張曉陸

（無錫澤宇精密機(jī)械制造有限公司， 江蘇無錫，214000）

1.引言

Moldflow Plastic Insight（MPI）是一個(gè)提供深入制件和模具設(shè)計(jì)分析的軟件包，它使用戶可以對(duì)制件的幾何形狀、材料的選擇、模具設(shè)計(jì)及加工參數(shù)設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化以獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。MPI的中性層網(wǎng)格（Midplane）模塊用于處理薄壁制件，節(jié)省了用戶大量的CAE建模時(shí)間，使他們致力于CAE分析和優(yōu)化。對(duì)于薄壁實(shí)體，MPI的雙層面網(wǎng)格（FUSION）模塊基于Moldflow的獨(dú)家專利的DaulDomain分析技術(shù)，使用戶可以直接進(jìn)行薄壁實(shí)體模型分析。這將原來需要幾小時(shí)甚至幾天的建模工作縮短為幾分鐘，無需進(jìn)行中型面網(wǎng)格的生成和修改，而且雙層面網(wǎng)格模塊可以直接從塑件顧問中讀取模型而進(jìn)行進(jìn)一步的分析。對(duì)于面板這類薄殼塑件產(chǎn)品，可使用Moldflow有限元分析網(wǎng)格中的雙層面網(wǎng)格或中性層網(wǎng)格進(jìn)行模擬流動(dòng)分析，分析結(jié)果一致。前者取外外殼雙層網(wǎng)格，外表形狀與3D模型相同，前處理時(shí)間較短，但網(wǎng)格數(shù)目是后者的兩倍以上，分析時(shí)間較長(zhǎng)；后者取中間層面網(wǎng)格，局部區(qū)域形狀（易產(chǎn)生破洞和區(qū)部變形等）需做等效處理，前處理時(shí)間較長(zhǎng)，而且要求設(shè)計(jì)人員具有極高的網(wǎng)格修補(bǔ)能力，但分析時(shí)間較短。本分析為了接近實(shí)物狀態(tài)進(jìn)行模流分析，最后決定采用雙層面網(wǎng)格（FUSION）模塊。

2.MPI方案澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)思

該面板材料均為增強(qiáng)ABS，顏色均為粉紅色，總重720g，長(zhǎng)680mm，最大壁厚為2.6mm，最小壁厚為1mm。初始模型采用“PRO/E”建模，通過STP或IGES文件格式轉(zhuǎn)入到Moldflow軟件中，在“MF/View”的前后處理器中完成最后的修改并生成流道系統(tǒng)（澆口類型為點(diǎn)澆口；流道類型為冷流道）。MPI方案中為三板式模具澆注系統(tǒng)，一模一穴，擬采用冷流道系統(tǒng)，先采用4個(gè)點(diǎn)澆口與2個(gè)點(diǎn)澆口流動(dòng)方案進(jìn)行對(duì)比分析，最后得到一種切實(shí)可行的優(yōu)化方案。該三板式模具一種采用4個(gè)點(diǎn)澆口進(jìn)澆，另一種采用6個(gè)點(diǎn)澆口進(jìn)澆。兩種澆注系統(tǒng)的主要區(qū)別是：方案一的澆注系統(tǒng)（見圖1）采用4個(gè)點(diǎn)澆口從面板安裝裝飾條的中間進(jìn)料，其分流道孔的加工較為困難，需先采用多個(gè)鉆頭進(jìn)行分層鉆削粗加工，接著采用電極進(jìn)行放電精加工。產(chǎn)品在開模時(shí)能自動(dòng)剪斷澆口，不需要手工修剪，相對(duì)減少了工人的勞動(dòng)工作量，但此方案熔融塑料流動(dòng)較為不平衡，熔接痕可能也要多點(diǎn)，必要時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整點(diǎn)澆口的尺寸，以方便轉(zhuǎn)移熔接痕的位置；方案二的澆注系統(tǒng)（見圖2）采用2個(gè)點(diǎn)澆口直接點(diǎn)到面板中間裝飾條安裝面上，流道的加工更為復(fù)雜，同樣須先采用鉆頭分級(jí)預(yù)鉆2個(gè)孔，后采用電極進(jìn)行電火花精加工。產(chǎn)品在開模時(shí)能自動(dòng)剪斷澆口，不需要手工修剪，相對(duì)減少了工人的勞動(dòng)工作量，流動(dòng)較為平衡，產(chǎn)品成型的熔接痕可能也要少點(diǎn)。

圖1 方案一的澆注系統(tǒng)

圖2 方案二的澆注系統(tǒng)

