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数值仿真注塑充模过程

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第２７卷第３期　辽　宁　石　油　化　工　大　学　学　报　Ｖｏ１．２７　Ｎｏ．３　２００７年９月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＡＯＮＩＮＧ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ＆ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｓｅｐ．２００７　

文章编号：１６７２—６９５２（２００７）０３—０００７—０４　

数值仿真注塑充模过程　

王玉洁，彭　炯，陈晋南　

（北京理工大学化工与环境学院，ｊＥ京１０００８１）　

摘要：　使用ＣＦＤ软件Ｐｏｌｙｆｌｏｗ，数值研究了注塑机注射充模过程中模具型腔内聚丙烯熔体的二维非等温流　

场，分析了不同时刻模具型腔内熔体的速度、压力、温度和剪切速率分布。研究结果表明，在充模过程中流场的各个　

物理量变化比较均匀，在流动前沿温度较高、压力最小。在充填过程的不同时刻，随着时间的增加，熔体的平均压力　

不断升高、平均温度不断降低。不同熔体的注射温度影响模具型腔内熔体的流场。较高的注射温度升高熔体平均　

温度，减低模腔熔体的平均压力，使熔体的粘度降低，改善熔体的流动性。研究结果对注塑机模具的设计和注射充　

模工艺参数的选择有一定的理论指导意义。　

关键词：　注塑充模；　非等温流动；　数值模拟；Ｐｏｌｙｆｌｏｗ　中图分类号：ＴＱ３２０．６６　文献标识码：Ａ　

Ｎｕｍｅｒｉｃａ１　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｉｌｌｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｉｎｊ　ｅｃｔｉｏｎ　Ｆｉｌｌｉｎｇ　

ＷＡＮＧ　Ｙｕ—ｊｉｅ，ＰＥＮＧ　Ｊｉｏｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｊｉｎ—ｎａｎ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８１，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　

Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　３０　Ａｐｒｉｌ　２００７；ｒｅｖｉｓｅｄ　６　Ｊｕｎｅ　２００７；ａｃｃｅｐｔｅｄ　７　Ｊｕｎｅ　２００７　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｎｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｐｏｌｙｐｒｏｐｅｎｅ　ｍｅｌｔ　ｗａｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　Ｐｏｌｙｆｌｏｗ　

ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｓｈｅａｒ　ｒａｔｅ　ｆｏｒ　ｐｏｌｙｐｒｏｐｅｎｅ　ｍｅｌｔ　ｉｎ　ｉｎｊ　ｅｃｔｉｏｎ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　

ｍｏｕｌｄ　ｃａｖｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｅｖｅｒｙ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｉｎ　ｉｎｊ　ｅｃｔｉｏｎ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｕｌｄ　ｃａｖｉｔｙ　ａｒｅ　

ｅｖｅｎ．Ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｆｒｏｎｔ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｌｅａｓｔ．Ｔｈｅ　ｍｅｌｔ　ａｖｅｒａｇｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｔ　

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｉｍｅ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｅｌｔ　ａｖｅｒａｇｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｍｅｌｔ　ａｖｅｒａｇｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　

ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｉｎｊ　ｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄｓ　ｏｆ　ｍｅｌｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｕｌｄ　ｃａｖｉｔｙ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　

ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃａｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｍｅｌｔ　ａｖｅｒａｇｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　

ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｉｎｊ　ｅｃｔｉｏｎ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｍｏｌｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｎｊ　ｅｃｔｉｏｎ　

ｍｏｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｆｉｌｌｉｎｇ；Ｎｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ　ｆｌｏｗ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｐｏｌｙｆｌｏｗ　

＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｕｔｈｏｒ．Ｔｅ１．：＋８６～１０—６８９４５９８０；ｆａｘ：＋８６—１０—６８９４５９８０；ｅ－－ｍａｉｌ：ｊｎｃｈｅｎ＠ｂｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ　

