第 09卷 第 1期 中 国 水 运 Vol.9 No.1

2009 年 1 月 China Water Transport January 2009

收稿日期：2008-12-14 作者简介：鄢 敏，黄冈职业技术学院 机电工程系硕士，研究方向为材料加工。

基于 Moldflow的塑料把手 CAE分析 鄢 敏，刘良瑞，黄常翼，耿红正，韩贤贵

（黄冈职业技术学院，湖北 黄冈 438002）

摘 要：介绍 CAE 软件 Moldflow，运用 Moldflow 软件中的 MPI 模块对塑料把手注塑成形过程进行数值模拟分析，预测型腔压力分布、温度分布、锁模力大小、体积收缩率及翘曲变形，根据结果比较，提出工艺优化方案。 关键词：Moldflow；MPI；CAE；注塑模 中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2009）01-0131-02

一、前言

塑料制品从设计到成型是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和模塑生产等几个方面。它需要产品设计师、模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，这是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。目前，尽管 CAD/CAM 在模具设计与制造中运用比较成熟，但是由于塑料制品的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性，欲精确制定出一套可以减少成本、节省时间、提高产品质量及合格率的最佳工艺方案具有一定难度。要设计和制造出高质量模具，仅仅依靠 CAD/CAM是不够的，必须运用 CAE 技术，在计算机上对整个注塑过程进行模拟分析，依据塑料性能，优化成型工艺参数和制品结构，使模具设计师在设计阶段就能找出未来产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率，缩短模具的制造周期，降低生产成本。本文运用 CAE 数值分析软件模拟分析塑料把手成形过程，揭示其成形规律，并提出工艺优化方案。

二、Moldflow 的简介

Moldflow 软件是澳大利亚 MOLDFLOW 公司的产品，该公司自 1976 年发行了世界上第一套塑料注塑成型流动分析软件以来，一直主导塑料成型 CAE 软件市场。Moldflow软件包括 3 部分：

Moldflow Plastics Advisers（产品优化顾问，简称MPA）：在完成塑料制品设计后，运用 MPA 软件模拟分析，在很短的时间内，就可以得到优化的产品设计方案，并确认产品表面质量。

Moldflow Plastics Insight（注塑成型模拟分析，简称MPI）：对塑料制品和模具进行深入分析的软件包，它可以在计算机上对整个注塑过程进行模拟分析，包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩，以及气体辅助成型和热固性材料流动分析等，使模具设计师在设计阶段就找出未来产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率。

Moldflow Plastics Xpert（注塑成型过程控制专家，简称 MPX）：集软硬件为一体的注塑成型品质控制专家，可以直接与注塑机控制器相连，可进行工艺优化和质量监控，自

动优化注塑周期、降低废品率及监控整个生产过程。 一般情况下，最常用的是 MPI 模块，主要用来对注塑成

形过程进行模拟分析，从而得到最佳的浇口数量与位置，合理的流道系统与冷却系统，并对型腔尺寸、浇口尺寸、流道尺寸、冷却系统尺寸和注塑工艺进行优化，从而提高一次试模成功率，降低生产成本、缩短生产周期。

三、模型的建立

根据塑料把手的产品尺寸，运用 Pro/E 造型软件绘制其制件的三维实体，如图1 所示。利用Pro/E 的文件格式转换工具，将该实体文件转换成 stl 格式的文件导入到 Moldflow，通过“中型面生成器”生成中型面，在 MPI 的前处理器中完成最后的修改并生成流道系统，如图2 所示。选择的材料为 PA+33%G.F。

图 1 制件实体模型 图 2 模拟前处理模型

四、原始方案确定及模拟结果解释

1．原始成形方案

浇注系统方案如图 2 所示：采用一模两腔，为加快模拟效率，选取一腔进行模拟，采用热流道系统（直经为 9.5mm），用蓝色表示，采用潜伏式浇口。冷却系统如图 2 红色管道所示，冷却管道直径为 11mm。工艺参数为：模温为 60℃，熔体温度为 280.0，注射时间为 1.37s，保压力为 50MPa，保压时间 7s，冷却时间 35s（从保压结束开始计算）。

