CN114357834A - 一种注塑成型浇注系统设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注塑成型浇注系统设计方法，包括：对导入Moldflow软件的注塑件模型进行网格划分及修复，调用浇口位置模块对浇口数目设置为1、2、4进行分析，根据流动阻力指示器结果、产品结构和使用要求，对分析结果中的浇口位置进行进胶设计合理性判断，观察可视化的充填过程，结合注塑模具结构设计目标制定不同的浇注系统方案，调用填充模块进行分析，对不同浇注系统方案中熔体的填充时间、速度/压力切换时的压力、流动前沿温度、剪切速率(体积)、壁上剪切应力、锁模力(XY图)、填充末端压力、熔接线等进行比较，得出优化后的浇注系统方案，为注塑件浇注系统设计提供了一种新的实验手段。
Description
技术领域
本发明涉及注塑成型技术领域，具体地说是一种注塑成型浇注系统设计方法。
背景技术
在塑料成型生产中，塑件从设计到生产是一个十分复杂的过程，为降低成本、缩短研发周期及提升塑件质量，越来越多的企业选择使用模流分析技术对塑件制品设计、塑料模具设计以及注塑工艺参数进行优化，通过计算机辅助技术模拟模具注塑过程，得出塑料熔体的温度场、压力场和速度场的分布情况，从而完善模具设计方案，减少试模次数，降低模具成本，提高产品的质量。
现有一注塑件，如图2所示，包括内层和外壳，平均壁厚为3mm，壳体上方为一平面，平面上围绕中心轴均匀分布有4个通孔，平面中心设置有一圆柱凸台，内层内腔固定设置有竖直连接的柱体，从凸台上端面到柱体下端面内部贯穿有通孔，围绕柱管设置有十字加强筋；塑件外观质量要求不能有明显熔接线、喷流痕、缩痕和毛边等缺陷；塑件具有一定的力学性能要求，不能有太大的变形要保证装配。
注塑模具设计中浇注系统是最重要的一环，塑料熔体在高压下贯穿浇注系统快速进入模具型腔，浇口的形式和数量、进料方式和位置设计的好坏将大大影响塑料外观、内部质量、尺寸精度以及成型周期长短。运用MoldFlow软件中浇口位置模块、成型窗口模块、填充模块对注塑件进行了注射成型模拟分析，计算从熔体从注射位置到零件逐渐增加的流动前沿，继续到达速度压力切换点，预测填充过程出现的问题，对浇注设计方案进行可行性评估，优化浇注系统设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种注塑成型浇注系统设计方法，是建立在采用Moldflow软件平台上的一套浇注系统优化设计方法，提高了塑件的成型质量。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
采用Solidworks建模软件为塑件建立3D模型，输出为.igs格式，经CAD Doctor预处理，修复塑体模型缺陷。
在Moldflow平台创建工程，导入Moldflow中进行双层面网格划分，对划分完毕的网格进行统计，并与模型分析要求进行比对。
优选的，对整个模型定义网格密度的值为1/2塑件平均厚度，纵横比的推荐最大值为8，匹配百分百应大于85％。
进一步地，网格统计结果不符合模型分析要求的，需进行网格缺陷诊断并进行网格缺陷修复，将质量优化达到Moldflow分析标准的方案保存并命名为方案0。
进一步地，在任务视窗的材料菜单中指定材料，选用流动性能好，温度变化对于熔体粘度的改变小，冲击强度较高，化学稳定性和电性能优良等性能的材料。
进一步的，制定比对目标，分析时采用n点进胶形式，包括：1点、2点、4点；比对方案设定为3种，重复3个方案0命名为方案11、方案21和方案31。
打开方案11，在分析类型中调用浇口位置模块，不预设任何浇口位置进行分析，对分析参数中浇口数目的设定为单浇口形式，分析出的最佳浇口位置节点设定为A1，将流动阻力指示器结果放入报告文档，分析结果显示模式为可视化状态并判断流动路径对注塑件的熔接痕、气穴、缩痕、强度等的影响；重复2个方案11为方案12和方案13，结合塑件结构特征，方案12和方案13中分别选取塑件上2个特征位置节点(A2、A3)，确定为单浇口进胶位置，对方案11、方案12和方案13中单浇口方案进行模具设计合理性判断。
优选的，A2可选择在塑件的上端面，上端面的进胶口可对应设计为点浇口形式，此为方案12；节点A3可选择在与下端面垂直相邻的侧面，进胶口对应设计为侧浇口形式，此为方案13。
打开方案21，调用浇口位置模块，设定浇口数目为2进行分析，将分析出的最佳浇口位置2个节点设定为B11和B12，将流动阻力指示器结果放入报告文档，分析结果显示模式为可视化状态并判断流动路径对注塑件的熔接痕、气穴、缩痕、强度等的影响；重复方案21为方案22，根据塑件结构特征和模具结构可行性，另选取塑件上特征位置的2个节点(B21和B22)确定为双浇口进胶位置，对2组双浇口方案进行模具设计合理性判断。
