王樹勛

（江門職業(yè)技術學院 機電技術系，江門 529090）

0 引言

在塑料注射模具的設計過程中，設計人員關注的焦點是熔體的充填模式、熔接線和氣穴的位置。對塑料熔體在型腔中流動行為進行研究，對注塑成型過程進行計算機模擬分析，可在試模前預測熔體在充填、保壓和冷卻過程中可能出現(xiàn)的缺陷，以幫助工藝人員進行分析和改進，提高一次試模的成功率，從而降低制造成本并縮短開發(fā)周期。

圖1所示產品為一電池盒蓋，材料為PS，尺寸為90×50×6.5mm。本文用Moldflow軟件中的實驗設計（充填）功能，對產品進行計算模擬，預測熔體充填過程中前鋒面的位置，并與實驗結果相比較，以指導模具設計和注射成型工藝過程。

圖1 盒蓋制品

1 實驗理論－熔體流動控制方程

對于薄壁件注塑制品，型腔的厚度遠小于其它兩個方向的尺寸，熔體在型腔中的流動可以視為廣義的Hele-Shaw流動模型，厚度方向上的速度分量可以忽略不計，而且認為壓力不沿厚度方向發(fā)生變化。由于充填過程比較短，冷卻效應不明顯，熔體溫度在整個充填過程變化不大，而且在充模過程中，型腔內壓力不是很高，合適的澆口數(shù)量的布置也可避免局部過壓現(xiàn)象，因此在追蹤熔體前沿時不考慮溫度的變化，并認為熔體純黏性不可壓縮?；谏鲜黾僭O，熔體在型腔內流動控制方程可以簡化為

式中：x，y為平面坐標；z為厚度方向上的坐標；u，v分別為x，y方向上的速度分量；p為壓力；η為剪切黏度。

通過以上合理的假設建立前沿熔體的函數(shù)關系，將熔體前峰面的追蹤問題轉換為帶權的有限元網(wǎng)格上任意兩點間最短路徑的求解，通過Moldflow注射成型求解器，實現(xiàn)對熔體前鋒的充填模式、熔接線和氣穴位置的快速預測。

2 網(wǎng)格模型的劃分、成型工藝條件與求解器參數(shù)的設定

2.1 網(wǎng)格模型的劃分

網(wǎng)格的劃分是模型前處理中的一個重要環(huán)節(jié)，網(wǎng)格的質量好壞直接決定分析結果的精度。網(wǎng)格劃分采用表面網(wǎng)格類型（Fusion），網(wǎng)格平均邊長3mm，網(wǎng)格單元為8468個三角形，節(jié)點數(shù)為4381個，最大縱橫比小于5.9，匹配率大于92%，此網(wǎng)格構造良好，完全能滿足分析要求，網(wǎng)格模型如圖2所示。

圖2 網(wǎng)格模型

2.2 成型工藝條件的設定

澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設計如圖3所示，本例采用模具類型為二板模，一模二件，側澆口進膠。冷卻水道布置在模具上下位置，即定模和動模部分，水管直徑為6mm，冷卻水溫度為25℃。

圖3 澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)

本實驗中分析序列采用“實驗設計（充填）”進行模擬分析。設置模具表面溫度為50℃，熔體溫度為230℃，充填控制為自動控制，速度/壓力自動切換，保壓控制由充填壓力與時間決定，默認系統(tǒng)的DOE設置。

2.3 求解器參數(shù)的設定

Moldflow注射成型求解器參數(shù)的設定如圖4所示。

3 熔體前鋒計算預測與熔體前鋒實驗

對注塑產品進行短射實驗來檢查預測的充填模式與實際情況的符合程度。對盒蓋注塑件進行短射實驗，圖5給出了充填時間分別為0.1s、0.2s、0.3s、0.4s、0.48s的短射實驗樣品與相對應時間預測的的熔體前鋒輪廓的對比，可以看到預測的熔體前鋒（一半）與實驗產品的實際輪廓基本上保持一致，完成全部充填過程需要0.48s的時間。

圖4 求解器參數(shù)的設定

圖5 預測充填過程的實驗對比

氣穴是氣體在熔體前鋒的驅趕下在模腔內集中的區(qū)域。如圖6預測所示，本產品的氣穴集中在產品的邊緣，也就是氣體被熔體前鋒趕到接近模具分型面的邊緣上，氣體很容易排出模具，不需要另外開設排氣槽。本實驗由于產品較小，各股料流前鋒在匯合處溫差很小，不會產生熔接痕，生成的實驗報告也沒有熔接痕這個項目，實際上注塑出來的樣品也沒有產生熔接痕。

圖6 產生氣穴的可能位置

4 結論

本文運用塑料熔體運動控制理論及Moldflow注射成型求解器，對薄板注塑件的充填過程進行了充分的研究，對熔體前鋒的充填模式、熔接線和氣穴位置進行了的快速預測，并與實驗結果進行了比較，理論計算模擬的結果與實驗結果基本一致。這種CAE的模擬分析方法可以指導現(xiàn)場的模具設計和注射成型工藝過程，并對模具結構和成型工藝的優(yōu)化，減小模具的試模修模次數(shù)，提高產品質量具有重大意義。

[1] 申長雨.注塑成型模擬及模具優(yōu)化設計理論與方法.北京:科學出版社,2009,3.

[2] 張小燕.Moldflow在注塑成型中的應用.科技資訊,2008,3.

[3] 許建文.基于Moldflow注塑模冷卻系統(tǒng)的設計與優(yōu)化.塑料科技,2008,3.