Moldflow充填分析在抽屉注塑模优化设计中的应用

朱小帅 吴和保 周燕 周振

摘 要：为了改进抽屉制品的外观质量，运用Moldflow软件对抽屉制品浇口位置进行预分析，确定了浇口位置。分析熔接痕产生的原因，调整制品壁厚后将模型导入Moldflow进行分析，熔接痕缺陷在有明显改善，主要外观面熔接痕消失，试模后产品符合设计要求。结果表明，在注塑模产品设计中使用Moldflow进行模拟分析，可较好的优化注塑成型工艺，减少试模次数，缩短产品的开发周期。

关键词：优化设计；注塑模；Moldflow；浇口；熔接痕

中图分类号：TP391.9 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0086-04

Abstract： In order to improve the appearance quality of drawer products， Moldflow software was used to pre-analyze the gate location of drawer products， and the gate location was determined. The reason of weld line is analyzed and the model is imported into Moldflow after adjusting the thickness of product wall. The defect of weld line is obviously improved. The main appearance of weld line disappears and the product meets the design requirements after die test. The results show that the use of Moldflow in injection mold product design simulation analysis can better optimize the injection molding process， reduce the number of trial mold， and shorten the product development cycle.

Keywords： optimization design； injection mould； Moldflow； gate； weld line

引言

传统的模具生产主要依靠设计者与制造者自身的经验和直觉来进行模具结构的设计，后期通过不断的试模、修模来修正设计方案，整个设计过程缺乏科学依据，模具质量的好坏直接取决于相关人员的水平与素质[1]。因此导致在模具的设计制造过程中，不仅生产周期长、成本高，而且模具的质量也难以保证。

注塑模模流分析是通过对塑料材料性能的研究和注射工艺过程的模拟，为制品设计、材料选择、模具设计、注射工艺的制定及注射过程的控制提供科学依据，由此可以节约产品开发、模具制造费用，提高产品、模具质量，缩短模具制造周期和试模周期，提升企业市场竞争力[2]。本文以一个抽屉注塑模制品为例，利用Moldflow模流分析软件进行充填过程模拟分析和制品的结构优化。

1 塑件三维建模及工艺分析

1.1 塑件材料

抽屉为冰箱配件，要求具有一定的强度和刚度。因此，选用Polyrex PG-80型通用级聚苯乙烯材料，是一种无色、无臭、无味、有光泽且透明的珠状或粒状的固体热塑性树脂材料。

1.2 三维建模

该抽屉制品的尺寸为：長：343.6mm；宽：377mm；高：147.9mm。图1为使用UG软件建立的抽屉制品3D模型。

1.3 成型工艺

抽屉制件注塑成型工艺条件：模具表面温度35℃；模温21-48℃；熔体温度176-260℃；最大剪切应力0.24MPa。

2 Moldflow前处理

2.1 3D模型导入

将UG软件绘制成的抽屉三维模型以.igs面格式导出后，将其导入Moldflow CAD Doctor中对零件进行简化和修复，删除三维模型的小圆角等特征[3]，在后续网格划分时可得到较高质量的网格，减少网格修复工作量。将Moldflow CAD Doctor处理后的抽屉模型导入Moldflow MPI中进行网格划分等后续分析处理。

2.2 网格划分

对模型进行网格划分是后续分析的关键步骤，在进行moldflow网格划分时要综合考虑各种因素，以便划分出合理的网格。网格划分的密度高低直接影响了分析精度和分析速度。网格划分的密度越高，得到的分析精度越高，但分析时间会加长。在此选用双层面（中性层面，双层面，3D）类型对模型进行网格划分，将划分后的网格进行网格诊断，然后进行自动修复和手动修复。修复后的网格最大纵横比为9.25，匹配百分比和相互百分比分别为95.4%和95.5%，划分结果满足后续分析要求。

3 塑件制品的Moldflow模流分析及工艺优化

3.1 浇口位置预分析

Moldflow软件提供浇口位置预分析功能，图2所示为浇口匹配性分析结果，图中颜色越深表示浇口位置匹配性越高。由于在进行最佳浇口位置分析时仅考虑了制件的可成型性、更小的压力需求、过保压及有效的保压补缩这几个方面，最终要确定浇口位置还应考虑模具的结构设计是否合理，综合分析后确定其浇口位置。

