基于Moldflow注射產(chǎn)品成型缺陷翹曲的研究

俞 蓓，汪禾青

(1.安徽機電職業(yè)技術學院 機械工程系，蕪湖 241002；2. 蕪湖市政府第二招標采購代理處，蕪湖 241000）

0 引言

市場經(jīng)濟環(huán)境下，塑料產(chǎn)業(yè)的快速興起使得我們生活生產(chǎn)中出現(xiàn)了許許多多的塑料注射產(chǎn)品，這類產(chǎn)品顏色繁多、生產(chǎn)成本低、使用性能好，成為目前眾多商品的基礎件。但是，注射產(chǎn)品在成型過程中可能會出現(xiàn)翹曲、熔接線、氣穴等成型缺陷，從而影響產(chǎn)品的尺寸、精度，甚至會是產(chǎn)品成為廢件。為了提高產(chǎn)品的注射成型質量，就必須對產(chǎn)品注射成型的過程進行嚴格的控制。傳統(tǒng)方法就是對塑料注射產(chǎn)品進行反復的試模，分析產(chǎn)品成型質量從而對其成型工藝及模具結構進行優(yōu)化，直到產(chǎn)品的成型質量得到保證為止[1]。這種傳統(tǒng)方法浪費了大量的時間、人力、物力，增加了產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)成本，不利于企業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)在，對于一些出現(xiàn)成型缺陷的產(chǎn)品可以不再采用傳統(tǒng)試模的方法，而是利用注射模具CAE對其成型過程進行模擬分析，從而找出問題優(yōu)化成型方案。本文將利用注射模具CAE分析軟件Moldflow對PBT塑料小連接板的成型缺陷翹曲進行分析，從而優(yōu)化產(chǎn)品的成型方案，提高產(chǎn)品成型質量。

1 建立產(chǎn)品模型

Moldflow軟件是有限元分析軟件中的一種，所以首先要對產(chǎn)品進行有限元模型的建立。為了得到更為準確的分析結果，對產(chǎn)品CAD模型進行適當?shù)奶幚怼⒑喕S后將其轉化成.stl格式導入Moldflow中，生成網(wǎng)格模型[2]。經(jīng)過反復的修復，得到符合模擬分析要求的產(chǎn)品模型，匹配的百分比為90.0%，相互百分比為92.1%，如圖1、圖2所示。

2 產(chǎn)品成型缺陷的研究

2.1 產(chǎn)品原始成型方案簡介

本產(chǎn)品為小家電上的一個小連接板，PBT塑料，采用一模一腔生產(chǎn)，成型過程正常，但成型結束之后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品產(chǎn)生了一定的翹曲變形，并且該變形量已經(jīng)嚴重影響到產(chǎn)品的裝配。所以必須對其翹曲變形量進行分析研究，優(yōu)化已有注射成型方案。

圖1 產(chǎn)品模型

圖2 網(wǎng)格統(tǒng)計結果

2.2 產(chǎn)品翹曲變形量分析

對產(chǎn)品進行翹曲變形量分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品總的變形量為0.0741～1.572mm，如圖3所示；產(chǎn)品X方向的變形量-0.2715～0.2515mm，如圖4所示；產(chǎn)品Y方向的變形量為-1.005～1.019mm，如圖5所示；產(chǎn)品Z方向的變形量為-0.7374～1.238mm，如圖6所示。

圖3 產(chǎn)品總變形量

圖4 X向變形量

圖5 Y向變形量

圖6 Z向變形量

通過上述分析，我們看出產(chǎn)品產(chǎn)生的總變形量[3]在X、Y、Z三個方向上，Y方向所占的比例最大，由此可見產(chǎn)品出現(xiàn)翹曲變形主要在Y和Z方向上，因此控制Y向和Z向的翹曲變形量是解決產(chǎn)品翹曲缺陷的關鍵。接下來對產(chǎn)品產(chǎn)生翹曲的各個因素進行分析，以便于尋求影響產(chǎn)品的主要因素。通常影響產(chǎn)品翹曲變形的主要因素有三個：體積收縮不均勻、冷卻不均勻與取向不均勻，分別如圖7～圖9所示。

