零件盖模流分析和注塑模具设计

零件盖模流分析和注塑模具设计
摘要：以汽车零件盖为例，零件盖模具设计采用三维绘图软件UGNX制作。

可以全面实行智能化全
3D模具设计。

通过使用Moldflow软件，可以预先分析模具溶液的流动、固化过程及冷却时间等情况，以确
认方案的可行性，并利用UG三维软件全3D把模具设计出来，再次利用UG软件导出二维功能转二维图纸的
功能，使用二维计算机软件CAD绘制出所需要的图纸，使得模具制造、调试及返工的时间大大减少，从而提
高产品的质量。

关键词：Moldflow；注塑成型；模流分析；翘曲变形
模具行业是走在各个行业前列的行业，同时重视经验的产业，随着工业的迅
速发展，塑料制品也日益被广泛应用。

而现在，企业不仅仅只依赖于人工经验来
设计模具，更多地采用注塑模流分析技术，以更好的预先分析模具的设计合理性，减少试模次数，加快产品研发，提升企业效率。

Moldflow这款专业的模拟注塑过
程的软件，可模拟整个注塑过程。

为了优化塑料产品的设计、生产和质量，我们
将对影响进行分析、评估和优化，从而在模具制造前提供有效的解决方案，以帮
助技术人员完成整个流程中的关键点优化工作。

本文以汽车零件盖结构特点，通过CAE软件以Moldflow为载体，对产品的
浇注系统，冷却系统的成型过程，进行分析优化。

并在此基础上，利用UG 软件
完成产品的模具设计。

1 产品模具与结构分析
汽车零件盖为汽车零件中常见的塑料件，采用UG NX软件三维建模，如图1、图2所示，还未设置材料收缩的零件外形尺寸是30mm×30mm×15 mm，2mm是产
品零件的平均厚度，1.5mm 和 0.3 mm分别是最大和最小厚度，产品结构较为简易，经测试评估后可采取顶杆顶出推出。

产品为零件上盖，注塑零件表面的质量要求很高，
产品外表颜色需要均匀，绝对不允许有任何的披风、
刺毛、局部塌陷等现象，材料为ABS材料，这种材料
的收缩率是1.006。

采用一模两腔布置模
腔。

（a）反
面
（b）正面
图1汽车零件盖
2 Moldflow 模流分析
在Moldflow中进行产品优化分析的过程中，前处理十分重要，为了确保分
析的准确性，模型的质量也十分重要。

精细的小结构，就像小的圆角和一些倒角、薄一些的加强筋和大部分的小凸起，就会对网格匹配率和纵横比产生较大的影响，所以在导入Moldflow前，就要使用简化软件对模型进行简化处理，对于精细的
制品细节，例如大部分的小圆角、倒角、台阶和孔等精细小特征，厚度小于0.5t
和小于0.5mm可以直接去除。

接着，要创建Fusion网格，网格的边长需要是产
品厚度的1倍到2倍，另外还要对网格的质量项目进行较好的修复，然后创建浇
注系统和冷却系统。

2.1浇注分析
所设计的浇注系统是不是在标准范围内是合理，是不是能够生产出来标准合
格的塑件，这至关重要。

根据塑件的尺寸和壁厚，经过分析后使用多点浇注、冷
流道浇口浇注、侧浇口方式或点浇口浇注等方式进行浇注，模流分析方案优先考
虑选用冷流道单点直接浇口进行浇注，以低成本、便于调整和优化为前提。

在CAE优化的设计中，第一要素是对塑件产品的浇口定位进行有效优化，单
点直接冷浇口定位的优化。

2.2流动结果分析
此产品的分析方案采用“冷却 + 填充 + 保压 + 翘曲”的方法。

从所有的
产品塑件充填所需要的时间和浇口所处位置有关系。

需填充区域距离浇口位置越远，需要的充填时间越长，卡扣末端最后充填。

经过分析，产品塑件在填充时所需要的时间为1.019s，充填时间比较短，有
利于型腔充满，通过Moldflow仿真结果中发现，填充没有发现填充不满的现象，即欠注现象。

如果存在欠注现象，则模型将会出现灰色区域；考虑到红色部位为
最后填充部位，所以在设计模具时，排气槽可以设计在红色部位的附近，更加利
于实际与模拟的切实性。

2.3流动前沿温度
塑料熔体流动前沿温度相差74.1℃，通过图6可以看到浇口对面所在的位置
与其他位置温度有很大的不同，该位置所在区域填充的塑料溶体温度要低于附近
区域的温度，该位置很有可能产生翘曲变形，或者出现熔接痕。