优选的，方案22中2节点B21和B22位于塑件上与下端面垂直相邻侧面，采用对称分布，进胶口对应设计为侧浇口形式。
打开方案31，调用浇口位置模块，设定浇口数目为4进行分析，将分析出的最佳浇口位置4个节点设定为C11、C12、C13、C14，将流动阻力指示器结果放入报告文档，分析结果显示模式为可视化状态并判断流动路径对塑件的熔接痕、气穴、缩痕、强度等的影响；重复方案31为方案32，根据塑件结构特征和模具结构另选取塑件上特征位置的4个节点(C21、C22、C23、C24)确定为4浇口进胶位置，对2组4浇口方案进行模具设计合理性判断。
优选的，方案32中4个节点C11、C12、C13、C14位于塑件的下端面，采用对称分布，进胶口可对应设计为牛角浇口形式。
进一步地，考虑产品的外观和装配，结合浇口设计经验和模具结构设计要求，上述设计步骤中优选的方案包括：方案12、方案13、方案22和方案32；
打开方案12，设定注塑位置在节点A2，调用填充模块进行分析计算，工艺参数设定均采用默认参数设置，获取的分析结果包括：熔体的充填时间、流动前沿温度、速度/压力切换时的压力、气穴、熔接痕，将分析结果放入报告文档。
打开方案13，设定注塑位置在节点A3，调用填充模块进行分析计算，工艺参数设定均采用默认参数设置，获取的分析结果包括：熔体的充填时间、流动前沿温度、速度/压力切换时的压力、气穴、熔接痕，将分析结果放入报告文档。
打开方案22，设定注塑位置在节点B21和B22，调用填充模块进行分析计算，工艺参数设定均采用默认参数设置，获取的分析结果包括：熔体的充填时间、流动前沿温度、速度/压力切换时的压力、气穴、熔接痕，将分析结果放入报告文档。
打开方案32，设定注塑位置在节点C21/C22/C23/C24，调用填充模块进行分析计算，工艺参数设定均采用默认参数设置，获取的分析结果包括：熔体的充填时间、流动前沿温度、速度/压力切换时的压力、气穴、熔接痕，将分析结果放入报告文档。
进一步地，采用图表形式分组对比上述方案文档中的结果，然后对试验结果进行综合各方面因素的判断，包括：填充时间短、压力低、流动前言温度的最高温度和最低温度相差小、熔接线少、熔接线位置合理等，得出最佳浇口方案。
进一步地，调用成型窗口模块进行分析计算，分析试验完成后，调出分析结果“质量(成型窗口)：XY图”，在图形属性中设置注塑时间为X坐标，将模具温度调整到材料推荐的模具温度参数，将熔体温度调整到材料推荐的熔体温度参数，根据上述设置做出“质量(成型窗口)：XY图”结果，并标识质量最好的峰点求出点的X/Y坐标，X值即为材料推荐的模具温度和熔体温度下充满模腔获得质量最佳塑件所对应的注塑时间T1，将分析图保存并截图到报告文档。
进一步地，更改分析类型为填充，在设定注射时间参数中输入T1，对多浇口方案按照注射时间作为“充填控制”的工艺设置进行填充平衡分析，试验结果包括：填充时间、速度/压力切换时的压力、流动前沿温度、剪切速率(体积)、壁上剪切应力、锁模力(XY图)、填充末端压力、熔接线等；对试验结果进行统计分析和评估，对比结果并加入改善措施，将统计结果输出到报告文档中。
进一步地，根据进胶节点位置创建浇注系统，将分析类型设置为填充，进行流道平衡分析，对“充填控制”命令的注射时间参数进行计算，如下列公式所示：
T＝T1+T2 (1)
T2＝V2/(V1/T1) (2)
式中，T为加入浇注系统后的总注射时间，T1为产品的注射时间，T2为流道的注射时间，V1为产品体积，V2为流道体积。
试验结果包括：填充时间、速度/压力切换时的压力、流动前沿温度、剪切速率(体积)、壁上剪切应力、锁模力(XY图)、填充末端压力、熔接线，将结果放入报告文档，然后对结果进行评估。
通过采用上述技术方案，可以获得塑件注塑模具设计中最佳浇口位置和数量，建立优化的浇注系统结构，在注塑成型时有良好的充填形式和更加宽广和稳定的加工裕度，避免材料在成型中降解和型腔内过高的熔体温度影响，保障产品的质量。
优先的，所述试验结果-填充/流道平衡的评估判定基于：
(1)填充时间：实际的填充时间与设定的注射时间相差在0.5s以内，无短射现象，
(2)速度/压力切换时的压力：＜注塑机最大注塑压力的80％；
(3)流动前沿温度：＜材料的熔体温度推荐的范围，且最大值和最小值之差＜20℃；
(4)剪切速率：＜材料推荐的最大剪切速率；
(5)壁上剪切应力：＜材料推荐的最大剪切应力；
