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Moldflow软件在注塑模设计中的应用

作者 :郑健 ,胡治流 ,何娟更新时间:2012-11-12

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 (广西大学 ,广西 南宁 530004)

摘要:利用Moldflow 软件对遥控器外壳塑件的不同浇口位置进行流动模拟分析。预测可能存在的气泡位置和熔接线位置及锁模力的大小,确定最佳浇口位置。以此为例说明MoldFlow在注塑成型中应用的好处。
关键词:Moldflow;模拟分析;最佳浇口位置

Application of Moldflow Software in Injection Molding
ZHENG Jian, HU Zhi- liu,HE Juan
(Guangxi University, Nanning,530004)

Abstract: In this paper, the injecting process of remote device with different gate locations were analyzed and simulated by using Moldflow software. In order to obtain the best gate location , the position of air bubble、weld lines and the clamp force were forecasted. The result shows that Moldflow is good for injection molding.
Key words: Moldflow;simulating analysis ; the best gate location



传统的注塑模设计基本凭借设计人员个人的知识和经验,模具设计、加工完毕后,需要花费大量的时间进行调试、修改,甚至可能由于无法挽回的一点失误使得整个设计报废,模具设计、加工的成本高,效率低。20世纪70年代以来,随着计算机技术的迅猛发展和普及,注塑模具 CAD/CAE 技术也随之推广。其中以 Moldflow 软件的应用最具代表性,它能够在计算机上对整个注塑成形进行模拟分析,可以进行填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力、收缩以及气体辅成型等的分析,找出可能出现的缺陷,提高一次试模的成功率,降低生产成本,缩短生产周期。本文主要介绍利用Moldflow 软件对遥控器外壳塑件的不同浇口位置进行流动模拟分析。预测可能存在的气泡位置和熔接线位置及锁模力的大小,确定最佳浇口位置。
1 模拟分析过程
1.1 分析模型的建立
为了模拟充模阶段,必须给出一个求解区域。一个求解区域就是被确定的一个空间范围,在这个空间范围内建立数学模型并求解。程序使用者必须给出模腔几何形状的FEM(有限元网格)模型。
有3种方法用于建立几何模型:使用MFVIEW自身命令建立几何模型;使用能被兼容的FEM程序建立模型,然后再把它输入到Moldflow模拟程序中;使用一个CAD系统设计和绘制零件,然后再把它转化为分析模型。
一般采用的方法是在一个CAD系统中建立塑件的几何模型,为保证Moldflow分析的准确性,需去除模型的表面修饰,如倒角等尺寸较小的数据,简化几何形状,产生合适的网格。本文分析的制品为遥控器外壳,在UG中创建实体模型并转换保存为STL模型。
1.2 网格划分
系统可以根据用户需要产生三种有限元网格:Midplane、Fusion、Solid(3D)。本文分析中采用Fusion网格,网格划分结果如图1所示。
图1 塑件有限元网格划分图
有限元分析模型数据如图2,三角形单元个数5378,节点数2657,三角形单元的纵横比极大值为5.767143,匹配率为90.2%,可以保证具有较好的精确性。
图2 有限元分析模型数据
1.3 材料及工艺参数设定
在进行分析之前,必须指定制品材料。此次所设计的产品是遥控器外壳,其大小属于中小塑件。此制品将直接与用户手部接触并需承受频繁的按动。因此,要求很高的表观质量和手感,并具有一定的强度。
Moldflow软件可对用户所设定的材料给出推荐的注塑条件。本文选择美国GE Plastics公司的ABS+PC。推荐熔融温度=275.00℃,推荐模具温度=70.00℃。
1.4 浇口位置的确定及分析
浇口位置的正确与否,不仅影响到产品的外观,而且涉及到产品的质量。Moldflow可以根据模型几何形状及相关材料参数、工艺参数分析出最佳浇口位置。我们依据此结果,可以避免由于浇口位置设置不当可能引起的产品缺陷。
选择 Moldflow中的Gate Location(浇口位置)项进行优化分析,结果见图3。

最佳位置
图3 浇口位置优化分析结果

考虑到模具设计时浇口位置的可行性,提出两个方案。方案1:一个浇口居中偏上(如图 4所示),方案2:一个浇口居侧面(如图5所示)。
3 流动模拟分析结果比较
3.1 不同浇口位置产生的气泡
在塑料熔体注射充填过程中,模腔内除了原有空气外,还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气,塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体等.这些气体若不能通过排气系统顺利排出模腔,将会影响制品成型以及脱模后的质量

图5 方案2
图4 方案1的浇口位置 图5 方案2的浇口位置
图6是两种方案产生气泡分析图的比较。从图6可以看出,方案2明显比方案1中的气泡少,且气泡更容易排除。
图6 不同浇口位置产生气泡分析图(左为方案1,右为发案2)
3.2 不同浇口位置产生的熔接线
熔接线产生于两股低温流头相遇的位置,熔接线的出现对制品强度有一定的影响,熔接线会削弱制品的结构强度,使制品产生表面缺陷,并且在对制品涂漆等后处理时,熔接线位置较难处理。所以应尽量缩短熔接线的长度和避免出现在制品严重的受力部分.
图7是两种方案产生熔接线分析图的计较。从图7可以看出,方案2的熔接线比方案1的少而且短,熔接线出现的位置也比方案1理想。
图7 不同浇口位置产生熔接线分析图(左为方案1,右为方案2)
3.2 不同浇口位置的锁模力
当高压的塑料熔体充满型腔时,会产生一个沿注射机轴向的很大的推力,该推力应小于注射机额定的锁模力,否则在注射成型时会因锁模力不紧而发生溢边跑料现象。Moldflow能够预测锁模力大小,从而选择合理的注射机。
方案1时的最大锁模力为6.484吨,方案2时的最大锁模力为5.283吨。(如图8、图9所示)

图8 方案1的锁模力

图9 方案2的锁模力

通过以上分析可以看出该遥控器外壳塑料件的浇口位置选取方案2较为理想。
4 结束语
使用 Moldflow 软件,可以实现注塑件的流动模拟分析。在优化浇道口的摆放位置后,通过可能产生气泡的位置来确定排气孔的位置。预测熔接痕的位置,并通过比较确定更为合理的工艺参数,使熔接线处在理想的位置。根据得出模拟数据,可以确定锁模力的大小等。
对于注塑模具设计所需的各类数据,Moldflow都可以提供。并且对于注塑模具设计结果所产生的各类缺陷,Moldflow 也能做出预测。

[参 考 文 献]

[1] 周大路.Moldflow 在注塑模设计中的应用[J].计算机应用技术,2005(8)
[2] 黄虹. 塑料成型加工与模具[M].北京:化学工业出版社,2003


作者简介:郑健(1982-),男,辽宁鞍山人,硕士研究生,研究方向:材料成型加工。
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