摘要：以复印机零件在注塑过程为分析对象,应用MoldFlow软件技术对该产品在注射成型中可能形成的缺陷进行了分析,主要包括：浇注系统分析，填充分析，冷却系统分析，体积收缩率分析等。最后提出了相应的模具设计的改进方案，对于类似产品的注射模设计具有较好参考价值。

　　关键词：注射模;MoldFlow;优化设计

　　中图分类号：TG76

　　Abstract：An application of analysis to course of the injection for a mould Part

　　of duplicating machines is introduced. Some possible defects that might occur in the course of feeding, filling , cooling ,and Shrinkage etc. are analyzed by using MoldFlow. An improved design of the mould has been put forward. It provides a good reference for the design of injection moulds for similar parts .

　　一、前言

　　MoldFlow的设计分析解决方案是全球塑料注射成型行业中使用最广泛、最先进的软件产品。传统的注射模设计基本凭借设计人员个人的知识和经验，设计模具、加工完毕后，需要花费大量的时间进行调试、修改，甚至可能由于无法挽回的一点失误使得整个设计报废，模具设计、加工的成本高，效率低。20世纪70年代以来，随着计算机技术的迅猛发展和普及，注射模CAD/CAE技术也随之推广。注塑模具CAD/CAE技术的发展和应用使模具设计、加工的成本大大降低，效率成倍提高，其中以Moldflow软件的应用最具代表性。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、冷却过程以及注射工艺条件等进行模拟分析。找出可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率，降低生产成本，缩短生产周期[1-4]。本文主要介绍用MoldFlow软件对复印机零件注塑模具在设计过程中存在的一些问题进行优化设计。

　　二、Moldflow在注塑模设计中的应用

　　1.MoldFlow软件概述

　　影响注塑模冷却的因素很多，如制品的形状，冷却介质的种类、温度、流速，冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料，熔体温度，工件要求的顶出温度和模具温度、制品和模具间的热循环交互作用等。这些参数之间互相联系、互相影响，唯有这些参数的合理组合才能获得理想的效果。但靠传统的经验和简化公式是很难确定的，只有通过CAE分析才能得到理想的结果。Mold Flow软件在注塑模设计中的作用主要体现在以下几方面[5]：

　　⑴优化塑料制品 运用MoldFlow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。

　　⑵优化模具结构 运用MoldFlow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。

　　⑶优化注塑工艺参数 运用MoldFlow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。

　　2. MoldFlow在注塑模设计中的工作流程

　　如图1所示，在模具CAE分析过程中首先需要通过CAD软件，如UG，pro/E，TopSolid等软件进行三维模型的创建，输出STL,IGS,STEP等格式文件，导入MoldFlow系统。进入系统后根据产品的实际要求划分网格，选择材料和注塑机，在注塑过程分析中可以实现对浇注系统，冷却系统等进行分析，通过这些分析可以优化模腔的布局、材料的选择、填充和保压的工艺参数;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;优化和预测整个注塑过程的纤维取向，使其分布合理，从而有效地提高该类塑件的性能等。

　　图1 MoldFlow在注塑模设计中的分析流程

　　Figure1 Flow of analysis to course of the injection mold by MoldFlow

　　三、注塑模具分析实例

　　1.产品模型总体分析

　　如图2所示，为复印机上的零件，对其尺寸精度要求较高，产品长宽高约为300×189×58，大部分的壁厚较为均匀，基本厚度为2.6mm，但有局部厚度为达到6mm以上，这样在浇注的过程中可能会导致严重缩水问题，局部大面积较薄，约0.9mm左右，可能会造成滞留问题。对此类薄壳类产品可使用有限元分析网格中的双层面网格(Fusion)和中性层网格(Midplane)进行分析。双层面网格取外壳的双层网格，外表形状与三维模型相似，前处理时间较短，但是网格数目很多，分析时间较长;而中性层网格取中间单层网格，局部区域形状需做等效处理，前处理时间较长，但网格数大大减少了，缩短了分析时间，本例中采用中性层网格对模型进行划分，如图3所示.

　　图2 产品模型 图3产品模型网格划分

　　Figure2 Product Mold Figure3 Mesh of the product Mold

　　2.材料及工艺参数的确定

　　该产品采用的材料是Asahi Kasei公司的PPE+PS+40%GF的塑胶，其模温是70℃，熔体温度为280

　　℃，注塑机最大压力为260Mpa，注射时间为2秒，型腔和型芯冷却温度控制在60℃。

　　3.浇注系统分析

　　该塑件的模架为三板模，一模一腔，采用外热式热流道系统，两点进浇(浇口直径为3.0mm)。如图4所示。

　　3.冷却系统设计

　　该冷却系统设计了十条水路，其中型腔一侧有六条，型芯一侧有四条，;蓝色管道为直径10mm的直通水路，黄色管道为直径16mm的挡板水路，如图5所示。

　　图4 浇注系统设计 图5冷却系统设计

　　Figure4 Design of pouring system Figure5 Design of cooling system

　　4.填充分析

　　由图6可以看出，塑胶填充完成需要时间约为2.2秒，充填流动不太平衡。箭头指示处为最后充填区域，圈示处的薄肋发生严重滞流现象，导致产品短射。主要原因是此肋太薄(仅0.9mm左右)，而浇口又距离此肋太近，塑胶流动到该处时受到极大的阻力而停滞不前并迅速凝固了。

　　5.冷却凝固过程分析

　　图6 填充分析

　　Figure6 Analysis of filling

　　图7冷却水管水温分析 图8冷却凝固分析

　　Figure7 Analysis of temperature of pipes Figure8 Analysis of cooling and solidification

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