(6)锁模力：＜注塑机最大锁模力的80％；
(7)填充末端压力：差值在10MPa以内；
(8)熔接线：不能位于产品的外观区域或受力区域。
与现有技术相比，本发明的一种注塑成型浇注系统设计方法是建立在Moldflow软件平台上的一套浇注系统优化设计方法，能够快速的对塑件个位置设置浇口的可行性进行判断，综合分析进胶点的熔体在型腔内的流动情况，可视化的观察和系统的分析塑件注塑成型浇注系统的设计优劣性，获得最优的浇注系统的设计方案，可以有效的降低计算时间和减少处理过程中的人为因素，极大的提高了效率。
附图说明
图1是本发明方法流程图。
图2是塑件结构示意图。
图3是方案22填充分析中锁模力：XY图。
图4是方案22填充分析中最佳注射时间图。
图5是方案22填充分析中各点压力分布图。
图6是方案22填充分析中熔接线图。
图7是方案22的浇注系统结构示意图。
图8是方案00填充分析中注射位置处压力：XY图。
图9是方案00填充分析中熔接线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明提供了一种注塑成型浇注系统设计方法，包括：
采用Solidworks建模软件为塑件建立3D模型，保存为方案0.igs，导入CAD Doctor进行预处理，修复塑体模型缺陷。
在Moldflow平台新建工程“塑件”，将文件“方案0.igs”导入Moldflow中，进行双层面网格划分，整个模型网格密度的值定义为1.5mm，对划分完毕的网格进行统计，并与模型分析要求进行比对。
模型网格质量包括：没有自由边、没有多重边、无单元交叉、连通区域为1、纵横比低于8、单元匹配率高于85％。
进行网格缺陷诊断，对不符合模型分析要求的缺陷进行修复，对修复完毕的网格进行统计，统计结果如表1所示：
表1：
打开方案0，在任务视窗的材料菜单中指定材料为LG Chemical公司生产的ABS，牌号ABS HF380，其流动性能好，温度变化对于熔体粘度的改变小，具有高抗冲、高耐热、阻燃等性能，是一种常见的注塑材料。
参照附图，作为本发明的一种实施方式，根据零件形状特征和模具设计环境制定浇注系统设计比对目标为进胶位置和数量；本例分析时采用的进胶点数目包括：1点、2点、4点；比对方案设定为3种，重复3个方案0并分别命名为方案11、方案21和方案31。
打开方案11，在分析类型中调用浇口位置模块，不预设任何浇口位置进行分析，设定分析参数中浇口数目为1，分析出的最佳浇口位置节点为N 19331，将流动阻力指示器结果放入报告文档，用动画方式观察结果，判断熔体流动路径在塑件上是否形成熔接痕、气穴、缩痕、强度等；节点N 19331位于柱体104表面，不适合作为进胶位置；重复2个方案11为方案12和方案13，结合塑件结构特征，在方案12中选取塑件上端面的节点N22237为单浇口进胶位置，此进胶位置适合点浇口设计；在方案13中选取塑件侧面上的节点N21869为单浇口进胶位置，这个进胶位置适合侧浇口设计。
打开方案21，调用浇口位置模块，设定浇口数目为2，分析出的最佳浇口位置2个节点为N22387和N233379，将流动阻力指示器结果放入报告文档，用动画方式观察结果，判断熔体流动路径在塑件上是否形成熔接痕、气穴、缩痕、强度等；这2个节点位于柱体104内表面，不适合作为进胶位置；重复方案21为方案22，根据塑件结构特征和模具结构可行性，另选取塑件侧面上对称分布的2个节点N21719和N21824为双浇口进胶位置，这个进胶位置适合环形侧浇口设计。
打开方案31，调用浇口位置模块，设定浇口数目为4进行分析，分析出的最佳浇口位置4个节点为N26916、N18316、N29741和N23499，将流动阻力指示器结果放入报告文档，用动画方式观察结果，判断熔体流动路径在塑件上是否形成熔接痕、气穴、缩痕、强度等；这4个节点位于柱体104内表面分散各处，不适合作为进胶位置；重复方案31为方案32，根据塑件结构特征和模具结构另选取塑件下端面上对称位置的4个节点(N21941、N21991、N21957、N25279)为4浇口进胶位置，这个进胶位置适合牛角浇口设计。
作为本发明的一种实施方式，对上述设计步骤中优选的方案12、方案13、方案22和方案32进行填充分析。
打开方案12，设定注塑位置在节点N22237，调用填充模块进行分析计算，工艺参数设定均采用默认参数设置，分析结果包括：熔体的充填时间为2.411s，流动前沿温度范围是225℃-235℃，速度/压力切换时的压力为7.93MPa，气穴的分布位置主要集中在上下端面且数量较多，熔接痕的分布位置在上端面和转折处、线形数量较多，分析结果放入报告文档。