由于制件为外观件，其成形表面要求较高，为避免熔接痕等外观缺陷，采用单点阀针浇口，D=4mm。图3为根据浇口位置分析结果，给出的浇口方案。模具采用热流道系统浇注，模穴数为1×1，两板模设计。

3.2 Moldflow熔接痕分析

运用Moldflow软件对该塑件进行熔体充填模拟，分析从注塑开始到模腔被熔体填满整个过程的熔体流动前沿位置，以预测塑件、塑料材料以及相关工艺参数设置下的熔体填充状态，查看熔体填充是否合理、平衡、充满型腔等[3]。在Moldflow中选择填充+保压+翘曲选项进行分析。图4为熔接痕分析结果，从图中可以看出该浇口方案产品外观面有熔接痕。

熔接痕的出现不仅影响制品的外观质量，重时还会影响制品强度，损害其力学性能，为制品的正常使用带来安全隐患。由于该制品为外观件，主要外观面不允许出现熔接痕等缺陷，需要从其产生机理来改善该缺陷。

3.3 制品的优化设计

熔接痕产生的主要原因是若干胶熔体在型腔中汇合在一起时，其交汇处未完全熔合在一起，彼此不能熔合为一体而形成熔合痕。注射充模时，流动熔体产生料流分支然后汇合是形成熔接痕的必要条件，而产生料流分支主要来源于制品的结构功能、模具结构以及注塑工艺三个方面。

以上分析結果结合该类产品的模具设计和注塑成型方面的经验，初步确定该熔接痕产生的原因可能是由于制品壁厚不均引起的。因此，将模型抽屉两侧的厚度由2.1mm减胶到2.0mm，其余部分微调。图5为壁厚调整后Moldflow网格厚度诊断数据。

4 塑件缺陷分析与工艺改进

4.1 熔接痕分析

图6所示为经过优化设计后Moldflow熔接痕分析情况，得出制品壁厚优化后主要外观面熔接痕有明显改善，主要外观面均无熔接痕存在，说明熔接痕缺陷由壁厚不均引起。

4.2 充填时间分析

图7所示为制品的充填时间，表示可以使熔体完整充满塑件的时间为2.082s。

4.3 流动前沿温度

熔体温度分布是分析熔体流动情况的重要指标，在熔体流动好的地方，温度一直保持在较高的水平，否则温度下降很快[4]。图8为熔体流动前沿温度，从中可以看出流体温度分布均匀，处于材料推荐温度区间，可保证制件各处填充都较均衡。

4.4 气穴

制件可能产生气穴的地方都在制件的边缘，中间表面无任何缺陷，气穴较少，可利用侧型芯、滑块的间隙解决排气，同时应注意分型面及流动末端的排气，防止出现其他缺陷。

5 结束语

（1）通过Moldflow优化分析，确定塑件最佳浇注位置区域，考虑制品的外观要求设计了单浇口方案，经过分析确定最佳浇口位置，有效避免了以往依靠经验确定浇口位置带来的不确定因素，去除了模具设计与试模时的盲目性，减少了试模次数，降低了生产成本。

（2）使用Moldflow软件分析了一个抽

屉制品的充填过程，发现其主要外观面存在熔接痕缺陷。分析造成熔接痕缺陷的原因，得出壁厚不均是制品出现熔接痕缺陷的主要原因。在此基础上，将模型壁厚进行调整，经Moldflow分析后发现其主要外观面熔接痕消失，试模后产品外观及质量符合设计要求。通过实践证明将经验设计和Moldflow模流分析技术相结合，可以很大程度上提高模具的设计效率。

参考文献：

[1]齐永杰，吕航鹰.CAE技术在塑胶模具浇口设计中的应用[J].现代企业教育，2014（06）.

[2]匡唐清.基于模流分析技术的壁挂式扬声器外壳注塑模设计[J].中国塑料，2010，24（06）：97-101.

[3]吴燕华，王宏霞，朱芬芳.基于Moldflow的手机外壳注塑成型过程中充填分析及设计优化[J].模具技术，2015（05）：53-56.

[4]段亮亮，党新安，杨立军，等.基于UG前盖注塑模设计及模流分析[J].中国塑料，2013，27（07）：94-97.