基于Moldflow的多流道系统缺陷分析及优化

摘要：利用Autodesk Moldflow Insight 2012对一模三腔的模具进行模拟，并对多个结果文件进行分析，发现注射过程中流道存在缺陷，并得到实验验证。通过分析成因，进行流道优化，再次试模得到验证。

关键词：Moldflow; 注塑成型；流道；优化设计

近些年塑料制品广泛的被应用于各个领域，同时对于塑件的外观和使用性能都有了更高要求。注射模具中流道系统的设计关乎生产出来的塑料制品的外观及质量的优劣。传统的流道系统设计主要根据设计人员的工作经验，需要经过反复调试方能投入生产，但设计加工周期长，生产成本较高，因此利用注塑模具CAE技术对注塑过程模拟，发现可能出现的缺陷，从而提高试模成功率，节约成本，对塑料模具的设计过程具有良好的指导效果。

1.前处理

本文分析所选用塑件基本尺寸如下：

塑件A长×宽×高： ，主壁厚： ；塑件B长×宽×高： ，主壁厚： ；塑件C长×宽×高： ，主壁厚： ，按照所设计的模具图纸对三个零件进行排布，并运用Doctor CAD对模型进行修复与简化外观如图1所示。

采用双层面网格（Fusion）类型进行网格划分，并建立冷却系统，分别对三个塑件的浇口类型设置如下：为了不影响塑件的外表面质量，塑件A与塑件C选用潜伏式浇口，塑件B选用普通侧浇口。

2.模拟结果分析及实验验证

2.1数值模拟

材料选用Chi Mei Corporation公司的ABS材料Polylac PA-765，注射成型设备选用来自东华公司的190T型，软件模块采用充填+保压，分三段注塑，参数见表1。保压阶段分为两段保压，参数见表2。

保压结束后，螺杆停止于7mm处。

其他参数设置：动定模模温均为65℃；熔体温度为215℃；开合模时间为8.3s；冷却时间为28s。

运用Autodesk Moldflow Insight 2012进行塑件填充模拟，模拟结果如图2～图3所示。

由图2可见塑件A和塑件B的尾端显示时间线为1.032s，而塑件C末端时间线为1.375s，塑件A和塑件B因提前完成填充而出现过保压。塑件C在1.032s至1.375s期间，黄色时间线较稀疏，表明塑料熔体流速较快，可能导致强度不足，而红色时间线较密集且不均匀，可能导致滞留，产生短射。

由图3可见塑件C末端部位温度远低于其他部位温度，可能导致短射结果。

由型腔压力分析结果可知塑件A和塑件B的填充末端压力值远大于塑件C，冷却末端压力下降接近为0，浇口周围边型腔压力值均为25MPa～50MPa。因此塑件A和塑件B压力值大于塑件C，且时间较长，故两塑件可能导致过保压。

综合以上模拟结果分析，塑件A和塑件B出现过保压，导致难以脱模，塑件C出现短射。

2.2实验验证

实验工艺参数如上文表1、表2中设置，试模结果存在如下问题：

1. 塑件A和塑件B由于过保压出现脱模困难；

2. 塑件C出现短射现象。

试模与有限元模拟结果基本一致，过保压和短射出现主要原因可确定为流道不平衡，并进一步验证了有限元模型的可靠性。

3.多流道优化设计

通过软件模拟和实验试模后发现的确存在缺陷，应采用浇注系统的流道优化来解决。塑件A、塑件B存在过保压问题，故应增大熔体填充过程中的压力损失，塑件C存在短射问题，故应增大注射压力和流道尺寸，对浇注系统流道的优化如下：

（1）主流道保留之前设计；

（2）将塑件A的分流道直径由Φ4mm缩小至Φ3mm，如图4所示；

（3）将塑件B的分流道截面由Φ6mm圆形截面修改成8mm×1mm矩形截面，如图5所示；

（4）将塑件C的分流道直径由Φ6mm扩大至Φ8mm，如图6所示。

在Moldflow模拟软件中载入上述流道优化方案，进行模拟，并将优化后的模拟结果与优化前进行比对分析。为保证可比性，将同样重点比对充填时间、流动前沿温度和压力三个方面，来确认是否达到流道优化要求。

模拟结果如图所示，分析如下：

（1）填充时间 在图7中，三个塑件的填充完成时间：塑件A约为1.085s，塑件B约为1.0s，塑件C约为1.085s，表明三个塑件完成填充基本同步，有效避免了短射和过保压现象。

（2）流动前沿温度 在图8中，每个塑件的流动前沿温度正常，未出现提前冷凝而填充不足。

（3）型腔压力 同样从填充末端、保压末端和冷却末端的压力与原方案进行对比，结果表明，系统一直保持压力平衡。

综合分析以上模拟结果得出结论：合理的优化流道设计可将浇注系统由非平衡调整至平衡，使整个填充过程平缓正常，尽可能避免出现填充缺陷。

根据流道优化方案对原模具进行相应修改并试模，结果如图9所示，三个塑件均填充完全，且能顺利脱模，消除缺陷。

4.结论

流道的设计对塑件的质量有很大的影响，运用Moldflow Insight软件对一模三腔模具的注塑过程进行模拟分析，发现塑件在填充过程中可能出现的问题和缺陷，并根据模拟分析的结果进行改进，最终试模结果表明流道优化方案正确。通过优化了流道的设计，尽可能减少了塑件成型中出现的问题和缺陷，缩短了模具的设计周期，提高了塑件的质量和试模成功率，降低了成本。

5.参考文献

[1] 申开智. 塑料成型模具[M].北京:中国轻工业出版社,2007

[2] 沈言锦. 塑料工艺与模具设计[M].长沙:湖南大学出版社,2007

[3] 李志刚. 中国模具设计大典[M].南昌:江西科学技术出版社,2003

[4] 王刚.单岩. Moldflow模具分析应用实例[M]. 北京：清华大学出版社,2005

[5] 余卫东，陈建. Moldflow 冷却分析技术在注塑成型过程中的应用.CAD/CAM 与制造业信息化，2002（11）

[6] 单岩，立军，徐勤雁. Moldflow模具分析技术基础与应用实例[M]. 北京：清华大学出版社