打开方案13，设定注塑位置在节点N21869，调用填充模块进行分析计算，工艺参数设定均采用默认参数设置，分析结果包括：熔体的充填时间为2.619s，流动前沿温度范围是224.6℃-235℃，速度/压力切换时的压力为10.79MPa，气穴的分布位置主要集中在上端面且数量较少，熔接痕的分布位置在上端面和转折处、线形数量较少，分析结果放入报告文档。
打开方案22，设定注塑位置在节点N21719和N21824，调用填充模块进行分析计算，工艺参数设定均采用默认参数设置，分析结果包括：熔体的充填时间为2.289s，流动前沿温度范围是230.2℃-235℃，速度/压力切换时的压力为8.66MPa，气穴的分布位置主要集中在上端面且数量较少，熔接痕的分布位置在上端面和转折处、线形数量少，分析结果放入报告文档。
打开方案32，设定注塑位置在节点N21941、N21991、N21957、N25279，调用填充模块进行分析计算，工艺参数设定均采用默认参数设置，分析结果包括：熔体的充填时间为2.179s，流动前沿温度范围是233.2℃-235℃，速度/压力切换时的压力为7.89MPa，气穴的分布位置分散各处且数量多，熔接痕的分布位置在上端面和转折处、线形数量多，分析结果放入报告文档。
采用图表形式分组对比4个方案的文档结果，考虑填充时间短、压力低、流动前言温度的最高温度和最低温度小相差小、熔接线少、熔接线位置合理等，得出最佳浇口方案22。
作为本发明的一种实施方式，调用成型窗口模块对方案22进行分析计算，获得分析结果“质量(成型窗口)：XY图”。
进一步地，对“质量(成型窗口)：XY图”结果，在图形属性中设置注塑时间为X坐标，将模具温度调整到60℃，将熔体温度调整到235℃，输出“质量(成型窗口)：XY图”结果，标识出曲线的峰值对应的X/Y坐标，X值为ABS材料推荐的模具温度60℃和熔体温度235℃时塑件注塑成型获得质量最佳所对应的注塑时间0.9448s，将分析图保存到报告文档。
作为本发明的一种实施方式，更改分析类型为填充，在设定注射时间参数中输入0.9448s，对方案22按照注射时间作为“充填控制”的工艺设置进行填充平衡分析，输出分析结果包括：熔体的填充时间、速度/压力切换时的压力、流动前沿温度、剪切速率(体积)、壁上剪切应力、锁模力(XY图)、填充末端压力、熔接线等，进行统计分析和评估，判断分析如表2所示。
表2
通过上述技术方案，模型方案22的各参数在填充平衡评估范围内，将统计结果输出到报告文档中。
作为本发明的一种实施方式，在节点N21719和N21824创建浇注系统，另存为方案00，将分析类型设置为填充，对“充填控制”命令的注射时间参数输入1.1s，进行流道平衡分析，输出分析结果包括：熔体的填充时间、速度/压力切换时的压力、流动前沿温度、剪切速率(体积)、壁上剪切应力、锁模力(XY图)、填充末端压力、熔接线等，进行统计分析和评估，模型方案00的各参数在流道平衡评估范围内，将统计结果输出到报告文档中。
通过采用上述技术方案，可以确定最优浇口的位置和数量，得到塑料熔体在型腔中的充填行为报告，创建最佳的浇注系统布局。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特点，所述的实施例是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种注塑成型浇注系统设计方法，其特征在于：
(1)为塑件建立3D模型，输出为.igs格式，经CAD Doctor预处理，修复片体模型缺陷后导入Moldflow中，进行双层面网格划分，优化网格质量并保存为方案0，设置材料选项；
(2)制定比对目标，分析时采用N点进胶形式，包括：1点、2点、4点；比对方案设定为3种，重复3个方案0命名为方案1、方案2和方案3；
(3)打开方案1，调用浇口位置模块，不设定任何浇口进行分析，将分析出的最佳浇口位置节点设定为A1，将流动阻力指示器结果放入报告文档，分析结果显示模式为可视化状态并判断流动路径对注塑件的熔接痕、气穴、缩痕、强度等的影响；将方案1另存为方案11，重复2个方案1为方案12和方案13，结合塑件结构特征，方案12和方案13中分别选取塑件上2个特征位置点(A2、A3)，确定为单浇口进胶位置，对方案11、方案12和方案13中单浇口方案进行模具设计合理性判断；
