Moldflow在實(shí)際中的應(yīng)用

陳國(guó)平

Moldflow在實(shí)際中的應(yīng)用

陳國(guó)平

（廈門瑞爾特衛(wèi)浴科技股份有限公司，福建 廈門 361000）

隨著工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，塑料產(chǎn)品在社會(huì)生活中占有越來越大的比例，且這個(gè)數(shù)值還在不斷地增長(zhǎng)，給注塑成型和模具行業(yè)也帶來更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。要發(fā)展，就必須領(lǐng)先別人，必須要有競(jìng)爭(zhēng)力。模流分析軟件的使用能提升公司競(jìng)爭(zhēng)力，如今模流分析軟件的使用水平已經(jīng)是公司發(fā)展水平的重要標(biāo)志。Moldflow軟件經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)成為CAE領(lǐng)域的佼佼者，應(yīng)用已經(jīng)越來越廣，設(shè)計(jì)期間，該軟件應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)模具設(shè)計(jì)、成品設(shè)計(jì)以及形成條件的直接體現(xiàn)，協(xié)助工程師發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)疏漏因素。得益于模流分析技術(shù)的實(shí)施，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本的降低與效率的提升，并顯著提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)的品質(zhì)與合格率。目前，Moldflow軟件在CAE領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)獲得顯著的成效，通過對(duì)解決方案的優(yōu)化進(jìn)一步完善注塑成型，結(jié)合筆者在公司中做的一些改善案例來詳細(xì)闡述Moldflow軟件在解決實(shí)際問題的應(yīng)用。

Moldflow軟件；充填形式；熔接線；翹曲變形

針對(duì)模流分析軟件的應(yīng)用，分析其開發(fā)原理，主要體現(xiàn)為以能量、動(dòng)量以及質(zhì)量守恒為依據(jù)，以高分子材料數(shù)值求解法及其流變理論的應(yīng)用為基準(zhǔn)，進(jìn)行熱力歷程與充填的構(gòu)建，達(dá)到塑料射出成形的有效描述，保壓行為模式，利用人性化接口全面顯示模內(nèi)的塑料速度、壓力、應(yīng)力等參數(shù)，幫助人員得知塑件翹曲變形行為的發(fā)生，明確塑件冷卻凝固的具體情況，并關(guān)聯(lián)注塑成型參數(shù)與其他參數(shù)數(shù)值。

流動(dòng)方式控制是所有注塑成型模具中塑料控制的關(guān)鍵所在，模具中樹脂的流動(dòng)與制品氣穴、短射等缺陷的形成存在直接關(guān)聯(lián)，并與制品冷卻、變形時(shí)間聯(lián)系較大。針對(duì)熔體流動(dòng)方式的分析，可充分利用Moldflow軟件模擬分析模具中會(huì)發(fā)生的行為，此時(shí)熔體相關(guān)流動(dòng)方式可以得到直觀顯示并進(jìn)行合理預(yù)測(cè)，具體流動(dòng)形式包括流動(dòng)前沿的推進(jìn)方式、氣穴與熔接痕位置、填充期間具體溫度、壓力參數(shù)變化等，據(jù)此相關(guān)人員精準(zhǔn)預(yù)測(cè)缺陷，實(shí)現(xiàn)在試模前進(jìn)行缺陷成因的發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與模具設(shè)計(jì)的優(yōu)化與改進(jìn)，達(dá)到顯著提升試模成功率的目的。

填充形式的優(yōu)化：充填方式的控制對(duì)于注塑成型而言有著至關(guān)重要的作用和影響，充填方式控制好了，產(chǎn)品品質(zhì)自然也就高了。下面結(jié)合筆者在公司中做的一些改善案例來詳細(xì)闡述Moldflow軟件在解決實(shí)際問題中的應(yīng)用。

1 Moldflow

Autodesk Moldflow仿真軟件具備注塑成型功能，具體應(yīng)用期間合理應(yīng)用該仿真工具，可實(shí)現(xiàn)對(duì)注塑模具、塑料零件以及注塑成型流程的有效優(yōu)化與驗(yàn)證。將其軟件融合應(yīng)用于制品設(shè)計(jì)中，可以為工程師、設(shè)計(jì)人員等人員提供指導(dǎo)與參考，借助仿真設(shè)置進(jìn)行壁厚、材料、澆口位置以及形態(tài)變化情況的直觀呈現(xiàn)，并通過結(jié)果闡明上述因素對(duì)可制造性產(chǎn)生的影響。Autodesk Moldflow無論是在堅(jiān)固、壁厚零件中，還是在壁薄零件中，均能得到有效應(yīng)用，在用戶設(shè)計(jì)決策前對(duì)假定方案依據(jù)幾何圖形進(jìn)行有效試驗(yàn)與分析。