注射成型是塑料加工中重要的成型方法之一，　

据统计采用注射成型生产的塑料制品约占塑料制品　

总量的３Ｏ　以上＿】］，有逐年增长的趋势。工程技术　

人员要综合考虑多种因素，才能设计出合格的注塑　

机成型模具和优化充模工艺条件。反复试模和修模　

的传统方法导致了新产品的研发周期长、成本高，满　

足不了聚合物工业飞速发展的需要。随着计算技术　

和计算方法＿２］的发展，使用ＣＦＤ软件研究注塑机螺　

杆流道的流场ｌ＿３］，数字设计和制造模具结构　ｊ，优　

收稿日期：２００７—０４—３０　作者简介：王玉洁（１９８２一），女，山东平度市，在读硕士。　

＊通讯联系人。　化充模工艺条件ｌ＿６　］。　

本文应用Ｐｏｌｙｆｌｏｗ软件，数值研究注塑机充模　

过程中聚丙烯（ＰＰ）材料的圆柱形口杯（高８０　ｍｍ，　

厚４　ｒａｍ）不同时刻模具型腔内熔体的流场，讨论了　

不同工艺条件对充模过程的影响，为合理设计模具　

和确定工艺参数提供科学依据和理论指导。　

１　数学模型　

注射成型充模过程属低雷诺数非等温的流动。　

假设ＰＰ熔体为不可压缩非牛顿流体。由于聚合物　

熔体惯性力和质量力相对于粘性力很小，忽略不计。　

由于圆柱形口杯为二维轴对称结构，描述熔体在不　维普资讯 http://www.cqvip.com ８　辽宁石油化工大学学报　第２７卷　

同时刻的二维非等温流动Ｕ一“　ｅ　＋“　ｅ　的控制方　

程为　］：　

连续性方程　

／ａｚ　：０　ｉ，　一１，２　（１）　

动量方程　

ａ　一　０ｐ￣　

，［ｑ（Ｐ　５５－　＋　）］一一５　，　十菇　ｊ　

ｉ，Ｊ一１，２　（２）　

能量方程　

ＩＬ０　Ｔ￣（　・Ｖ）ＴＩ＝ｋＡＴ＋￣　（３）　

粘性热　

＝　：号ｃ　＋　一　ｃ　

ｉ．Ｊ一１，２　（４）　

由Ｃａｒｒｅａｕ模型和近似Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式给出了　

表观粘度刁随剪切速率　和温度Ｔ的变化　

刁一ｑ０（１＋　）　”　ｅｘｐ［－－　（Ｔ—Ｔｏ）］（５）　

聚合物熔体在模壁上无滑移。模具与熔体之间　

的热交换采用第三类边界条件，即　

ｑ—ｈ（Ｔ—　）　（６）　

式中，“　，“，为速度分量，ｍ／ｓ；　，ｚ，为坐标分量，　

ｍ；Ｐ为压力，Ｐａ；　为粘性热，Ｗ／ｍ。；叩为表观粘度，　

Ｐａ・Ｓ；Ｔ为熔体温度，Ｋ；ｔ为时间，Ｓ；Ｔ　为模壁温　

度，Ｋ；ｑ为热量通量，Ｊ／（ｍ。・ｓ）；　为剪切速率，　

Ｓ～；自然时间　一２．１５　Ｓ；粘度的温度修正系数ｂ一　

０．０２　Ｋ一；非牛顿指数　：０．３８。ＰＰ熔体的物性参　

数：参考温度Ｔ。一４７３　Ｋ，比定压热容Ｃ　一２　１００　Ｊ／　

（ｋｇ・Ｋ），密度．Ｄ一７３５　ｋｇ／ｍ。，物料的热传导系数ｋ　

一０．１５　ｗ／（ｒｌｌ・Ｋ），表面传热系数ｈ＝６０　ｗ／（ｍ。・　

Ｋ）；零剪切粘度　一２６　４７０　Ｐａ・Ｓ。　

２　有限元网格划分和计算方法　

为了避免熔接痕的出现，工程中浇口一般设计　

在模型的底部。模具型腔内的熔体采用三角形网　

格。在充模过程中，采用自适应的网格划分方法　

（ａｄａｐｔｉｖｅ　ｍｅｓｈｉｎｇ）。图１给出口杯模具二维模型　

和网格划分。计算中速度和温度采用二次插值函　

