1 前言

注射成型過程中，塑料熔體在模具型腔內的流動、傳熱過程是非常復雜的物理過程。利用注射模CAE 技術可在模具制造之前，對模具設計方案進行分析和模擬來代替實際的試模，預測設計中潛在的缺陷并及時修改。通過CAE 模擬分析，最大限度地預測并修正產品設計、模具設計及制品成型過程中可能出現的不足，取代傳統的反復試模、修模等過程，從而降化產品制造成本，縮短產品開發周期，對實際生產具有重要的指導意義。

2 產品分析

某手機下蓋，采用的材料為PC，幾何尺寸為：84mm×43.6mm×9.3mm，平均厚度為1.4mm，最厚處為2.2mm，最薄處僅為0.55mm，產品壁厚分布如圖1所示。

圖1 產品厚度分布

3 模流分析原始方案

模具設計原始方案采用三板模，以三個直澆口直接進澆，加工成型條件見表1。利用MoldFlow的MPI軟件對充模過程中的流動、保壓、冷卻和收縮、翹曲進行模擬分析，通過分析可以發現當前方案可能出現如下幾個問題。

(1) 流動不平衡、結合線、包封產生。

如圖2 所示為流動波前85%圖，可以發現澆口徑向充填并非均勻流動，在靠近薄壁部位呈現遲滯，有流動不平衡的情況。

圖2 流動波前85%圖

如圖3 所示為流動波前等位線圖，可以發現圖中有部份等位線過密情形，表示此區流動阻力較大，塑料流動通常往流動阻力小的區域流，最后才回填流動阻力較大的區域，造成流動末端有結合線與包封產生，有時甚至有短射之慮。

圖3 流動波前等位線圖

如圖4 所示為充填/中心溫度分布圖，平均溫度在308℃，而上方澆口附近出現255℃的溫度，差異過大，末端結合線將非常明顯。

圖4 充填/中心溫度分布圖

(2) 保壓效果不良。

圖5 為中心溫度分布圖，分布范圍在42.6℃~322℃之間，大部分塑料溫度在130℃左右，都低于塑料本身的不流動溫度。表示保壓結束瞬間塑料受冷模影響，熱傳效應明顯，塑料迅速降溫凍結。

圖5 保壓分布/中心溫度分布圖

如圖6 所示為壓力分布圖，壓力分布范圍由澆口127MPa 至流動末端已降為0MPa，壓降過大，壓力傳遞不良，無法補充縮水區之塑料，反而使澆口處殘留應力增加。

圖6 保壓/壓力分布圖

( 3) 縮水情況產生。

如圖7 所示體積收縮率分布圖，澆口附近體積收縮率為( - 2.02%) ，表示有膨脹的情況，遠離澆口之體積收縮率最大為( 5.86%) ，表示縮水情況的發生，當保壓結束瞬間塑料有膨脹與縮水情況同時發生時。

圖7 保壓/體積收縮率分布圖

4 模流分析- 設計優化

針對縮水問題的改善方式有許多，以下建議3 個方案提供參考。

(1) 成型條件變更。

變更成型條件如表2，降低保壓時間，使澆口保壓階段塑料溫度提升，增加保壓壓力，因保壓壓力需足夠克服澆口阻力進行縮水補償。

通過分析，可以從中心溫度分布圖5發現，分布范圍由47℃~327℃，大部分塑料溫度提升至166℃左右。

由壓力分布圖6 上可以發現，新方案的壓力分布澆口壓力為156MPa，流動末端提升為37MPa，表示壓降變小。

從體積收縮率分布圖發現，體積收縮率分布范圍由( - 2.57%~3.92%) ，膨漲的情況稍增，縮水率則下降。

( 2) 產品設計變更。

澆口區域過薄，所遭受的流動阻力甚大，因此大的壓降會消耗許多射出壓力，因此增加進澆處產品壁厚，由0.55mm 改為0.65mm，使熔塑流動阻力降低，采用如表2 的成型條件進行模擬分析。

由充填/中心溫度分布圖4 所示，平均溫度在309℃，上方澆口附近提升為290℃的溫度，使塑料分布較均勻。

由保壓/中心溫度分布圖5 所示，大部分塑料溫度提升至171℃左右。

由保壓/壓力的分布圖6 所示，澆口壓力分布范圍為159MPa，流動末端提升為48.2MPa，表示壓力有效傳遞。

從分析結果顯示的體積收縮率分布圖上可以發現體積收縮率分布范圍為( - 2.45%~3.32%) ，膨脹的情況稍增，收縮率則有明顯的下降。

( 3) 模具設計變更。

為使達流動平衡，增加一組進澆點，如圖8 所示為新方案的澆道配置變更圖。通過增加工澆口可以平均分擔模穴的充填與保壓壓力的傳遞，使塑料溫度提升，黏度降低，流動阻力變小。采用如表2 相同的成型條件進行模擬分析。

圖8 澆道配置變更圖

如圖9 所示為充填/中心溫度分布圖，平均溫度310℃，上方澆口附近提升為305℃的溫度，使塑料分布相當均勻。

圖9 充填/中心溫度分布圖

如圖10 所示為保壓/中心溫度分布圖，大部分塑料溫度提升至171℃左右。

圖10 保壓/中心溫度分布圖

如圖11 所示為保壓/壓力分布圖，壓力分布范圍在澆口處為160MPa，流動末端提升為57.4MPa，表示壓降變小。

圖11 保壓/壓力分布圖

如圖12 所示為新方案的體積收縮率分布圖，體積收縮率分布范圍由( - 2.42%~3.00%) ，膨脹的情況稍增，縮水率有大幅度的降低。

圖12 體積收縮率分布圖

5 結束語

通過分析對比，可以發現經過多次優化后，通過增加進料點，以相同的流速，使塑料溫度均勻分布，壓力均勻傳遞，壓降變小，讓各澆口有效發揮，使縮水率降低。

模具廠在采用按照新方案進行模具設計與制造，生產的產品一次試模成功。產品基本沒有縮水問題，結合線也不明顯。在澆口區域局部有過度膨脹情況，因為此區是貼紙的區域，并不影響外觀。