基于Moldflow软件分析产品前期缺陷与注塑工艺优化

基于Moldflow软件分析产品前期缺陷与注塑工艺优化

王忠铭

佛山法雷奥技术研发中心simulation

摘要：模流仿真分析最早仅被运用于简单的诊断塑胶产品设计；如今已进化至被工业界广泛运用于进行产品与模具开发前期的设计、验证与优化，在大多数企业的设计生产流程中扮演不可或缺的角色。以Moldflow软件作为仿真平台，以实际的产品数据导入软件来进行模流的仿真，同时可利用该平台输入实际生产中的机台参数，以更贴近实际生产的情况分析出结果，为企业和客户设计和生产出更优质的产品。

关键词：Moldflow、热塑性材料、注塑成型技术

PreliminaryDefectAnalysisandInjectionMoldingProcessOptimizationBasedonMoldflowSoftware

Abstract：Mouldflowsimulationanalysiswasfirstusedonlytodiagnoseplasticproductdesignandhelpsolveproductionproblems；nowithasevolvedtobewidelyusedinindustryfordesign，verificationandOptimizationintheearlystageofproductandmoulddevelopment，andplaysanindispensableroleinthedesignandproductionprocessofmostenterprises.Moldflowsoftwareisusedasthesimulationplatform，andtheactualproductdataisimportedintothesoftwaretosimulatethemodelflow.Atthesametime，theplatformcanbeusedtoinputtheparametersoftheactualproductionplatform，soastoanalyzetheresultsclosertotheactualproductionsituation，andtodesignandproducebetterproductsforenterprisesandcustomers.

Keywords：Moldflow、ThermoplasticMaterials、InjectionMoldingTechnology

Autodesk?Moldflow仿真软件是°?′óà???MOLDFLOW公司的产品，总部位于美国的波士顿，是一家专业从事塑料计算机辅助工程分析（CAE）的跨国性软件和×é?ˉ1???，是塑料分析软件的创造者。广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业等等，而在我国模流软件更多在汽车行业中受到青睐。全3D的产品与模流moldflow软体的普遍应用当居首功。早期工艺人员往往需要花费数小时甚至数日的时间现场处理模具、通过不同工艺去尝试，才能得到更好的产品。而在此过程中，很多的修改或改动没有理论依据，也没有总结归纳，很多工艺工程师都是凭借经验来修改产品。

可以使产品设计人员在开发早期预测制品×￠?ü3éDí的潜在问题，能够快捷的测试产品的工艺性及优化模具设计。利用moldflow在产品设计阶段，优化产品的设计能够降低产品开发周期，节约材料，减少试模次数，提高产品质量等优点。本文拟就结合moldflow浅谈产品前期缺陷的预见性和注塑工艺参数的设置进行分析和探讨。

图1.1.2（来源网络）

1.2.1翘曲变形warp：是指产品注塑件发生扭曲变形，与原产品数据尺寸弯曲有误差，未能达到设计形状的要求。塑件或会在脱模冷却一段时间后发生该类现象，翘曲的方向会根据不同是结构有所不同，而这种翘曲有局部翘曲和整体翘曲之分。

1.2.2冷却不均，收缩不均，分子取向不一致这3方面都会影响翘曲因素。翘曲的最根本原因是收缩不均导致的，它跟塑件的结构有十分大的关系，塑件厚度，形状影响着产品翘曲程度。材料的不一样，其翘曲程度与收缩率也不一样。工艺条件的变化，如保压不一样，模温料温不一样也会导致不一样的收缩程度。其余也可能有来自机器的变化。

图1.3.1（来源moldflow官网）

1.4.1气穴airtrap：气穴也称气泡或者气孔，在产品中也或会以流痕形式表现出来。他是在成型产品内部所形成的空洞，透明件十分明显。它是由于溶体前沿汇聚而在塑件芯部或表面形成气泡。

1.4.2气穴形成的原因，产品结构造成的困气，两股料流汇合却无法把包夹在中间的气体排出；原料中含有水分，注塑前没有将材料充分烘干；材料的收缩率过大；注塑速度过快，时间过短；保压时间不足；冷却不均或冷却的时间不够；当模具和熔体温度过高时，也或会释出气体形成气泡。

图1.4.2产品缩痕

1.6.1流痕flowmarks：指在产品表面或浇口附近产生涟博状线条，这种瑕疵是类似于丝状波纹。流痕也与射痕相类似，而射痕一般是靠近于浇口，形成类似喷射状的丝状缺陷，一般在产品表面处亦明显。对于厚壁件，进胶口位置若流速过快也容易产出射痕。

1.6.2流痕成因是塑料在浇口附近冻结。低熔体或模具温度，以及低螺杆速度会导致冷料进入型腔。这会导致未完全固化的材料呈现出流动模式的形态。而射痕是因为流速过大，螺杆速度过大而引起的。这也有可能是因为浇口的位置设置不佳，溶体和模具之间接触不严密容易导致射痕。

