刘平平

（天水师范学院机电与汽车工程学院，甘肃天水741000）

1 引言

《塑料成型与模具设计》是材料成型及控制工程专业（模具方向）的重要专业必修课程。该课程主要讲述了注射成型的基本原理和普通注射成型模具的结构、原理与设计方法，同时对其它注射成型工艺和较常用的压注成型，挤出成型、气动成型等塑料成型工艺做了较详细的介绍。塑料种类繁多，性能优良，日益受到人们的重视，塑件在许多行业得到广泛应用，如汽车，电气，家电等行业。目前塑料成型理论不断的研究不断深入，成型技术不断完善，随着行业的发展，对模具技术和成型工艺也提出了更高的要求。在应用型本科办学理念下，材料成型及控制工程专业（模具方向）的重要专业课程《塑料成型与模具设计》如果按照传统的教学理念已经无法满足时代的要求。必须进行必要改革，其中在课程中引入模流分析软件和方法，能够使课程更好的满足时代发展的需要。

应用型本科，是指以应用技术类型为办学定位，而不是以学术型为办学定位的普通本科院校，是相对、区别于学术型本科的本科类型[1]。应用型本科教育对于满足中国经济社会发展，对高层次应用型人才需要以及推进中国高等教育大众化进程起到了积极的促进作用[2]。教育部改革方向已经明确：全国普通本科高等院校50%将转设为应用型本科院校[3~4]。

2 目前应用型专业普遍存在的一些问题

（1）强化实践教学还未形成一致普遍的理念。

（2）适应高素质应用型在应用型本科办学理念下，材料成型及控制工程专业（模具方向）的重要专业课程《塑料成型与模具设计》如果按照传统的教学理念已经无法满足时代的要求。必须进行必要改革，其中在课程中引入模流分析软件和方法，能够使课程更好的满足时代发展的需要。

3 目前主要的模流分析方法及软件

塑料模具可成型形状复杂、精度要求高的塑件，且生产效率较高，成本低，塑件质量较好。塑料成型是一个复杂的系统工程。由于高分子材料本身的特性以及塑件的复杂性与特殊性，再加上技术人员的局限性等因素，在塑料成型时很难选择最佳的高分子材料，很难精确地设置塑件最为合理的工艺参数，很难确定最优的工艺方案。技术人员根据以往的经验和简单计算设计模具、制定成型工艺，并通过试模判断设计的合理性，以便后期不断修正设计与制造缺陷。随着新材料和新成型方法的出现，技术人员所面临的问题更加突出。复杂的精密模具，技术人员无法综合作出判断，于是引入计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，简称CAE）成为必然。

塑料模具CAE技术为优化模具设计、控制塑料成型过程、获得理想的塑件提供科学依据和设计分析手段[5]。

目前常用的模流分析软件有：

（1）Autodesk MoldFlow注射成型仿真分析软件是全球公认的注塑行业标准，是用户首选的理想优化工具。利用Autodesk MoldFlow，客户可以在模具制造之前对塑件和模具的设计进行充分的仿真、优化和分析，并通过对材料设计、结构设计、模具设计、工艺设计等方面的综合优化，实现高质量和低成本的完美结合，进而实现企业效益与社会效益的完全统一。

（2）Moldex3D软件，Moldex3D是目前应用最广泛的高效能模流分析技术，除可以模拟分析热塑性塑料在充填保压、成型冷却、纤维配向及塑件翘曲等注射成型情形外，还提供多材质射出成型（MCM）或反应射出成型（RIM）等特殊制程的模拟分析。

这两款软件，各自有自己的特点，在本校教学中，主要使用MoldFlow软件进行分析。

在模具设计中引进计算机辅助系统已经成为必然，在设计中计算机辅助系统可以提高生产效率，保证塑件质量，降低生产成本，减轻劳动强度。尤其是在本科专业课程中引入此类软件，更能使学生很好的掌握该课程的学习。

4 MoldFlow软件在课程中的应用

在《塑料成型与模具设计》课程中，成型工艺及模具设计是否合理，可以根据现有的知识进行初步的判断，但是判断是否合理要进行大量的实验验证，如此导致的后果将是极大的增加设计制造的成本，引入模流分析软件之后，可以很形象的解决以上问题，并且相对成本很低。MoldFlow软件模流分析过程见图1所示。

图1 典型的流动分析步骤

MoldFlow能够对注射成型从塑件设计、模具设计到成型工艺提供全面和并行的解决方案。

在塑料工艺及模具设计中，由于成型过程复杂，影响因素较多，所以依靠经验很多设计或多或少都存在问题。现列举几个设计和工艺中的问题，对这些问题来说，如果引入MoldFlow模流分析软件，将大大简化过程，对于软件来说，其应用途径较多，现就几个点举例说明。

