控制为自动控制，速度/压力自动切换，保压控制由充填压力与时间决定，默认系统的DOE设置。

2.3 求解器参数的设定

Moldflow注射成型求解器参数的设定如图4所示。

3 熔体前锋计算预测与熔体前锋实验

对注塑产品进行短射实验来检查预测的充填模式与实际情况的符合程度。对盒盖注塑件进行短射实验，图5给出了充填时间分别为0.1s、0.2s、0.3s、0.4s、0.48s的短射实验样品与相对应时间预测的的熔体前锋轮廓的对比，可以看到预测的熔体前锋（一半）与实验产品的实际轮廓基本上保持一致，完成全部充填过程需要0.48s的时间。

图4 求解器参数的设定

图5 预测充填过程的实验对比

气穴是气体在熔体前锋的驱赶下在模腔内集中的区域。如图6预测所示，本产品的气穴集中在产品的边缘，也就是气体被熔体前锋赶到接近模具分型面的边缘上，气体很容易排出模具，不需要另外开设排气槽。本实验由于产品较小，各股料流前锋在汇合处温差很小，不会产生熔接痕，生成的实验报告也没有熔接痕这个项目，实际上注塑出来的样品也没有产生熔接痕。

图6 产生气穴的可能位置

4 结论

本文运用塑料熔体运动控制理论及Moldflow注射成型求解器，对薄板注塑件的充填过程进行了充分的研究，对熔体前锋的充填模式、熔接线和气穴位置进行了的快速预测，并与实验结果进行了比较，理论计算模拟的结果与实验结果基本一致。这种CAE的模拟分析方法可以指导现场的模具设计和注射成型工艺过程，并对模具结构和成型工艺的优化，减小模具的试模修模次数，提高产品质量具有重大意义。

[1] 申长雨.注塑成型模拟及模具优化设计理论与方法.北京:科学出版社,2009,3.

[2] 张小燕.Moldflow在注塑成型中的应用.科技资讯,2008,3.

[3] 许建文.基于Moldflow注塑模冷却系统的设计与优化.塑料科技,2008,3.