基于Moldfolw軟件的復(fù)雜塑料殼體的注塑模設(shè)計(jì)外文文獻(xiàn)翻譯、中英文翻譯,基于,moldfolw,軟件,復(fù)雜,繁雜,塑料,殼體,注塑,設(shè)計(jì),外文,文獻(xiàn),翻譯,中英文 譯文出處 ：Applied Mechanics and Materials Vols. 29-32 (2010) pp 646-650 基于Moldfolw軟件的復(fù)雜塑料殼體的注塑模設(shè)計(jì) Zhenyu Zhao1, a, Long Liao1, b, Fei Tang1, c, Bai Liu1, d 1中國深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ayxpzzy01@163.com, bliaol@sziit.com.cn, ctangf@sziit.com.cn, dliubeny@tom.com 摘要：本文描述了Moldflow技術(shù)的重要作用和地位。通過應(yīng)用Moldflow/MPI軟件對殼體模具進(jìn)行CAE綜合分析，用模具注塑工藝參數(shù)，例如模具溫度，熔體溫度，注射時間和注射壓力來模擬產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)過程。這顯示了Moldflow技術(shù)在模具開發(fā)過程中對于優(yōu)化塑料制品設(shè)計(jì)、優(yōu)化塑料模設(shè)計(jì)和優(yōu)化注射工藝參數(shù)等方面所起到的顯著作用。 關(guān)鍵詞：注塑模具；Moldflow；模具設(shè)計(jì)；MPI(Moldllow Plastics Insight) 1.前言 目前，大多數(shù)注塑模具設(shè)計(jì)師主要是根據(jù)他們自己在模具設(shè)計(jì)方面多年的經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)模具的。由于塑料工件的多樣性，復(fù)雜性和設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有限，準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)出一種成本低、周期短、質(zhì)量好的產(chǎn)品，合格率高的模具和工藝方案是很困難的。為了使修正后的模型能正式投入生產(chǎn)，在一些無法修復(fù)的精密模具報廢的情況下，設(shè)計(jì)師往往需要反復(fù)不斷地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 Moldflow技術(shù)[1]無論在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，還是在降低成本、減輕勞動強(qiáng)度等方面，都具有很大的優(yōu)越性。利用Moldflow技術(shù)可以在模具加工前，使用計(jì)算機(jī)對整個注射成型過程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測熔體的填充、保壓、氣穴、熔接痕、流動前沿溫度和翹曲變形[2-6]等情況，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改塑件和模具設(shè)計(jì)，減少甚至避免模具返修報廢、提高塑件質(zhì)量和降低成本等，具有重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。以一個塑料注射箱的模流分析為例，介紹Moldflow軟件在模具優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，對注塑制品的充模、氣穴、熔接痕等行為進(jìn)行了動態(tài)模擬，為該制品的模具設(shè)計(jì)及注塑工藝參數(shù)的確定提供了理論依據(jù)，從而改善制品的成型質(zhì)量。 2. 成型工藝分析 該制品為塑料箱零件如圖l所示，采用ABS塑料，外表面質(zhì)量要求較高。采用Moldflow的MPI(Moldflow Plastics Insight)模塊對該產(chǎn)品進(jìn)行流動分析。在分析中，通過對流動過程的模擬分析，確定了澆口位置、數(shù)量及工藝條件，并且模擬仿真流動過程，預(yù)測型腔壓力分布、溫度分布、鎖模力大小等，為實(shí)際模塑提供成型工藝參數(shù)。 (1)工藝參數(shù)的設(shè)置 完成分析后，選擇注塑原料。在此軟件中，有許多大公司的產(chǎn)品可供選擇，該案例選擇ABS材料，其牌號為工藝參數(shù)如表1所示。 表1 模流分析參數(shù)設(shè)置 注塑溫度 230℃ 成型控制 填充控制 壓力90MPa 模溫 凸模55℃ 速度、壓力切換 自動 凹模80℃ 保壓控制 80％注射壓力 6s (2)最佳澆口位置的確定 MPI能自動生成最佳澆口位置的相關(guān)信息，并以圖形形式顯示出最佳澆口所在區(qū)域，顏色越深的區(qū)域越適合選作澆口，如圖l所示塑料盒模型對稱結(jié)構(gòu)，選取圖形中間區(qū)域最佳。 