（1）最小壁厚问题。塑件的厚度应同时满足强度与刚度要求及工艺性要求。对成型工艺而言，冷却时间与塑件壁厚的平方成正比，但当壁厚小于0.5mm时，冷却时间反而会延长。壁厚过小，成型时流动阻力大，熔体难以充满型腔，脱模时易引起塑件变形。因此，塑件规定有最小壁厚值，它随塑料品种及塑件大小不同而异，热塑性及热固性塑件最小壁厚及推荐壁厚有所不同。但壁厚也不能过大，否则不仅浪费原料，降低生产率，而且容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷，影响塑件质量。

塑件厚度确定时应考虑因素：塑件的尺寸大小和结构特性；塑件所受冲击力的均匀分散程度和脱模斜度；塑件在使用、储存和装配过程中所需的强度；最终尺寸稳定性和外观；成型时的充模流动性；脱模时塑件强度、变形、硬化、脱模等情况。

同一塑件的壁厚应尽可能保持一致，否则会因冷却不均而产生附加内应力，使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂。塑件局部过厚，其外表面会出现凹痕，内部会产生气泡。如果结构要求必须有不同壁厚时，最小壁厚与最大壁厚的比值不应超过1：3，且应进行适当的圆弧过渡以减缓厚度的突然变化。

由此可以看出最小壁厚的选择和判断如果仅仅依靠经验和上述理论来说很难完美，对初学者来说难度将更大。

如果教学中引入模流分析软件将大大降低分析难度，如姬和平[6]等优化轿车继电器保险盒盖注射模通过MoldFlow模拟分析并确定浇口位置及塑件壁厚改善优化，具体分析浇口位置、数量、壁厚对塑件的填充和缺陷的影响，通过分析得出了最佳壁厚，如果仅仅依靠经验将无法实现，从这个角度来看在课程中进入模流分析软件将是必然。也是符合工业发展的需求的。

（2）浇口位置选择问题。浇口位置关系到塑件的质量，且和很多因素有关，在选择浇口位置和类型时要注意下列问题：①避免产生喷射流，良好的流动充模应保证型腔的均匀充填，并防止形成分层，熔体通过一个狭窄的浇口充填一个相对空旷的型腔时，将出现急流喷射，从而可能造成塑件表面缺陷、流痕、熔体破裂及夹气；②考虑取向的影响，一般情况下，希望注射成型出的塑件各向同性，但塑料熔体在流动充模时因受剪切作用会产生流动取向，使塑件在垂直于取向的方位上强度降低，并容易产生应力开裂，因此，设置浇口时，要尽量避免使熔体的取向方位与可能的受力方向垂直；③尽量缩短流动距离，应保证熔体迅速和均匀地充填型腔，不要使流程过长，从而避免和减少因取向应力和收缩不均造成翘曲，对于浅平的大型塑件，应采用多个点浇口或薄片式浇口；④流动距离应该尽量平衡，对于体积较大的箱体或框形塑件，如果只能用一个浇口，应尽量把浇口设置在能使熔体弯折减少、流程较短的部位；⑤应有利于流动和补缩，当塑件壁厚相差较大时，为減少流动阻力，保证压力有效地传递到塑件厚壁部位以减少缩孔，应把浇口开设在塑件厚壁处，这样还有利于填充补缩；⑥有利于排气；⑦减少浇口对塑件外观的影响；⑧减少熔接痕对塑件强度的影响，熔接痕是熔体在型腔中汇合时产生的接缝，熔体在形成接缝时的温度越低，熔接痕的强度越低，从而影响塑件的使用性能，选择浇口位置时，应考虑熔接痕的数量、强度和方向；⑨避免料流挤压细长型芯；⑩不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口。

由以上可以看出浇口位置的影响因素较多，对设计者和初学者来说都较为困难，而引入MoldFlow软件可以很好的解决上述问题，极大的降低模具开发难度和开发周期，有利于模具成本的降低。

5 结束语

在应用型本科的大环境下，作为工科专业的一门专业必修课来说，仅仅依靠现有教学手段已经无法满足社会对专业的要求，必须引进新的专业手段，在《塑料成型与模具设计》课程中，引进模流分析软件作为辅助教学的手段，可以有效提高课堂的质量，对一些工艺和模具设计中无法量化的影响因素可以很好的模拟，对提高设计的可靠性和知识的理解具有很大的意义，无疑将会成为一个很好的尝试。