二、注塑产品缺陷的解决方法及其在Moldflow的预见性

针对前期的产品优化，优先针对产品进行工艺参数的调整来达到最优的方案，若调整工艺参数优化也不能输出最优解，则选择修改产品。以产品为导向，尽量选择最优的注塑方案，包括流道的设计，冷却运水的布置，热流道的选择等等。

2.1.1注塑不满（短射、缺胶）的改善：首先避免胶料迟滞，消除产品中产生比较大的气穴，气穴位置可添加排气镶件或顶针。

2.1.2使用moldflow分析若发现短射：提升模具和熔体温度；提高螺杆速度；更改零件几何（使其平衡流动，以同等的时间及压力填充完整）；选用另一种材料，选择粘性较小的材料；增大其注塑压力；在第一次分析完后，以观察分析是否可以将注塑时间缩短。

2.2.1翘曲变形的改善：主要是将收缩不均降到最低程度，取向效应降到最低程度；合理修改零件厚度；更改零件几何，向设计添加特征，如加强筋。更改零件设计以避免出现过厚部位，并减小任何与主表面相交的特征的厚度；假如不同的方法也不能改善，可更改材料。

2.2.2使用moldflow分析若发现翘曲严重：在moldflow当中设定的运水布置是否合理，前期必须有个大致的检查，避免冷却不均造成的翘曲；如前期分析能判断产品的翘曲是因为零件的外形导致的，如长条类的产品，尽量在前期追加结构去优化翘曲程度，如加筋或加厚；在软件中，我们可以判断产品的玻璃态转化温度时所达到的时间，从而推算出可以保压的时间，加大保压来调节翘曲的程度。

2.3.1熔接痕的改善：因熔接痕需要在产品分析的前期进行，这时便可以利用Moldflow来判断出熔接痕熔接线出现的位置。当模流的结果出来时，我们便可以将该结果显示出来，熔接线在产品当中大多数是不能避免的，我们只能判断该位置是否为可接受的位置，若不，我们可以通过改变浇口的位置进行改善；另外我们也可以通过局部的加减胶来实现熔接线的汇合角度；优化流道的设计也可以对熔接线有所帮助。

2.4.1气穴的改善：如熔接线相仿，该类缺陷我们可以通过改变浇口的位置来改善气穴出现的位置。

2.4.2使用Moldflow分析气穴：日常使用该软件中，利用气穴和熔接线的重叠功能进行观察分析，如两者重叠在一起，则判断该区域有大概率的情况会出现气穴，也会有可能在后续流动的区域产生流痕；moldflow出现气穴的位置可用单色显示，清晰表达后，可预警模具工程师进行排气设计。

2.5.1凹陷（缩水、缩痕）的改善：首先改善胶厚不均的区域，将产品局部进行调节以达到均厚，避免丁字位的出现，避免拐角位置的胶厚出现不均；可重新定义胶厚位置进行尝试。

2.5.2使用Moldflow进行改善凹陷：根据可调节的范围增加保压压力和保压时间，通过此调整可以观察调整后的凹陷和缩痕率是否有降低；增加浇口和流道的尺寸来调大保压通道，从而使保压效果增强，让更多的料填充到内部；在软件中降低溶体温度和模具的温度；也可以在软件中调用粘度较低的材料。

2.6.1流痕的改善：若已设计流道，同时流痕出现在进胶口附近，可以尝试优化流道的设计；在流道中也可设计冷料井进行优化。

2.6.2使用Moldflow进行优化流痕：在软件中的工艺参数设置中调节分段注塑，若是在流道进入产品区域产生射痕流痕，可以降低该段的速度，从而达到优化的效果；从软件分析出来的流痕位置，进行优化产品的结构厚度等；加大浇口和流道的尺寸，优化保压效果。

三、结论

在流体学的模流仿真中，现时的moldflow软件已经很好地运算大部分的产品和导入各类产品材料，更加贴合真实的产品实际注塑所出现的问题，能够把产品缺陷进行预判，避免不必要的损失。如上文所诉，在产品前期的模流分析中，仿真能发现模具或者产品设计上的问题，及早改善产品的不足和模具设计的优化。避免了大多数因实际注塑过程中遇到的产品问题，降低了试错的次数，降低了材料浪费和试模人员的工时。同时试模人员也可使用仿真导出的参数结果输入到机台当中，从而减少在试模中调机的次数。

模流仿真分析，有着降低产品开发风险，优化产品结构，缩短开发周期，提高了产品的质量。其实现了真正意义上的从理论到实际的体现，为各大企业和学术研究提供了不少的贡献。

参考文献

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4.龚浏澄．塑料成型加工实用手册．北京：北京科技出版社，2005