(4)打开方案2，调用浇口位置模块，设定浇口数目为2进行分析，将分析出的最佳浇口位置2个节点设定为B11和B12，将流动阻力指示器结果放入报告文档，分析结果显示模式为可视化状态并判断流动路径对注塑件的熔接痕、气穴、缩痕、强度等的影响；将方案2另存为方案21，重复方案2为方案22，根据塑件结构特征和模具结构可行性，另选取塑件上特征位置的2个节点(B21和B22)确定为双浇口进胶位置，对2组双浇口方案进行模具设计合理性判断；
(5)打开方案3，调用浇口位置模块，设定浇口数目为4进行分析，将分析出的最佳浇口位置4个节点设定为C11、C12、C13、C14，将流动阻力指示器结果放入报告文档，分析结果显示模式为可视化状态并判断流动路径对注塑件的熔接痕、气穴、缩痕、强度等的影响；将方案3另存为方案31，重复方案3为方案32，根据塑件结构特征和模具结构另选取塑件上特征位置的4个节点(C21、C22、C23、C24)确定为4浇口进胶位置，对2组4浇口方案进行模具设计合理性判断；
(6)考虑产品的外观和装配，结合浇口设计经验和模具结构设计要求，步骤(2)-(5)中优选的方案包括：方案12、方案13、方案22和方案32；
(7)打开方案12/方案13/方案22/方案32，均调用填充模块进行分析计算，采用图表形式分组对比结果，然后对试验结果进行综合各方面因素的判断，得出最佳浇口方案并保存更名为方案00；
(8)打开方案00，调用成型窗口模块进行分析计算，获得最佳注射时间，将分析结果放入报告文档；更改分析类型为填充，设定注射时间参数为最佳注射时间，对多浇口方案进行填充平衡分析，将填充时间、流动前沿温度、剪切速率(体积)、壁上剪切应力、锁模力(XY图)、填充末端压力、熔接线等结果放入报告文档，然后对结果进行评估及优化；
(9)对优化的方案00创建浇注系统，将分析类型设置为填充，进行流道平衡分析，将填充时间、速度压力切换时的压力、流动前沿温度、剪切速率(体积)、壁上剪切应力、锁模力(XY图)、填充末端压力、熔接线等结果放入报告文档，然后对结果进行评估。
2.根据权利要求1所述，其特征在于，所述步骤(1)中对划分好的有限元网格进行网格缺陷诊断、网格缺陷修复，使其质量优化达到Moldflow分析的质量标准。
3.根据权利要求1所述，其特征在于，步骤(2)中进胶位置N可以为任意自然数，比对方案可以为多种，根据零件形状和设计需要设定。
4.根据权利要求1所述，其特征在于，步骤(3)-(5)中对不同模型的分析工艺参数设置应一致。
5.根据权利要求1所述，其特征在于，所述步骤(7)的分析时工艺参数设定均采用默认参数设置，获取的分析结果包括：熔体的充填时间、流动前沿温度、速度/压力切换时的压力、气穴、熔接痕，将分析结果放入报告文档。
6.根据权利要求1所述，其特征在于，所述步骤(8)的填充平衡分析是基于填充模块的分析，工艺设置中在对话框“充填时间”选项选择“注射时间”后面的文本框中输入成型窗口中推荐的注射时间，从分析结果检验是否平衡。
7.根据权利要求1所述，其特征在于，所述试验结果的判定基于所成型塑件质量的优劣程度进行的分析。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210000515.6A CN114357834A (zh) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | 一种注塑成型浇注系统设计方法 |
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| CN202210000515.6A CN114357834A (zh) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | 一种注塑成型浇注系统设计方法 |
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| CN (1) | CN114357834A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114889075A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-08-12 | 深圳市银宝山新科技股份有限公司 | 一种注塑控制方法、装置、计算机设备及存储介质 |
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2022
- 2022-01-04 CN CN202210000515.6A patent/CN114357834A/zh active Pending
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