加工设备与应用
CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS
合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2017， 34（1）： 60
随着现代工业技术的快速发展，塑料制品占据了重要地位，特别是微孔泡沫材料；但微孔注塑成型是比较复杂的加工过程，微孔注塑模具的设计与制造以及注塑成型过程分析是量大而复杂的任务，单纯依靠设计人员的经验和模具工人的手艺很难保证微孔注塑制品的高精度要求。 现代计算机技术的迅猛发展给工业技术的发展提供了便利，可以很好地提高生产效率并且节约材料。其中，计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程技术的出现彻底改变了微孔注塑成型过程的分析方法，显著提高了微孔注塑成型过程仿真分析的效率和塑料制品质量。针对实际生产过程中出现的各种影响因素和最终制品出现的“三明治”结构等问题（见图1），通过Moldflow软件的模拟仿真分析［1］，解释了各因素的影响作用和泡孔结构产生分层的原因等，希望能对实际工业生产与制造提供指导作用。本工作以一款电脑上盖的流动模拟分析为例，研究了泡沫塑料制品出现的问题。
1 模型建立
要建立一个工程项目并进行仿真分析，首先
微孔注塑成型过程的Moldflow模拟仿真
韩 云，林有希
（1.中能电气股份有限公司，福建省福州市 350301；2.福州大学，福建省福州市 350108）
摘要：针对微孔注塑成型对塑料制品的影响和出现的问题，从仿真分析入手对制品成型特点进行分析和解释。采用Moldflow仿真分析软件对制品——电脑上盖进行微孔发泡成型过程的仿真模拟分析。在已有研究的基础
上，模拟分析各种因素对微孔发泡成型过程的影响，并解释各因素对泡沫制品产生的影响。分析论证了发泡剂、剪
切应力、摩擦能等对气泡成核的作用是真实存在的，它们共同对微发泡注塑成型的过程产生作用，以达到发泡成型
的目的。同时，给研发人员提供更优化的工艺参数设置方案，以缩短制品的研发周期。
关键词：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 微孔注塑 Moldflow软件 模拟仿真 残余应力
中图分类号：TQ 328文献标识码： B 文章编号：1002-1396（2017）01-0060-06
Moldflow simulation for microcellular injection molding process
Han Yun， Lin Youxi
（1. CEE Installations Co.，Ltd.，Fuzhou 350301，China；2. Fuzhou University，Fuzhou 350108，China）
Abstract： The characteristics of products of microcellular injection molding were analyzed by simulation in terms of effects and emerging issues of the process on the products. Moldflow software was used to simulate the manufacturing process of the product， the computer cover. The factors contributing to the process were simulated and analyzed based on previous studies along with those on the foam product. Analysis show that the impact of the blowing agent， shear stress and friction on the bubble nucleation exist， which play important roles in injection molding process. The optimization for the process parameters is offered to shorten the research and development period.
Keywords：acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer； microcellular injection molding； Moldflow；simulation； residual stress
收稿日期：2016-07-30；修回日期：2016-10-29。
作者简介：韩云，男，1989年生，硕士，2013年毕业于福
州大学机械制造及其自动化专业，现在从事高低压电
器研发工作。E-mail：hanyun8925@126；：
157********。
基金项目：福建省科技计划重点项目（2012H0024）。
第 1 期. 61 .