2.4 体积收缩率结果分析
如图2所示，体积收缩率最大处在两端，变形量很小，产品的两端可以依靠
弹性的形变结构拉回变形的区域。

除此之外还要考虑到是否会影响成型后的外观，它的内部结构有没有影响到装配等问题。

图2 体积收缩率
2.5 注射位置处压力
流动前沿温度较高处有许多的熔接痕；在充填的初始阶段，型腔内部中不存
在压力，当型腔被料流填满时，进料压力快速升高，并达到最大值。

经过Moldflow仿真计算分析结果后可知，当1.019s型腔充满时，其注入压力最高达
到23.48MPa，随后在17.62MPa持续很长一段时间，这对于该产品的材质和尺寸
来说，是比较适合的。

2.6锁模力
合模机构有能力施加出最大的夹紧力。

锁模力的计算是为了让生产达到更精
准的作业标准，它的正确使用可以减少器具的磨损和维护正常的生产。

在现实生
产中，市场上大多数的注塑机都是按照锁模力吨数来设定等级。

这样的设置是为
了方便生产商在计算锁模力后，更直观、精准地选择适合的注塑机。

图9是对产
品的锁模力的仿真分析结果，在2.12s时，模具锁定力的最大值是1.62吨，需
要选取一个锁模力2吨的注塑机，以达到产品的注塑成型要求。

2.7冷却结果分析
为了确保塑料在脱模时具有足够的强度，应该确定适当的冷却时间。

分析时
完全固化所需的时间也很重要，而模具表面的温度分布也会对塑件质量产生影响。

冷却系统需要进行迅速冷却，让产品达到顶出温度。

经过仿真分析得出了如图3
所示的结果，从该图可以看到，入口和出口的温度差为0.3℃，比5℃小，冷却
系统设计较为合理，满足了设计的需要。

图3回路冷却
液温度
3基于UG三维软件的模具结构设计
UG NX基于其异常强大的计算机三维模具设计的功能，另外，本文用到的燕
秀外挂软件是一款专业的模具设计外挂，可以与UG NX完美集成，能满足国内模
具设计师的需求。

3.1 三维模具设计
如图4所示，由于产品较为简单，根据产品的模型分型出模腔的分型面。

本文采用的是直顶顶针顶出结构。

如图5所示。

图4模腔分型面
图5直杆顶出机构
分模是模具设计的核心部分，整体嵌入结构。

零件盖采用导柱分型。

产品内部结构见到，利用圆推杆、顶杆推出，推出较平稳。

3.2模具工作原理
本产品模具采用的是大水口模具，模具总体结构如图 6所示。

模具装
于注塑机上后，经过工作人员调试后，闭模注塑，经充填、保压、冷却后，等待
开模，注塑机动模板带动模具的动模打开，模具在分型面处打开。

同时，第二滑
块导打开后，动模继续后退。

动模继续后退，顶针推板碰到注塑机顶杆，从而推
动8根顶针将塑件从中央型芯镶件上顶出，塑件完全脱模; 复位动作过程与开模
过程完全相反，模具完全的闭合上，等待着下一个注塑的循环往复开始。

图6模具爆炸图
3.3结论
（1）此类的汽车零件盖的产品塑件对外观要求较严格,潜伏浇口进胶完成倒模后成型为本文模具的浇口。

如果在表面设计浇口就会产生局部温度相差过大的问题，从而产生较多问题，故在产品塑件的表面不可以直接设计有注塑浇口。

（2）使用Moldflow软件对汽车零件盖进行软件模拟分析,使用其他计算机
软件设计，可以有效帮助设计人员对熔融体的充填和流动有一个比较清晰的认知,并在后续的计算分析注塑产品是否会产生缺陷,保证产品塑件成型质量并且对模
拟分析后模具的浇注系统和冷却系统进行了优化更新。

（3）使用模流分析技术对充填过程进行模拟，实现了模具的快速设计，保
证整套模具可以紧凑，运行安全、可靠，可以为其他同类型的注塑模具设计提供参考。

参考文献
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简介：农财智（1999-），男，壮族，广西靖西人，本科，研究方向：材料成型及控制工程
项目：百色学院2022年大学生创新创业训练计划项目，名称：基于Moldflow和UG软件数字智能化模具设计研究，编号:202210609209。