数，压力采用线性插值函数，使用Ｐｏｌｙｆｌｏｗ软件用　

隐式欧拉法数值求解了方程组，计算的收敛精度设　

为１０～，在ＨＰＸＷ６０００工作站上完成全部计算，一　

次计算的时间约为１０　ｈ。　

３　结果与讨论　

为了了解熔体充模过程中，充模时间与模腔压　力、温度的关系，在活塞初始速度为０．０１　ｍ／ｓ，模具　

壁面保持恒定温度２９８　Ｋ，熔体注射温度４９３　Ｋ条　

件下，研究了不同时刻模具型腔内熔体的流场；在其　

他工艺条件不变的条件下研究了不同熔体注射温度　

（４９３，５０３，５１３　Ｋ）下型腔内熔体的流场。分两部分　

讨论计算的结果。　

Ｌ—　图１　口杯模具二维模型和网格划分　３．１　不同时刻模具型腔内熔体的流场　

３。１．１速度场　由于口杯模具是轴对称的，给出模　

具一半的计算结果。图２（ａ），（ｂ）分别给出了在充　

模过程ｔ一０．８　Ｓ和ｔ一１．２　Ｓ两个典型时刻模具型腔　

内熔体的速度分布。由图２可知，两个时刻型腔内　

熔体的速度分布趋势大致相同，由图２（ａ）可知速度　

从型腔中心沿厚度方向逐渐减小，在模壁处速度达　

到最小值０．０８１　ｍ／ｓ，形成速度梯度。在型腔中心　

处，聚合物熔体远离模具壁面，阻力几乎为０，所以　

具有较大的流动速度０。１３８　ｍ／ｓ。浇口处截面积最　

小，熔体在浇口中速度达到最大值０．２７６　ｍ／ｓ。　

（ａ）ｔ＝０．８　ｓ　（ｂ）ｔ一１．２　０　图２不同时刻型腔内熔体的速度分布　

３．１．２剪切速率场　图３（ａ），（ｂ）分别给出了在充　

模过程ｔ：０．８　Ｓ和￡＝＝＝１．２　Ｓ两个典型时刻模具型腔　

内熔体的剪切速率分布。由图３可知，型腔内熔体　

的剪切速率分布趋势大致相同。由图３（ａ）可知剪　

切速率从型腔中心的３１　Ｓ　沿厚度方向逐渐增大到　

模壁处最大值１５４　Ｓ一。这是因为中心处的速度梯　

度最小，在壁面处熔体的速度梯度最大。

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注塑成型工艺流程及工艺参数

注塑成型工艺流程及工艺参数

1 注塑成型工艺流程及工艺参数

塑件的注塑成型工艺过程主要包括填充——保压——冷却——脱模等4个阶段，这4个阶段直接决定着制品的成型质量，而且这4个阶段是一个完整的连续过程.

1、填充阶段

填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。理论上，填充时间越短,成型效率越高，但是实际中，成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。

高速填充。如图1—2所示，高速填充时剪切率较高，塑料由于剪切变稀的作用而存在粘度下降的情形，使整体流动阻力降低；局部的粘滞加热影响也会使固化层厚度变薄。因此在流动控制阶段，填充行为往往取决于待填充的体积大小。即在流动控制阶段,由于高速填充,熔体的剪切变稀效果往往很大，而薄壁的冷却作用并不明显,于是速率的效用占了上风。

低速填充。如图1—3所示，热传导控制低速填充时，剪切率较低，局部粘度较高，流动阻力较大。由于热塑料补充速率较慢，流动较为缓慢,使热传导效应较为明显,热量迅速为冷模壁带走。加上较少量的粘滞加热现象,固化层厚度较厚,又进一步增加壁部较薄处的流动阻力。