2．模拟结果解释

图 3 塑料的填充型式

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图 3 所示是塑料的填充型式，图中从红色到蓝色表示填充的先后次序。评估填充情况质量的标准主要有两个：一是流动是否平衡，二是各个参数是否超过材料的许可值。图 3a所示的结果中，填充不均匀，将出现局部过保压，制品收缩不均匀，易产生翘曲变形。评估填充是否平衡还要看熔体在型腔中的前进速度是否均匀，均匀的前进速度保证制品各个部分所受的剪切速率一致，从而有均匀的分子取向。这可以从图 3b 中等值线的间距来加以判断。本方案的熔体在型腔中前进的速度很不均匀。这主要是由螺杆前进速度决定的。 图 4 制件体积收缩率 图 5 制件总变形量

图 4 所示是制件的体积收缩率，收缩不均匀是制品出现缩痕和翘曲变形的重要原因之一。在原始方案模拟结果中，体积收缩率为 0～9.55%.，收缩很不均匀，出现这种情况是由于制品形状复杂且壁厚差异大。如图 5 所示为制品相对于图中所示坐标系平面的变形总量。如果变形量均匀，就只会出现制件尺寸的缩小，不会引起翘曲变形。从图 5 中可以看出，制品最大变形为 2.065mm，出现在浇口附近的位置，且其他地方有不同程度的变形。Moldflow 软件中 MPI 模块能分析出不同因素对翘曲结果的影响，从模拟结果中可以看到：由于体积收缩原因所造成的变形程度最大。图 6 所示是由于收缩原因所造成的变形，变形量为 1.55mm，占总变形量的比例最大，且充填末端变形最大，这是由于制品壁厚差异较大。

五、提出优化方案及模拟结果比较

1．优化方案

从原始方案的模拟结果发现：塑料在型腔内的流动不均匀，并且冷却效果不是很好，因此新方案改进了浇注系统和冷却系统：将上部流道尺寸改大，以便达到充填平衡的目的；在定模侧增加一个 Baffle，使其冷却均匀，如图 7 所示。由于制件出现了较严重的翘曲变形，因此需要优化保压完善保压效果。新工艺参数为：模温为 60℃；熔体温度为 280.0；注射时间为 1.37s；保压过程为：70MPa 的保压力保压 4s，50MPa 的保压力保压 3s ，20MPa 的保压力保压 3s；冷却时间 35s（从保压结束开始计算）。

2．结果比较

从塑料填充型式来看，图 8 所示，填充较原方案均匀，制件末端同时充填满，不会出现局部过保压；从图 8b 中等值线的间距来可以判断，本方案的熔体在型腔中前进的速度比原方案均匀，充填末端较快.可在充填结束时将注射速度减低。如图 9 所示，制品体积收缩率最大为 0～6.066%，优于原方案，体积收缩小的主要原因是因为采用的保压压力大，保压时间长。如图 10 所示为制品相对于图中所示坐标系（分型面）的变形总量，如果变形量均匀，就只有尺寸的缩小，不会引起翘曲变形。从图 10 中可以看出，制品变形为 0.06～

1.02mm，较原方案有很大的改善。图 11 为由于收缩原因所造成的变形，变形量为 0.876mm，占总变形量的比例最大。较原方案的 1.55 的变形量有很大改善。产生这样的结果是因为优化了保压曲线，使得保压过程更适合制件的成形，图中显示充填末端变形最大。这是由于制品壁厚差异较大。 图 6 体积收缩引起的变形 图 7 优化后的浇注系统和冷

却系统

图 8 优化后塑料填充型式

图 9 优化后体积收缩率 图 10 优化后制件总变形量

图 11 优化后体积收缩引起的变形

六、结论

1．运用 Moldflow 对注塑成形过程进行数值模拟，能揭示其成形规律，预测型腔压力分布、温度分布、锁模力大小、体积收缩率及翘曲变形等。

2．通过优化流道系统，本案例修改流道尺寸，确保充填平衡；优化冷却系统，本案例增加了冷却流道，提高了冷却效率。

3．在保压阶段压，增加保压压力，保压时间， 优化保压曲线，可降低翘曲变形量。

参考文献

[1] 王 刚，单 岩.Moldflow 模具分析技术基础[M].北京：清

华大学出版社，2004.

[2] 王 刚，单 岩.Moldflow 模具分析应用实例[M].北京：清

华大学出版社，2005.