2 困氣現(xiàn)象

以前沒有軟件分析時(shí)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)在進(jìn)行溝通時(shí)都是憑經(jīng)驗(yàn)，感覺哪里有困氣，進(jìn)行澆口設(shè)置時(shí)特別注意避免困氣的產(chǎn)生?？咳藶椴聹y(cè)是很不靠譜的，存在很大的不確定性，往往顧此失彼，到了模具加工試模階段發(fā)現(xiàn)困氣時(shí)，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致燒焦、熔接線深等問題。這時(shí)要解決困氣所要花的時(shí)間和成本極高，且不一定就能解決。應(yīng)用Moldflow軟件后，就能提前預(yù)知困氣問題。所謂困氣現(xiàn)象，是指模內(nèi)空氣在溶膠波前被全面包裹，具體發(fā)生原因是空氣無法借助鑲件縫隙與排氣孔進(jìn)行逃逸，并從不同方向在溶膠波前匯流。而充填的最后區(qū)域則是困氣現(xiàn)象的常發(fā)區(qū)域，如果區(qū)域內(nèi)的排氣孔徑未達(dá)到實(shí)際排氣要求，或者是區(qū)域內(nèi)未設(shè)置排氣孔，會(huì)增大困氣現(xiàn)象發(fā)生概率，促使塑件內(nèi)外部出現(xiàn)氣泡、瑕疵等問題。

3 遲滯效應(yīng)

所謂遲滯痕跡，是指存在于塑件表面的一種瑕疵，分析該效應(yīng)的形成成因，主要是溶膠流經(jīng)突變區(qū)域時(shí)，會(huì)發(fā)生流動(dòng)停滯的現(xiàn)象。如果厚度變化區(qū)域內(nèi)有溶膠射入，溶膠會(huì)自動(dòng)在阻力小、厚區(qū)內(nèi)進(jìn)行填充，導(dǎo)致薄區(qū)內(nèi)的溶膠流動(dòng)發(fā)生阻滯現(xiàn)象，而停止溶膠后想繼續(xù)流動(dòng)，則需等到薄區(qū)外溶膠全部完成填充后才能流動(dòng)，但是在停滯期間極易出現(xiàn)溶膠凝固現(xiàn)象。如果在流動(dòng)期間發(fā)生凝固溶膠流動(dòng)至塑件表面的情況，就會(huì)形成遲滯痕跡。詳看下述實(shí)際中應(yīng)用moldflow成功分析遲滯效應(yīng)的案例。

原始澆口位置設(shè)置會(huì)導(dǎo)致膠流到狹窄區(qū)域后，流速明顯減慢，導(dǎo)致流動(dòng)前沿溫度降低，等到另一股料流動(dòng)到匯合位置后，兩股料前沿溫差較大，導(dǎo)致模面的附著程度不一，熔接處光澤度不一，嚴(yán)重影響外觀。通過模流分析后，決定更改澆口位置，使得兩股料到達(dá)熔接位置時(shí)料流不會(huì)停滯，從而解決由于遲滯效應(yīng)導(dǎo)致的外觀問題。

4 噴射流

針對(duì)噴射流的形成，主要是在噴嘴、澆口、流道等狹口區(qū)域流經(jīng)溶膠時(shí)，如果溶膠未與模壁接觸，并且是經(jīng)狹口區(qū)域流動(dòng)至寬厚區(qū)域時(shí)，產(chǎn)生的噴射現(xiàn)象即為噴射流。通常情況下，噴射流呈現(xiàn)蛇狀，此時(shí)溶膠會(huì)因噴射流而相互接觸，進(jìn)而形成小規(guī)模的縫合線。如果溶膠流動(dòng)期間產(chǎn)生噴射流，極易導(dǎo)致塑件表面形成瑕疵，并對(duì)塑件內(nèi)部造成影響，降低塑件強(qiáng)度。

5 熔接線

分析熔接線形成因素，主要在于溶膠從不同方向匯集而產(chǎn)生的接合線。如果流動(dòng)期間塑件存在多種澆口、鑲件等情況，就會(huì)造成溶膠流動(dòng)形成競(jìng)流效應(yīng)，導(dǎo)致熔接線的產(chǎn)生。如果流動(dòng)過程中熔接線現(xiàn)象的發(fā)生不可避免，則需視情況調(diào)整與優(yōu)化澆口位置、尺寸，降低熔接線現(xiàn)象的發(fā)生概率，避免在明顯區(qū)域或者是高應(yīng)力區(qū)域形成熔接線。

