MoldFlow软件在气体辅助成型中的应用

青华工作室

Application of moldflow Software in Gas-Assisted Injection Mold Process
麻向军  文劲松
* w5 S3 `$ \! o0 I0 R$ e（华南理工大学聚合物新型成型技术国家工程中心  华南理工大学—美国MoldFlow高级应用技术中心）

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) X+ F% G5 A' o  H" u  d4 O# T( `前言
/ F" K4 Z, c' O: \# i气体辅助成型技术作为新的注射成型工艺，是自往复式螺杆注射技术问世以来，注射成型工业最重要的发展之一，被业界誉为塑料注射工艺的第二次革命。与传统的注射成型相比，气体辅助注射成型技术有许多优点，如提高产品强度、刚度、精度，可消除缩痕从而提高制品表面质量，简化浇注系统和模具设计，减小产品成型应力和翘曲，节省塑料材料，解决大尺寸和壁厚差别较大产品的变形问题，降低注射压力和成型压力等。但是，影响气体辅助注射成型工艺的因素多，如注射温度、注射时间、熔体预注射量、充气工艺与位置、材料种类等。MPI/Gas通过对气辅成型过程进行模拟计算，帮助工艺人员确定合理的工艺条件，大大降低了产品的试模次数。

. ?/ Y$ J9 N) f一、MPI/Gas简介
  P( j% V8 K5 C2 \: r4 Z: Y8 s9 O与普通注射成型相比，气体辅助注射成型的工艺难度大，要求严格。由于气体的注入，使得塑料熔体在模腔中的成型行为发生显著变化，气体注入对塑料熔体的填充形式、模具冷却、制品的收缩和翘曲及最终的使用性能产生很大影响。 MPI/Gas能够充分考虑注入气体对制品的填充、保压、冷却、翘曲、应力的影响。
! }, t5 A* ~  d8 ^气体辅助注射成型技术中，选择合适的气体注入位置、延迟时间及压力是保证制品质量的关键因素。MPI/Gas能够对制品和浇注系统中设置单个或多个气体注入位置的情况进行分析，当通过多个位置注入气体时，可以设定相同或不同的延迟时间。对于气体注入的控制方法，MPI/Gas提供了压力控制和体积控制两种方法供用户选择。
MPI/Gas通过对气辅成型过程进行模拟计算，能够确定合适的注射量以避免吹穿，同时，确定避免短射、熔体前沿粘滞所需气体压力。考虑气体注入前的延迟时间以便使薄壁凝固，确定合适的气道尺寸，以优化填充工艺和气体注入工艺，并确定最佳的气道布局及控制气室长度。可以确定气体注入不良时的气室长度或其他与气体注入有关的质量问题。在此基础上，进一步确定气体穿透后制品最终的壁厚及制品最终的重量。
目前，气辅成型采用中性面模型进行分析，气辅成型的分析方法与普通注射成型的分析方法基本相同，本文不再赘述。与普通注射成型分析不同的是，在进行分析前，需要设定气体注入位置、延迟时间和气体压力。此外，由于制品的最终形状与气体注入工艺条件有关，这将必然影响制品的冷却、翘曲及制品的使用性能，因此，在进行冷却、翘曲、应力等分析前，首先要进行填充和保压分析。
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二、MPI/Gas的作用
MPI/Gas除了提供普通注射成型分析所得到的分析结果（在本讲座其他文章中已有专门论述）外，还为用户提供以下一些气体辅助注射成型所特有的结果。
! l  D' {% N9 {- m2 f(1)  气体的体积分数：在填充和保压过程中气体在模腔中的体积分数随时间的变化关系。
" `5 N) G4 a# G7 o$ P(2)  气体穿透时间  注入气体到达制品各部位的时间，是优化气体注入工艺的主要依据。
+ r2 e/ m- k- N(3)  制品中塑料层的厚度  制品厚度方向上塑料占整个厚度的比例随时间的变化关系。由于采用了中性面模型，软件还提供了制品的中性面两侧塑料层的厚度随时间的变化关系。这些结果为确定制品的质量（如是否存在手指效应、是否存在吹穿等）以及制度合理的注射工艺（如注射位置、熔体预注射量等）和气体注入工艺（如延迟时间、气体压力、注入位置等）提供依据。

$ s& s( A" `) N& |三、MPI/Gas应用实例
  Q/ {. ^& O( I2 m# U0 ?; I. `& T8 ]8 }图1为一制品的填充和保压分析得到的填充时间、气体穿透时间、制品中塑料层厚度比例的分布云图及气体体积分数随时间变化的关系。
1 E3 J( k( t) A. u8 ^; w# c; L(a)  填充时间
3 Q) M5 y" _/ P+ V  B
(b)  气体穿透时间
2 w" l$ P0 j( M; f' L- O6 c* ^
# ]: u' w3 `& A3 K1 |! E, g(c)  塑料层厚度比例

(d)  气体体积分数随时间变化
图1  流动分析得到的部分结果
8 C% i" a/ w7 V$ K3 E/ N
% b; z% z5 F  S2 n" N$ V) V3 b四、结束语
3 v7 W6 N: v" T& VMPI/Gas通过对气体辅助注射成型工艺的分析，帮助工艺人员制度合理的注射工艺和气体注入工艺，以及制品最终的质量。这对于优化工艺，降低制品成本，提高制品质量，具有重要的指导意义。