如何分析和优化注塑件的模流？

如何分析和优化注塑件的模流？

随着塑料制品在各行各业中的广泛应用，注塑模具的设计和制造变得越来越重要。传统的模具设计主要依靠设计者的经验，往往需要反复调试、修改，才能正式投入生产。效率太低，不能再使用，甚至不能满足生产需要。即使是经验丰富的工程师也可能需要数周甚至数月的时间来设计一个新模具，而且精度难以保证。

什么是模流分析？

模流分析是利用计算机软件对注塑过程进行模拟和分析的技术。通过模流分析，可以在模具制造之前预测和优化注塑件的成型质量，减少试模次数，缩短产品开发周期，降低开发成本。

Moldflow软件简介

Moldflow是用于设计和制造塑料产品和模具的专业软件。它可以模拟整个注塑工艺及其对注塑产品的影响，评估和优化整个过程，并在模具制造之前分析塑料。这种优化涵盖了产品设计、生产和质量，为增强企业产品设计和制造提供了全面的解决方案。协助技术人员优化整个流程中的各个关键点。

图1：Moldflow Plastics Advisers (MPA) 软件屏幕截图

实际案例分析

我们通过一个实际的例子来说明模流分析如何为设计师提供高效的解决方案。

1. 模型建模与预处理

注塑件三维模型如图2所示，外形尺寸为140mm×85mm×3mm，壁厚1.5mm。采用3D实体网格模型划分有限元网格，全局网格边长为1.3 mm。创建了小板的 CAD 网格模型，共有 822,409 个网格单元。网格模型经过诊断和修复，平均长宽比为7.38，如图3所示。

图2：注塑件三维模型

图3：网格模型诊断结果

2. 最佳浇口位置分析

浇口的位置直接影响熔体在模腔内的流动，从而影响聚合物分子的取向和成型后产品的翘曲。因此，选择合适的浇口位置对于模具产品设计至关重要。

在模具设计阶段，可以利用Moldflow强大的分析功能，综合评估流动阻力和平衡，确定最佳浇口位置，保证流动平衡。这使得合理的模具系统和浇口位置设计成为可能，减少潜在问题并提高初始模具试验的成功率。因此，它缩短了产品设计和上市周期，显着降低了生产成本，增强了企业竞争力。

浇口位置分析的结果是设置浇口位置的重要考虑因素。此设置应综合考虑熔体流动性、注塑制品的外观质量、成型制品的机械性能以及模具设计制造等因素。 Moldflow 的浇口位置分析模块有助于为设计分析过程确定初步的最佳浇口位置，为设计决策提供有价值的参考点。

选择“浇口位置”进行模流分析。注塑件默认材质PE，生产商为Dow Chemical Europe，牌号为KS 10100 UE。只需选择流程设置的默认值并进行分析计算即可。

浇口位置分析结果如图4所示，包括浇口匹配和流阻指标。可以看出，注塑件的底部中心位置是最佳浇口位置。

图4：浇口位置分析结果

根据浇口位置分析结果，将注塑件底部中心节点作为入口浇口，如图5所示。

图5：最终浇口位置

3. 分析顺序及成型工艺设置

分析顺序可根据需要选择：填充、填充+保压、快速填充、填充+保压+翘曲、冷却、冷却+填充+保压+翘曲、成型窗口、浇口位置、冷却（FEM）、冷却（FEM）+填充+保压+翘曲等分析类型。

在这种情况下，注塑工艺选择系统具有默认设置。工艺参数包括模具表面温度、熔体温度、注射压力、保压压力、保压时间、冷却时间等。

注塑件模流分析类型选择填充+保压+翘曲，分析小板注塑时的熔体流动行为，保压阶段对注塑件质量的影响，以及翘曲变形量和翘曲变形量。影响因素。工艺参数可直接从系统推荐的默认值中选择。

小板模型预处理和分析参数设置完成。选择“分析”开始分析和计算。

4. 模流分析结果分析

注塑件模流分析结果如图6所示。小板填充时间为0.8694s，流动前沿温度为227232.7℃，速度和压力切换时压力为44.26MPa，体积收缩率较大，为30.84 s。为19.68%，平均体积收缩率为3.103%18%，但翘曲变形过大，达到1.43毫米，翘曲变形高达10.21%；注塑熔接线位于最后一次填充位置，位于注塑件的边缘，不会对注塑件的质量和外观产生不利影响。同样，气腔也位于注塑件的边缘处，即分型线处。分型线可用于排气，对注塑件基本没有影响。

通过以上分析，注塑件的首要问题是体积收缩率较大，导致翘曲变形严重。因此，要优化注塑件质量，必须着力降低体积收缩率，并全方位控制。该方法旨在最大限度地减少注塑零件的翘曲变形。

图6：模流分析结果

优化分析

根据注塑件的模流分析结果，翘曲变形过大是由于体积收缩率过大造成的。为了在不改变产品结构的情况下提高产品质量，可以通过材料替代来实现这种减少。体积收缩率的降低减轻了由于各个方向上体积收缩不一致而导致的翘曲变形。例如，选择制造商 INEOS Styrolution 生产的 PS 材料（品牌为 Styrolution PS 1300）就说明了这种方法。 Moldflow 优化分析产生的结果如图 7 所示。

根据优化方案的模流分析结果，注塑件的体积收缩率从19.68%降低到7.588%，平均体积收缩率从18%降低到6.173%，总翘曲变形量从1.43毫米到0.578 7毫米，翘曲变形从10.21%减少到4.13%。优化效果十分明显，见表1。

图7：优化后的模流分析结果

结语

利用模流模流分析技术通过预测模具设计方案中潜在的质量问题并进行优化设计和分析，帮助设计新开发的注塑零件。

结果表明，采用Moldflow模流分析技术可以有效减少注塑件的翘曲变形，翘曲变形量从1.43 mm减小到0.578 7 mm，翘曲变形量从10.21%降低到4.13%。这为注塑零件的开发提供了宝贵的见解，从而避免了仅凭经验评估可能出现的潜在错误，并避免了与重复模具试验和维修相关的成本增加。

这显着有助于降低开发成本和周期，同时大幅提高产品成型质量。