Moldflow在塑料模具设计中的应用

　　随着现代模具交货期短，质量要求越来越高，传统的模具设计与制造方法已经不能满足市场的需求。传统的模具设计基本上依据设计人员的知识和经验进行模具设计，但由于塑料制品的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性，往往是模具设计加工完成以后，需要不断地试模与修模才能正式投入生产，有时可能由于无法挽回的一点失误使得整个设计报废，导致了模具设计与制造成本高，效率低。注塑模具CAD/CAM/CAE技术已经成熟，它的发展和应用使模具设计、加工的成本大大降低，效率则成倍提高。Moldflow是一款专门针对模具设计和塑料成型的CAE软件，是目前塑料模具分析领域的领导者，它不仅能够模拟分析热塑性塑料熔体进入模具的流动过程，而且可以对塑料的浇口位置、压力分布、冷却过程以及注塑工艺条件等进行模拟分析，协助设计人员及早发现模具和成型质量方面存在的问题，从而可以敏捷地修改设计方案，有效的降低成本，缩短周期。本文就以名片盒体为例，介绍Moldflow在塑料模具设计中的使用方法。

　　MoldFlow软件简介

　　MoldFlow 软件是美国MOLDFLOW 公司的产品,该公司自1976 年发行了世界上第一套塑料注塑成型流动分析软件以来,一直主导塑料成型CAE 软件市场。2000 年2月，MOLDFLOW 公司收购了另一个世界著名的塑料成型分析软件C – MOLD，二者结合，使得Moldflow为注塑成型设计和生产提供了更有效的解决方案。

　　1.1 MoldFlow软件构成

　　Moldflow软件主要由MPA (MoldFlow Plastics Advisers产品优化顾问) 、MPI (MoldFlow Plastics Insight注塑成型模拟分析) 、MPX (MoldFlow Plastics Expert注塑成型过程控制专家) 三部分构成，有以下几个模块：

　　模型输入与修复：MoldFlow软件可以直接读取其它CAD模型，基于中心面的分析还可运用MPI软件的造型功能完成。模型输入后，软件提供了多种修复工具，以生成既能得到准确结果，又能减少分析时间的网格；

　　塑料材料与注塑机数据库：数据库包含超过7 500种塑料材料的详细数据和290种商用注塑机的运行参数；

　　流动分析：分析塑料在模具中的流动，并且优化模腔的布局、材料的选择、填充和保压的工艺参数；

　　冷却分析：分析冷却系统对流动过程的影响，优化冷却管道的布局和工作条件，与流动分析相结合，可以得到完美的动态注塑过程；

　　翘曲分析：分析整个塑件的翘曲变形，同时指出产生翘曲的主要原因以及相应的改进措施；

　　纤维填充取向分析：MPI软件模块使用一系列集成的分析工具来优化和预测整个注塑过程的纤维取向，使其分布合理；

　　优化注塑工艺参数：根据给定的模具、注塑机、塑件材料等参数以及流动分析结果自动产生控制注塑机的填充保压曲线，从而免除了在试模时对注塑机参数的反复调试；

　　结构应力分析：分析塑件在受外界载荷情况下的机械性能，在考虑注塑工艺的条件下，优化塑件的强度和刚度；

　　确定合理的塑料收缩率：MPI通过流动分析结果确定合理的塑料收缩率，保证模腔的尺寸在允许的公差范围内；

　　气体辅助成型分析：模拟气体辅助注射成型过程，对整个成型过程进行优化；　　

　　特殊注塑成型过程分析：MPI可以模拟共注射、反应注射、微芯片封装等特殊的注射成型过程，并对其进行优化；

　　1.2 Moldflow软件在注塑模设计中的主要作用

　　优化塑料制品：运用MF软件，可以得到制品的实际最小壁厚，优化制品结构，降低材料成本,缩短生产周期，保证制品能全部充满；

　　优化模具结构：运用MF软件，可以得到最佳的浇口数量与位置，合理的流道系统与冷却系统,并对型腔尺寸、浇口尺寸、流道尺寸和冷却系统尺寸进行优化，在计算机上进行试模、修模，大大提高模具质量，减少修模次数；

　　优化注射工艺参数：运用MF软件，可以确定最佳的注射压力、保压压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压时间和冷却时间，以注塑出最佳的塑料制品。

　　MoldFlow应用实例

　　以名片盒体为例，说明Moldflow/MPI在模具设计中的应用。制品的三维图如图1所示，名片盒体外观有要求，材料为PP，厚度为0.8 mm。现对制品在设计模具时采用Moldflow软件进行CAE 分析。

　　2.1建立分析模型

　　初始模型采用Pro/E建模，通过STL文件格式导入Moldflow，然后利用Moldflow中的Mesh工具对导入的几何模型进行网格化分。分析中采用中性面网格，网格化分后，根据网格信息统计的结果进行诊断，发现不合理的网格用Mesh Too网格工具对网格进行修改，直到网格诊断合理。最终得到合理的名片盒体3D实体模型的有限元网格模型，该合理的限元分析模型有4668个三角形单元和2334个节点组成，完全重叠单元个数0，三角形单元的纵横比极大值为4.56，小于6，具有较好的精确性。

　　2.2.浇口位置分析

　　在用Moldflow进行CAE 分析时，先进行浇口最佳位置分析，因为其它的分析都要求设置浇口位置。本文采用Moldflow软件根据所选择的材料得到推荐的成型工艺条件，制品的成型工艺条件为：模温50℃、熔体温度为230℃、开模时间5s，注塑保压冷却时间总和为25s，填充控制、速度/压力控制转换为自动设置，保压控制为填充压力与时间关系，采用默认值，浇口最佳位置分析结果，最佳的浇口位置在节点N244处，根据分析结果和制品要求一模两腔，因此可以将浇口设置在名片盒体的侧边中央。

　　2.3 制件的填充—冷却—流动—翘曲分析

　　根据前面浇口位置分析结果，开设好浇注系统和冷却水道，设定好成型工艺条件，进行填充－冷却－流动－翘曲分析。分析结果如下：

　　填充顺序和时间，总的填充时间为1002s，填充过程可能出现气穴得的地方上的紫色标示处。

　　制件的冷却方案和温度分布，符合要求。

　　成型过程中的保压曲线，如图7所示，防止过保压，可以根据图中曲线，选取保压压力65MPa。

　　制品的翘曲情况如图8所示，制品的收缩率为0.0308%～ 0.3720%，制件的翘曲变形最小为0.0164mm，最大为0.3858mm，虽然，有的区域翘曲变形较大，但是由于名片盒体的质量要求不高，并且在名片盒体的棱角处，能满足名片盒体的使用要求。

　　用Moldflow进行CAE分析时，还可以得到其它非常重要的一些信息，如熔接线分、纤维取向等，这些都将对优化模具结构非常有帮助，这些信息使模具设计师在设计阶段就找出未来产品可能出现的缺陷,提高一次试模的成功率，这里不作一一介绍。

　　结论

　　通过用Moldflow/MPI填充冷却流动分析，指导设计人员进行模具设计，可以帮助设计人员及早发现问题，改进模具设计，大大地减小了试模的次数，从而缩短了生产周期，降低生产成本。Moldflow在注塑模具设计与制造中推广，将大大缩短模具开发周期，降低成本，具有巨大的经济效益.

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