【分　 类】 化工与理学
【关 键 词】 模流分析；模具CAD/CAE/CAM；MoldFlow；优化设计；
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正文：
摘要：
针对传统模具设计的弊端， 提出了采用模流分析技术对模具进行优化设计的思想。以电器框架塑料件作为实例, 介绍了借助模流分析软件MoldFlow 对其浇口位置进行计算机模拟分析, 并在此基础上进行产品初步成形分析,根据分析结果有针对性地优化模具设计方案，避免了设计中的盲目性，降低了生产成本, 提高了模具企业的市场竞争力。
关键词：模流分析；模具CAD/CAE/CAM；MoldFlow；优化设计；
中图分类号：TQ320. 662
0.引言
当前模具CAD/CAE/CAM技术已在众多模具企业得到推广和应用，然而很多模具企业还仅是停留在CAD/CAM的简单结合阶段，即用相关软件将客户提供的产品三维模型, 自动转换成模具型芯、型腔, 并对模具零件进行数控刀路编程，而利用CAE技术进行模流分析来辅助模具设计的甚少，还是沿袭传统设计手段，十分依赖模具设计师的丰富经验和直觉，模具通常经过反复的试模和修正才能投入生产,模具的设计周期长,成本高。
本文针对一个模具设计实例在CAD/CAE结合方面作一个有效的探讨，提出一个优化的模具设计解决方案，该方案充分利用业界著名的MoldFlow软件的模流分析结果，来指导三维设计软件SolidWorks的拆模设计。实践证明，该模具设计解决方案体现出来的准确性，可操作性为企业节约了模具开发时间、成本,提高了企业的竞争力,并为其带来了的经济效益。
1.塑料件分析
    图1为某电器公司所需的一个塑料框架，其尺寸为482.4 mm ×132.8 mm ×126.3 mm，体积约183cm³。材料选用(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS) 。采用注射成型工艺成型,收缩率取0.5%。配合处有精度要求。塑料件上表面要求光洁平整，无缩孔、飞边及毛刺。最大壁厚3mm，最小壁厚1.5 mm。

A

图1 塑件图
Fig 1 Picture of injection moulded part
2.模流分析
MoldFlow 是对塑料产品和模具进行深入分析的软件包，使用它可以在计算机上对整个注塑过程进行模拟分析。它就像一台虚拟的注塑机，可以模拟塑料制品在注塑成形过程中的流动、保压和冷却过程以及预测制品中的应力分布分子取向收缩和翘曲变形等，帮助设计人员及早发现问题，及时修改
模具设计，提高一次试模成功率。
 
2.1 浇口位置的确定
浇口位置的设定直接影响塑料熔体在模具型腔内的流动，选择合理的浇口位置在注塑模具设计中是十分重要的，注塑制品质量可通过浇口位置的优化而得到显著提高。 Gate Location 是MoldFlow 中用于分析最佳浇口位置区域的分析模块，可为设计分析过程找到一个初步的最佳浇口位置，即Gate Location 的分析结果可为进一步进行完整的流动(Flow) 分析提供一个参考的浇口位置，该浇口位置可能并非最终设计结果，但对模具设计却有很好的参考价值。
2.1.1 建立分析模型
在本例中，使用三维造型软件SolidWorks建模，将该模型通过STL 文件格式读入MPI5.0 ，划分有限元网格。分析中采用表面网格(fusion) 划分,划分后的三角形单元个数为21296 个,网格统计的单元的纵横比偏大(大于10)，用Mesh Tool 对网格缺陷进行修改后，达到了较为满意的结果。最终的有限元网格模型如图2所示。

图2 　划分网格后的模型
Fig 2 　3D picture meshed
2.1.2 最佳浇口位置分析
选择分析类型为Gate Location (最佳浇口位置)。选用材料为ABS塑料，注塑机按默认设置，设置充模流动分析的成形条件为模具表面温度60℃，熔体温度240 ℃，其他工艺参数选用默认设置。在完成分析前处理后，进行分析计算得到初步最佳浇口位置。计算结束后，MoldFlow生成最佳浇口位置的分析结果，其中Results Summary以文字的形式给出最佳浇口位置的分析结果，推荐的最佳浇口位置是在节点7447附近；Best Gate Location 则以图像形式给出最佳浇口位置所在的区域，如图3所示。
 

最佳浇口位置(N7447)

图3 　最佳浇口位置区域
Fig 3 　Best gate location area
2.2 流动分析
MPI/ Flow 是MoldFlow中用于分析塑料熔体在模腔中流动，并且优化模腔布局、材料选择和填充保压工艺参数的分析模块。在Gate Location 分析基础上，利用MPI/ Flow分析模块可进行熔体的流动分析。即采用Gate Location 的分析结果来设定浇口位置,从而分析产品注塑过程中可能出现的问题和质量缺陷。作为初步的分析，直接在产品的网格模型上设定浇口位置。复制前面的分析模型,修改分析类型为Flow，浇口位置选用Gate Location 的分析结果N7447，其他设置默认，再次进行分析计算。
2.2.1 填充时间
　 填充时间是流动分析结果中其中一项，它可以显示从进料开始到充模完成整个注塑过程中，任一时刻熔体流动前锋的位置。非平衡的填充过程使塑件发生翘曲变形，为保证产品的质量，应尽可能做到较为均衡的填充。
 

A端

B端

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