圖7 冷卻產(chǎn)生的總變形量

圖8 收縮產(chǎn)生的總變形量

圖9 取向產(chǎn)生的總變形量

圖10 優(yōu)化后的產(chǎn)品總變形量

通過上述分析，我們看出，冷卻因素產(chǎn)生的總變形量最大為0.0141mm；收縮產(chǎn)生變形量為0.2293～1.608mm；取向因素產(chǎn)生的總變形量為0.0367～0.4550mm。分析比較得出結論[4,5]，產(chǎn)品在成型過程中由于收縮造成的變形量在總變形量中所占的比例最大。綜上，要解決產(chǎn)品的翹曲變形，主要是減小產(chǎn)品Y、Z向上由收縮不均產(chǎn)生的變形量。

2.3 產(chǎn)品翹曲缺陷優(yōu)化的途徑

對上述產(chǎn)品出現(xiàn)的翹曲變形進行分析，產(chǎn)品的形狀呈細長狹窄形，中間有多數(shù)側扣，收縮時容易產(chǎn)生各向的收縮不均；加上本產(chǎn)品采用的一模一腔成型，這樣也容易出現(xiàn)收縮時各向不均的情況。所以，將本產(chǎn)品布置成一模兩腔的成型方式[6,7]，考慮到產(chǎn)品本身的形狀特征以、澆口的設置及模具設計制造的成本等問題，我們將產(chǎn)品布置成一線排列的形式。隨后，對重新調整后的產(chǎn)品進行翹曲變形量分析，看是否可以改善之前較大的翹曲變形量，分析結果如圖10～圖13所示。

圖11 優(yōu)化后的產(chǎn)品Y向變形量

圖12 優(yōu)化后的產(chǎn)品Z向變形量

圖13 優(yōu)化后的產(chǎn)品收縮產(chǎn)生的總變形量

通過產(chǎn)品型腔數(shù)目的改變之后[8]，我們針對上述結果對比看出，優(yōu)化后的產(chǎn)品產(chǎn)生的變形量為0.0587～1.3741mm；Y方向的變形量為-0.8853～0.8907mm；Z方向的變形量為-0.6143～1.075mm；收縮產(chǎn)生變形量為0.2221～1.412mm；影響產(chǎn)品出現(xiàn)翹曲變形的主要因素收縮產(chǎn)生的變形量有所減小，并且Y、Z兩方向上出現(xiàn)的翹曲變形量也明顯減小。

3 結束語

利用模具CAE軟件Moldflow對塑料產(chǎn)品進行模擬分析，我們得到結論，對于該PBT小連接板的成型，采用一模兩腔的注射成型方式比原本一模一腔時，更加合理，有效的減小了成型中出現(xiàn)的翹曲變形。通過試模生產(chǎn)，優(yōu)化后的產(chǎn)品翹曲現(xiàn)象明顯改善，可以滿足裝配要求。這一模擬分析方法有效的提高了企業(yè)的工作效率，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，為塑料注射產(chǎn)品的快速有效生產(chǎn)夯實了技術基礎，帶來了巨大的社會經(jīng)濟效益。

隨著注射模具市場的快速發(fā)展，未來塑料產(chǎn)品的高效生產(chǎn)是企業(yè)發(fā)展的方向，其CAE軟件Moldflow的應用與推廣將會掀起一場大的變革。其快速、全面的分析將整個產(chǎn)品的注射過程細致地展現(xiàn)在模具工作者面前，為他們的工作提供了便捷，同時也保證了產(chǎn)品的質量，控制了生產(chǎn)的成本。塑料注射產(chǎn)品的發(fā)展在模具CAE技術Moldflow多功能全方位分析的輻射下將登上一個新的巔峰。

[1] 張琦,王強.Moldflow軟件在手機外殼注塑模具設計中的應用[J].模具技術,2011(04).

[2] 宋燕星.汽車復雜零件注塑模具CAE[D].哈爾濱理工大學,2005.

[3] 李雯雯,盧軍,劉洋.Moldflow軟件在注塑模具CAE中的應用[J].工程塑料應用,2009(09).

[4] 段賢勇.大型熱流道注射模具CAD/CAE技術應用研究[D].合肥工業(yè)大學,2011.

[5] 王乾.基于Moldflow的電機蓋注塑成型分析[J].輕工機械,2012(03).

[6] 鄒永生.基于流動模擬的注塑成型澆注系統(tǒng)優(yōu)化設計與缺陷控制 [D].浙江大學,2005.

[7] 皮赳燕.塑料椅子的注射成型參數(shù)優(yōu)化[D].湖南大學,2007.

[8] 湯宏群,蘇廣才.MoldFlow在注塑成型中的應用[J].廣西大學學報(自然科學版),2003(06).