由于喷泉流动的原因，在流动波前面的塑料高分子链排向几乎平行流动波前。因此两股塑料熔胶在交汇时,接触面的高分子链互相平行；加上两股熔胶性质各异（在模腔中滞留时间不同，温度、压力也不同），造成熔胶交汇区域在微观上结构强度较差。在光线下将零件摆放适当的角度用肉眼观察，可以发现有明显的接合线产生，这就是熔接痕的形成机理。熔接痕不仅影响塑件外观，同时由于微观结构的松散，易造成应力集中，从而使得该部分的强度降低而发生断裂。

一般而言，在高温区产生熔接的熔接痕强度较佳，因为高温情形下，高分子链活动性较佳，可以互相穿透缠绕，此外高温度区域两股熔体的温度较为接近，熔体的热性质几乎相同,增加了熔接区域的强度;反之在低温区域，熔接强度较差。

手机壳注塑模具设计及仿真

手机壳注塑模具设计及仿真

手机壳注塑模具设计及仿真

1.确定产品需求：首先需要明确手机壳产品的需求，包括尺寸、形状、材料等方面的要求，这些要求将会对模具设计产生影响。

2.绘制产品草图：根据产品需求，绘制产品的草图，包括外形和内部结构等方面。这些草图将作为模具设计的基础。

3.模具结构设计：根据产品草图，设计模具的结构。手机壳注塑模具通常包括上模具、下模具、侧模板、顶针、顶针座等部分。在设计模具结构时，需要考虑产品的开模方式、脱模方式、废料排出等因素。

4.模具零件设计：根据模具结构设计，进行模具零件的具体设计。模具零件包括模板、拉杆、顶针、翻板、定位销等部分。在设计模具零件时，需要考虑零件的材料选择、尺寸精度、加工工艺等因素。

5.仿真分析：进行模具的仿真分析，包括注塑工艺分析、模具流道分析、模具结构强度分析等。通过仿真分析，可以评估模具的合理性和可行性，发现并解决可能存在的问题。

模具仿真分析主要包括以下几个方面：

1.注塑工艺分析：通过仿真软件可以模拟注塑过程中的材料流动、充填模具的情况，以评估充填时间、充填压力、充填速度等参数的合理性，预测可能出现的缺陷，如短充、翘曲、气泡等。

2.模具流道分析：模具流道是将塑料熔体引导到模具腔内的通道，其设计合理与否对于产品的注塑质量具有重要影响。通过仿真软件，可以优化流道设计，使得熔体在流道中保持稳定的流动状态，减少熔体的剪切、温度分布不均等问题。 3.模具结构强度分析：模具在使用过程中要承受高压力和高温的作用，所以模具的结构强度是非常重要的。通过仿真软件，可以模拟模具在注塑过程中的受力情况，包括模板的变形、拉杆的应力等。通过分析受力情况，可以判断模具是否存在强度不够、变形过大等问题。

总之，手机壳注塑模具设计及仿真是一项复杂的工艺，需要综合考虑产品需求、模具结构设计、模具零件设计等因素。通过合理的设计和仿真分析，可以提高手机壳产品的质量和性能，同时降低模具开发和生产成本。

Moldflow注塑模具成型过程分析实例_完整经典

Moldflow注塑模具成型过程分析实例_完整经典

Moldflow注塑模具成型过程分析实例_完整经典

冷却+流动+翘曲分析 实验报告

⼀、 问题描述

⽤Moldflow分析如图1所⽰产品在注塑过程中的冷却（Cool）、流动（Flow）、翘曲（Warp）情况。

图1 分析产品模型

其中，相关参数设置如下：

材料：Generic PP：Generic Default

模具温度：40℃

料温：230℃

开模时间：5S

填充+保压+冷却时间：参数值为30SFilling control: Automatic

Velocity/pressure switch-over: By %volume filled 设置为97%

选中Isolate cause of warpage

⼆、 问题分析

按照Moldflow的⼀般分析过程，本产品的分析流程图如图2所⽰。

图2 本产品分析流程图

三、 解题步骤1.导⼊产品模型点击File→Import，选取待分析的产品模型，点击“打开”。在弹出的“模型导⼊选项设置”对话框中，⽹格类型选“Fusion”，模型单位设置为“Millimeters”。单击“OK”完成设置。此时弹出“项⽬创建”对话框，在“Project”⼀栏设置项⽬名称，本实验取名为“CFW”。在“Create in”⼀栏选取项⽬保存地址。单击“OK”完成项⽬创建。