要建立制品的CAD三维模型［2］。制品的三维几何
模型是使用专业设计软件（Pro/E三维软件）绘制
的，其外形为380 mm×250 mm×8 mm的长方体，
平均壁厚为2 mm （见图2a ）。电脑上盖三维几何模
型见图2b。使用Pro/E三维软件中的相关命令将绘
制好的制品模型转换成模流分析软件能导入的光
固化立体造型格式文件，导入Moldflow软件中，通
过软件中的前处理模块、分析模块和后处理模块
对模型进行仿真模拟分析。
图1 微孔泡沫塑料制品的扫描电子显微镜照片（×100）Fig.1 SEM photos of microcellular plastic products a 电脑上盖实体 b 电脑上盖的三维模型
图2 电脑上盖实体及其三维模型
Fig.2 Physical body and 3D model of computer cover
2 网格划分精确的网格划分需要一定的工程分析经验，Moldflow软件中首先使用自适应功能进行划分网格，再根据经验进行改正，使划分完成后的网格满足要求，才能保证更准确地划分网格，实现模型分析结果的正确性。自适应划分完成的网格并不能满足要求，所以需要改正网格中的不合理部分，利用Moldflow软件中丰富的网格处理功能，对于自适应网格中不合理的部分进行自我诊断，后续手动修改处理，最后完成模型网格的划分，实现准确的 仿真分析。图3为修复后的网格划分，表1为修复后的网格统计，其中，模型匹配率为97.0%，远大于软件要求的85.0%，这些都是仿真分析结论准确性和实用性的必要前提条件［3-4］。图3 修复后的网格划分Fig.3 Meshing after restoration 表1 网格统计
Tab.1 Mesh statistics
项 目参数
三角形4 070
节点2 037
最小纵横比1.162
最大纵横比10.055
平均纵横比2.085
匹配百分比97%
相互百分比98.2%
母线框
品的理论浇口位置，设置成型工艺为微发泡注射成型，再根据本工作的研究目的、分析要求及准确性，设置项目进程为“填充+保压”来作为模型
分析的步骤。
由于要与实验相对应，以便可相互验证，故注
塑制品的原料是台湾奇美实业公司生产的牌号为
Polylac PA-757的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
（ABS ）工程塑料。
4 浇口确定
本工作选用的注塑制品——电脑上盖比较简
单，只需要采用单浇口就可以满足要求。模拟制
品直接使用前文分析出的理论浇口位置来进行
直埋电缆盖板仿真分析［5］。采用软件默认的成型工艺参数值，
根据前处理结果，可知制品的几何中心点就是最
韩 云等. 微孔注塑成型过程的Moldflow模拟仿真3 成型工艺及材料选择制品模型完成网格划分后，下一步要确定制
最好最差最高
最低
a 浇口位置
b 浇口匹配性
c 流动阻力指示器
图4最终浇口位置、浇口匹配性和流动阻力指示器
Fig.4 Final gate location，gate matching and flow resistance indicator
微孔发泡成型过程的仿真分析对制品模型进行前置处理，采用微发泡注射成型工艺，再根据实际问题点确定工艺参数（包括模具温度、熔体温度、注射速率、冷却时间、初始伯胺
整个计算过程由Moldflow软件的Moldflow Plasyic Insight(MPI)系图5 实体节点的选取
Fig 5 Selection of entity node
T2726号实体
T2458号实体
T2728号实体
T2186号实体
T164号实体
品的顶端位置，主要受动态因素影响，中间的实体
节点为对照点，据此到影响气泡成核的各种因素的作用机理。
填充时间/s 填充时间/s
a 动态云图
b 等值线图
Filling time
填充时间
分析超临界流体对ABS熔体的稀释和增塑作在其他工艺参数不变的情况下，设置N
积分数分别为0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，
a 0.4%
b 0.6%
c 0.8%
d 1.0%
图7N2体积分数不同时填充时间模拟的结果
悬浮机器人Fig.7Simulation results of filling time in different volume fraction of N
5.2 螺杆速率分析
为了保证熔体均匀的流动速率，选取分析结果推荐的注射速率为实际注射速率。在实际工作中以此注射速率进行指导，同时作为车间生产工艺参数修改的有效依据，有效地改善制品的充模提升制品整体质量。该螺杆推荐速率方
100
90
80
70
60
50
电加热反应罐
40螺
杆
转
速
变
化
率
，
%
a 芯部取向
b 表层取向
图9芯部和表层的熔体取向
毛发生长剂
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