以往針對(duì)熔接線的區(qū)分，主要是以匯流角度的不同為依據(jù)，以匯流角度135°為分界線，如角度超過135°，代表熔合線的生成；如果角度低于135°時(shí)，表明縫合線的生成。如果想消除縫合線表面痕跡，需將匯角角度控制在120°～150°之間。需要注意的是，這一環(huán)節(jié)的熔接線區(qū)域相較于其他區(qū)域而言，其力學(xué)性能相對(duì)較低，所以該區(qū)域?qū)儆诒∪醐h(huán)節(jié)。此外，塑料制品的強(qiáng)度在某些方面可體現(xiàn)為熔接痕強(qiáng)度。因此，解決這一問題非常關(guān)鍵。

6 Moldflow軟件對(duì)于注塑工藝的指導(dǎo)意義

6.1 料流填充型腔最大原則

料流填充型腔最大原則是使料流在型腔內(nèi)走膠速度保持勻速，這樣會(huì)使得注塑壓力最小。由于大部分的產(chǎn)品都相當(dāng)復(fù)雜，溶膠前沿推進(jìn)速度的固定需求難以被螺桿固定速度所滿足。區(qū)域內(nèi)充填速度因型腔截面積的轉(zhuǎn)變而發(fā)生不同程度的改變，在一定速度下，其推進(jìn)速度極易在入子兩側(cè)發(fā)生速度突然加快的現(xiàn)象，致使兩側(cè)受到影響產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)力，導(dǎo)致成品出現(xiàn)翹曲變形現(xiàn)象。

6.2 螺桿的多段控制速度

合理地應(yīng)用螺桿的多段控制，能夠有效降低注射壓力，從而減小鎖模力，尤其是能夠有效地改善產(chǎn)品外觀，如遲滯紋、亞光痕，這些操作能很大程度上減小產(chǎn)品剪切速率不一樣引起的殘留應(yīng)力不一樣問題，達(dá)到控制產(chǎn)品變形量的效果。正常情況下，注塑工程師設(shè)定的螺桿速度可能與模流推薦的螺桿速度相差甚遠(yuǎn)，會(huì)導(dǎo)致很多注塑工藝問題，如注射壓力過大、鎖模力要求大、外觀問題等。

在完成了螺桿速度優(yōu)化后，要進(jìn)行注射時(shí)間的優(yōu)化。這一環(huán)節(jié)，在模流工藝界面里輸入優(yōu)化的工藝曲線后，需要根據(jù)優(yōu)化的需求設(shè)定不同的名義注射時(shí)間，從而得到不同的射出壓力值。形成不同的射出壓力VS射出時(shí)間的曲線，就能得出最佳注射時(shí)間和最小注射壓力。

需要注意的是，這一環(huán)節(jié)應(yīng)適當(dāng)采取多段保壓策略，以此來減小收縮的不均，改善產(chǎn)品變形。根據(jù)大量的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)螺桿進(jìn)行三段保壓時(shí)其變形量都會(huì)獲得一定程度的改善，尤其是當(dāng)由低到高進(jìn)行保壓時(shí)，這一改善更加明顯。

7 結(jié)語(yǔ)

Moldflow分析能夠?yàn)楫a(chǎn)品問題預(yù)測(cè)、解決實(shí)際問題提供數(shù)據(jù)上的依據(jù)，從理論上為模具改善提供依據(jù)，減少對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴，使做模有理有據(jù)。所以，設(shè)計(jì)期間合理應(yīng)用該軟件，可幫助技術(shù)人員進(jìn)行注射壓力、模具溫度、鎖模力、熔體溫度等參數(shù)的精準(zhǔn)界定與合理優(yōu)化，確保塑料制品的注塑效果符合預(yù)期要求。

［1］《塑料模具技術(shù)手冊(cè)》編委會(huì).塑料模具技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

［2］古特·孟尼格.模具制造手冊(cè)［M］.北京：北京工業(yè)出版社，2017.

TQ320.52

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.13.064

2095－6835（2020）13－0153－02

陳國(guó)平（1982—），男，福建廈門人，本科，中級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)槟Ａ鞣帧?/p>

〔編輯：王霞〕