此时，窗⼝中会显⽰出导⼊的模型。以防分析中修改变动，习惯先对模型进⾏复制。对着左上⾓“Project”栏内的模型名称，在右击菜单中选择“Duplicate”，完成模型复制。其后操作都在复制的模型中进⾏。

⼀般在做流动分析时，要求产品锁模⼒⽅向（⼀般也为产品分型⾯的垂直⽅向）与Z轴的正⽅向⼀直。此时的模型位姿不对（如图3所⽰），需要⽤旋转命

令对模型进⾏旋转操作。

执⾏Modeling→Move\Cope→Rotate，在左侧选项栏中，点击“Select”⼀栏的选框，其意思为选取旋转对象，框选产品模型。“Axis”⼀栏选取X轴。“Angle”填写90。选取“Move”，其他不变。点击“Apply”。即可将模型旋转⾄需要位置。如图4所⽰。

注塑工艺参数基础.最全.最详细

注塑工艺参数基础.最全.最详细

注塑工艺参数基础.最全.最详细

注塑工艺参数基础．最全．最详细注塑工艺参数基础(最全(最详细

一、注塑过程可以简单的表示如下:

上一周期完了——闭模——填充——保压——回胶——冷却——开模——脱模——开始下一周期

在填充保压降段，模腔压力随时间推移而上升，填充满型腔之后压力将保持在一个相对静态的状态，以补充由于收缩而产生的胶量不足，另外此压力可以防止由于注射的降低而产生的胶体倒流现象，这就是保压阶段，保压完了之后模腔压力逐渐下降，并随时间推移理论上可以降到零，但实际并不为零，所以脱模之后制品内部内存内应力，因而有的产品需经过后处理，清除残存应力。所谓应力，就是来傅高子链或者链段自由运动的力，即弯曲变形，应力开裂，缩孔等。

二、注塑过程的主要参数

1、注塑胶料温度，熔体温度对熔体的流动性能起主要作用，由于塑胶没有具体的熔点，所谓熔点是一个熔融状态下的温度段，塑胶分子链的结构与组成不同，因而对其流动性的影响也不同，刚性分子链受温度影响较明显，如PC、PPS等，而柔性分子链如:PA、PP、PE等流动性通过改变温度并不明显，所以应根据不同的材料来调校合理的注塑温度。

2、注塑速度是熔体在炮筒内(亦为螺杆的推进速度)的速度(MM/S)注射速度决定产品外观、尺寸、收缩性，流动状况分布等，一般为先慢——快——后慢，即先用一个较的速度是熔体更过主流道，分流道，进浇口，以达到平衡射胶的目的，然后快速充模方式填充满整个模腔，再以较慢速度补充收缩和逆流引起的胶料不足现象，直到浇口冻结，这样可以克服烧焦，气纹，缩水等品质不良产生。

3、注塑压力是熔体克服前进所需的阻力，直接影响产品的尺寸，重量和变形等，不同的塑胶产品所需注塑压力不同，对于象PA、PP等材料，增加压力会使其流动性显著改善，注射压力大小决定产品的密度，即外观光泽性。 4、模具温度，有些塑胶料由于结晶化温度高，结晶速度慢，需要较高模温，有些由于控制尺寸和变形，或者脱模的需要，要较高的温度或较低温度，如PC一般要求60度以上，而PPS为了达到较好的外观和改善流动性，模温有时需要160度以上，因而模具温度对改善产品的外观、变形、尺寸，胶模方面有不可抵估的作用。