圖1 塑料盒模型 圖2 填充時間 3.流動分析結(jié)果 本文利用MPI軟件對填充時間、充模壓力、熔接痕、氣穴、最大鎖模力和翹曲分析進(jìn)行分析，通過對這些參數(shù)的分析從中選定最佳的注漿方案。 (1)填充時間 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響到熔體的填充行為，而填充分析的最終目的也是為了獲得最佳澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。填充分析是從注射開始到型腔被充滿的整個過程中的流動前沿位置分析。該分析用來預(yù)測制件的填充行為是否合理，填充是否平衡，能否完成對制件的完全填充等。填充分析的目的是獲得最佳的澆口位置、澆口數(shù)目及最佳澆注系統(tǒng)布局等。如圖2所示為充模時間的分析結(jié)果，通過深淺不同的顏色反映了熔體流動狀態(tài)變化以及充模過程，從中可知型腔是否充滿，充模過程是否平衡等。由圖2可知：充填時間為2.825s，顏色深淺過渡比較柔和。這表明此充填過程比較平緩，整個注塑件能在較短的時間內(nèi)被充滿，流動平衡性較好，并且充模狀況合理。由此證明圖2所示的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行。 (2)氣穴 氣穴位置分布圖如圖3所示，圖中圓圈處表示氣穴，熔體前沿匯聚在注塑件內(nèi)部或型腔表層的氣泡，基本上都在注塑件四周側(cè)壁邊，并且基本集中在分型面上。該例中氣穴主要出現(xiàn)在塑料箱的內(nèi)表面，且大部分出現(xiàn)在分型面，故氣體在熔體充填時會自行排出，對產(chǎn)品的外觀品質(zhì)基本沒有影響。因此，氣體很容易通過模具分型面的間隙排出，沒有困氣現(xiàn)象，可有效地避免因氣穴而形成的注塑件表面瑕疵及焦痕等缺陷。 圖3 氣穴 圖4 熔接線 (3)熔接痕 當(dāng)2個或多個流動前沿融合時，會形成熔接線。在熔接線位置上的分子趨向變化強(qiáng)烈，因此該位置的機(jī)械強(qiáng)度明顯減弱，熔接線在視覺上不太明顯。在這種情況下可以通過增加模具溫度和熔體溫度，使兩個相遇的熔體前沿融合得更好，增加螺桿速率也行，或改進(jìn)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在保持熔體流動速率的前提下減少流道尺寸，以減少產(chǎn)生的摩擦熱。如果不能消除熔接線，那么應(yīng)使其位于工件上較不敏感的區(qū)域，以防止影響制件的機(jī)械性能和外觀質(zhì)量。通過改變澆口位置或者改變工件壁厚可以改變?nèi)劢泳€的位置。 圖4顯示了塑件上熔接痕的位置，經(jīng)Moldflow優(yōu)化分析，采用提高模具溫度、把澆口適當(dāng)加大、適當(dāng)降低鎖模力、在熔接縫處開設(shè)排氣系統(tǒng)等措施后，注塑出的產(chǎn)品熔接痕變得不明顯，降低了廢品率，能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。由圖4分析結(jié)果可看出沒有大面積和連續(xù)的熔接痕，所以工件表面質(zhì)量不會受到影響。 (4)縮痕指數(shù) 縮痕現(xiàn)象就是指在成型品表面發(fā)生凹陷。雖然這些凹陷都較小，但只要從不同的角度觀看，卻是可見的。縮痕的可見性和它表面的紋理其實(shí)是零件顏色的作用，因此深度才是判別的標(biāo)準(zhǔn)。導(dǎo)致縮痕的主要原因是在冷卻過程中，因熱量收縮造成的。圖5顯示了縮痕深度的結(jié)果，縮痕深度非常小，縮痕不明顯，沒有影響產(chǎn)品的外觀。 圖5 縮痕 圖6 鎖模力曲線 (5)鎖模力曲線 在注塑機(jī)注射過程中，由于模具內(nèi)的熔脹力，模具分型面可能會分開，從而導(dǎo)致飛邊的產(chǎn)生，因此必須為注射機(jī)提供一個鎖緊模具的力，這個力稱為鎖模力，有了這個力就可以抵消熔料在型腔內(nèi)所產(chǎn)生的熔脹力。通常在滿足要求的前提下，鎖模力應(yīng)盡可能的小，較小的鎖模力不僅可以節(jié)約能源、降低成本，還可以延長注塑機(jī)及模具的使用壽命，同時，模具的自然排氣也可以順利進(jìn)行，使模具的填充狀態(tài)更加容易控制。 注塑件在注射成型時注塑機(jī)的鎖模力分布圖如圖6所示。其最大鎖模力為86kN，可以利用該分析結(jié)果，幫助設(shè)計(jì)人員選擇不同型號的注塑機(jī)。由圖5可知，可以滿足客戶要求，且能正常生產(chǎn)。 (6)推薦螺桿速率 圖7是該方案推薦的螺桿曲線圖，其作用是調(diào)節(jié)螺桿進(jìn)入型腔的注入速度，保證塑料熔體充模速度一致，有利于改善工件的表面質(zhì)量和避免過高的剪切應(yīng)力。