3.MPI方案的基本成型條件

充填條件：

模具溫度（Mold temperature）：60℃最大剪切應(yīng)力（Maximum Shear Stress）：0.25MPa

注射時(shí)間（Injection time）：1.5～3.5s最大注射壓力（Max. Inject Pressure）：120MPa

零件凈重(Part Weight)：720g最大熔融溫度（Melt Temperature Maximum）：250℃

最小熔融溫度（Melt Temperature Minimum）：195℃熔融溫度(Melt temperature)：240℃

保壓條件：

壓力（PRESSURE）[%HP]：一段為70；時(shí)間（STEP DURATION）[s]：一段為4

4.MPI流動(dòng)方案對(duì)比分析

4.1 方案一流動(dòng)對(duì)比分析

在Moldflow軟件中設(shè)置Cool+Flow+Warp分析程序，先創(chuàng)建4個(gè)點(diǎn)澆口的澆注系統(tǒng)，然后設(shè)置上下各八路水道，并確定水路流向，最后進(jìn)行Cool+Flow+Warp分析得到圖3、4、5、6、7、8、9的分析結(jié)果。由圖3可知方案一填充時(shí)間為1.853s，填充較為平衡，填充時(shí)間基本合理。由圖4可知方案一切換點(diǎn)的壓力為52.74Mpa，塑件成型基本沒問題。由圖5可知整體變形最大4.434mm，整體變形過大，需要適當(dāng)調(diào)整。由圖6、7、8可知X、Z方向變形過大，Y方向變形可勉強(qiáng)接受，故需適當(dāng)調(diào)整澆注系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保產(chǎn)品的變形能得到有效控制。由圖9可知熔接痕比較明顯，在實(shí)踐中很難通過調(diào)整注射工藝參數(shù)來消除熔接痕現(xiàn)象。

圖3 方案一填充時(shí)間

圖4 方案一切換點(diǎn)壓力

圖5 方案一整體變形

圖6 方案一X方向變形

圖8 方案一Z方向變形

圖9 方案一熔接痕分布

4.2 方案二變形與熔接痕分析

在Moldflow軟件中設(shè)置Cool+Flow+Warp分析程序，先創(chuàng)建2個(gè)點(diǎn)澆口的澆注系統(tǒng)，然后設(shè)置上下各八路水道，并確定水路流向，最后進(jìn)行Cool+Flow+Warp分析得到圖10、11、12、13、14、15、16的分析結(jié)果。由圖10可知方案二填充時(shí)間為2.363s，填充較為平衡，填充時(shí)間同樣基本合理。由圖11可知方案二切換點(diǎn)的壓力為65.46Mpa，比方案一稍高，但塑件成型基本沒問題。由圖12可知整體變形最大2.943mm，比方案一大大下降，但整體變形仍然過大，需要適當(dāng)調(diào)整，并且調(diào)整2個(gè)點(diǎn)澆口大小與每路水道增設(shè)翻水孔來使塑件變形得到有效控制。由圖13、14、15可知X方向變形仍然過大，Y、Z方向變形可勉強(qiáng)接受，故需進(jìn)一步適當(dāng)調(diào)整澆注系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保產(chǎn)品的變形能得到有效控制。由圖16可知熔接痕數(shù)量很少，在實(shí)踐中通過適當(dāng)調(diào)整注射工藝參數(shù)可以適當(dāng)消除熔接痕現(xiàn)象。

圖10 方案二填充時(shí)間

圖11 方案二切換點(diǎn)壓力

圖12 方案二整體變形

圖13 方案二X方向變形

圖14 方案二Y方向變形

圖15 方案二Z方向變形

圖16 方案二熔接痕分布

4.3 結(jié)論及建議

由以上兩種方案的分析結(jié)果可知，方案二的整體變形與X、Y、Z方向變形最小，熔接痕不明顯，但填充時(shí)間與切換點(diǎn)壓力稍大一點(diǎn)，不過對(duì)成型沒有任何影響；方案一的整體變形與X、Y、Z方向變形方向變形均偏大，熔接痕明顯，但填充時(shí)間與切換點(diǎn)壓力要小一點(diǎn)。根據(jù)以上分析最終決定選取方案二進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化分析，最終得到一套切實(shí)可行的方案，考慮到篇幅有限在這里就不再贅述。如果該模具批量較大，公司也比較富有，還可適當(dāng)考慮采用熱流道方案進(jìn)行分析，有興趣的讀者可以試試。

表1 三種方案變形與熔接痕對(duì)比分析一覽表

5.結(jié)束語

通過應(yīng)用Moldflow軟件對(duì)兩種MPI方案進(jìn)行填充時(shí)間、變形與熔接痕等對(duì)比分析，不僅得到了一套切實(shí)可行的MPI方案，而且還豐富了工藝人員的Moldflow知識(shí)，為將來開發(fā)更加復(fù)雜的產(chǎn)品打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。隨著Moldflow軟件在注塑行業(yè)的不斷推廣使用，必將會(huì)大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期和費(fèi)用，提高塑料制品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，從而為中國(guó)的制造企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 北京市塑料工業(yè)公司編.塑料成型工藝. 北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1996.

[2] 塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.