注射速度建議使用更均勻的流動前沿的速度，這將有助于消除壓力峰值，同時可提高工件表面光潔度。在圖7中，XY定位注射壓力圖可以很容易地顯示壓力的變化。 (7)溫度 溫度主要包括流動前沿溫度和充模結(jié)束時的體積溫度，流動前沿溫度與熔接線圖綜合使用可分析出熔接線質(zhì)量的好壞，而充模結(jié)束時的體積溫度分布范圍越窄，則說明充模質(zhì)量越好。兩種溫度分析結(jié)果如圖8、9所示。 流動分析用于預(yù)測熱塑性聚合物在模具內(nèi)的流動行為。Moldflow軟件模擬熔體從注射點(diǎn)開始逐漸擴(kuò)散到相鄰點(diǎn)的流動前沿，直到流動前沿?cái)U(kuò)散并填充制件最后一個點(diǎn)為止，完成流動分析計(jì)算。其最終目的是獲得保壓階段最佳時間段的設(shè)置，從而盡可能地減小由保壓引起的制件收縮、翹曲等質(zhì)量缺陷。流動前沿溫度，合理的溫度分布應(yīng)該是均勻的，即這個模型的溫差不能太大。圖8為流動前沿溫度模擬結(jié)果。從圖中可以看出，此模型的模溫分布比較均勻，說明熔體在流動過程中溫度下降緩慢，利于填充，且該產(chǎn)品溫度降幅較小，這意味著該塑件的表面質(zhì)量將會得到保證。 由圖8分析結(jié)果可以看出料流前沿的最高溫度230.6℃，最低溫度223.8℃，注塑件的溫度差為6．8℃，該值在推薦值控制范圍20℃之內(nèi)，表示溫度差較小，這意味著注塑件表面的質(zhì)量可得到保證，工件可以充滿。圖8表明，當(dāng)材料的熔融溫度為228.9~230.6℃時，最低熔化溫度僅低于注射溫度223.8℃。所以材料 是會很好的融合，而不會出現(xiàn)熔接痕。穴蝕現(xiàn)象在熔合線和分型表面，排氣管道設(shè)置在熔接線開口處。這樣不僅方便排氣，而且增加了熔合線的牢度。從圖8流動前沿溫度圖和圖4熔接中，我們可以看出，當(dāng)熔體溫度約為230℃時，熔接痕形成。此時熔接痕不明顯，結(jié)果是最好的。 體積溫度反映了工件內(nèi)部產(chǎn)生的剪切熱。如果工件經(jīng)過強(qiáng)烈的剪切作用，工件溫度將會上升。在模具填充階段，體積可以從圖9中看出，溫度圖（速度加權(quán)平均溫度）應(yīng)當(dāng)非常均勻。最低溫度是177.3℃，最高溫度為234.3℃，這變化滿足體積溫度的控制范圍。 圖7 推薦的螺桿速率 圖8 溫度 圖9 體積溫度 圖10 充模結(jié)束時壓力分布圖 (8)壓力 由圖10可以看出，在充模結(jié)束時的壓力分布狀況，分析充模壓力分布是否平衡，在最后充模的藍(lán)色部位壓力較低，整個塑件壓力差在35 MPa以下。在充模結(jié)束時，體積/壓力轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和填充壓力數(shù)據(jù)的影響是相同的。通常，體積/壓力控制轉(zhuǎn)換時的壓力在整個注塑成型周期中是最高的，此時壓力的大小和分布可通過該壓力圖進(jìn)行觀察，并在控制轉(zhuǎn)換時工件充型基本達(dá)到100％。由圖11可看出注塑過程中最大注射壓力為53.7Mpa，在圖中的紅色部分。圖中的灰色部分表明工件100%填充良好效應(yīng)。 (9)保壓過程 保壓過程是在填充過程的基礎(chǔ)上進(jìn)一步模擬，通過優(yōu)化得到合理的注射力和保壓壓力，為生產(chǎn)做準(zhǔn)備。圖12所示為保壓過程的模擬結(jié)果。注射壓力參數(shù)也是流動分析的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響到模具填充的好壞。從圖中可以看出，注塑壓力在注塑結(jié)束時達(dá)到最大值55MPa，小于注塑機(jī)的最大值，保壓壓力曲線與設(shè)定的基本相符。 圖11 體積/壓力控制轉(zhuǎn)換時的壓力 圖12 注射力和保壓壓力 4.結(jié)論 本文應(yīng)用Moldflow軟件對流動情況進(jìn)行模擬、預(yù)測， 顯示前沿熔體流動方向，填充過程中壓力和溫度的變化，氣穴和熔接痕的位置等，有利于工藝人員在調(diào)試之前預(yù)測可能存在的缺陷，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，提高質(zhì)量和減少制作注塑模具 的周期，為模具開發(fā)、生產(chǎn)加工提供指導(dǎo)作用。 致謝 感謝深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目（SY200806300273A），信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院團(tuán)隊(duì)創(chuàng)意工程（CXTD1-007）及其自然科學(xué)（LG-08001），和廣東省自然科學(xué)（9151802904000008）的財(cái)政支持。 參考文獻(xiàn)： [1] Y. 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