基于Moldflow軟件的電機轉子殼體注塑分析

趙凱 張磊

（惠而浦（中國）股份有限公司 安徽合肥 230088）

1 引言

傳統的注塑工藝及注塑成型的實際生產主要靠經驗來反復調試和修改，這樣不僅生產效率低，而且還浪費了大量的人力和物力。隨著計算機輔助工程技術（CAE）的應用，改變了傳統注塑設計的觀念，為注塑產品的研制及生產過程提供了一個高效率、低成本的途徑。Moldflow軟件就是該類軟件的代表之一。Moldflow可使設計人員避免設計中的盲目性，在模具加工前在計算機上完成“試模”工作，也可預測工藝參數對制品外觀和性能的影響，提高設計與生產的效率。本例將利用Moldflow軟件對電機轉子外殼注塑成型進行分析。本制品用于洗衣機電機外殼，通過CAE軟件對產品注塑成型過程和成型工藝進行模擬和分析，來確定澆口位置、數量及優化成型參數，并結合工程經驗應用于實際生產，提高產品競爭力。

2 模擬分析過程

2.1 建立分析模型

圖1 結構模型

圖2 有限元模型

轉子外殼的CAD模型利用UG NX軟件建立，并生成STL文件，然后導入到Moldflow軟件中進行模擬分析。圖形見圖1。

導入后首先進行網格的劃分，由于本例結構較為復雜，故采用四面體網格處理模型，塑件材料為PP+50%GF。網格統計顯示網格單元數為1145210個，節點數為201016個，連通區域為50個，其中包括49個嵌件。

2.2 確定澆口位置

設置分析序列為澆口位置分析，工藝設置中模具表面溫度和熔體溫度默認給定的推薦值，澆口定位器算法選擇高級澆口定位器。分析完成后，通過澆口匹配性選擇澆口最佳位置。

2.3 注塑成型分析

分析的基本流程包括建立新的工程項目，導入CAD模型，劃分網格和編輯網格，選擇分析類型，選擇成型材料，選擇澆口位置，設置工藝參數，創建冷卻系統和澆注系統，然后開始分析，最后生成報告。圖2為所分析有限元模型，包括制品、嵌件、冷卻系統、澆注系統。

2.3.1 充填分析

充填分析用于預測材料在模具內的流動，其分析結果主要有填充時間、速度/壓力轉換時的壓力、注射位置處壓力等。圖3為充填時間。

本例注射時間為2.561s，注射位置處的最大壓力出現在速度和壓力轉換時刻，曲線變化平穩，說明在熔體流動時沒有受阻。速度壓力轉換時的最大壓力為38MPa，也在注塑機的壓力范圍之內。

圖3 充填時間

圖4 翹曲優化流程

2.3.2 翹曲分析

翹曲分析可以用來預測整個模型的變形情況，并能夠得出各影響因素對變形情況的占比大小。我們可以根據圖4進行優化分析。例中總翹曲值為0.8978mm，中心位置變形量較大。

（1）變形，冷卻不均

冷卻不均影響到的最大翹曲值為9.313E-07mm，見圖5。其翹曲值占總翹曲值的百分比微乎其微，說明冷卻系統較為理想，冷卻不均不是影響翹曲的主要原因。

（2）變形，收縮不均

收縮不均影響到的翹曲值最大為0.7032mm，見圖6。其占比為為78.3%，顯然其為造成變形的主要原因，后續需進行保壓曲線及結構優化。

（3）變形，取向效應

取向效應影響到的翹曲值最大為0.1974mm，見圖7。其占比為為21.9%，顯然其為造成變形的次要原因。后續需進行模溫及保壓壓力調整。

圖5 冷卻不均變形

圖6 收縮不均變形

3 結合工程經驗及軟件模擬優化后的結構及工藝參數

通過對轉子外殼注塑過程的模擬分析，制件的注塑成型質量主要存在的問題是收縮不均及取向效應使得制品存在較大的翹曲值。因此應通過調整結構及工藝參數，來改善塑件的成型缺陷。結構的調整見圖8。

工藝參數的修改體現在：設置“注射時間+保壓時間+冷卻時間”的值為35s；調整保壓曲線，更改澆口直徑大小。分析計算結束，Moldflow重新生成了方案調整后的分析結果。

優化后結構最大翹曲值為0.6301mm，而中心位置處的變形量小于0.5mm，在設計的范圍之內，從而在方案改進上確定了方向。

翹曲變形在成型條件的設定因素中，主要取決于：（1）保壓時間及壓力；（2）塑料熔體溫度；（3）模具溫度。其中，保壓時間及壓力的影響最明顯。保壓壓力能使型腔內熔體在完全凝固前始終獲得充分的壓力和補料。通過模擬軟件可對成型過程及結果進行預測，減少失誤，從而確定方案和措施。

4 結束語

通過運用UG NX建立轉子三維實體模型，使用Moldflow確定了零件的最佳澆口位置。通過流動模擬分析，冷卻模擬分析及翹曲分析，發現缺陷，再針對缺陷修改工藝參數，減少缺陷。Moldflow軟件，特別是CAE技術的不斷應用，將會降低產品的成形周期，提高產品的質量，為企業帶來良好的經濟效益。

圖7 取向效應變形

圖8 優化結構

[1] 余衛東，陳建：注塑成型CAE技術計算機輔助設計與制造，2002

[2] 黃晨華.MoldFlo/MPI在注射模具優化設計中的應用[J].模具技術2005,(5):10-12

[3] 王鵬駒.塑料模具技術手冊[M].北京:機械工業出版社,1997

[4] 李建軍.模具設計基礎及模具CAD[M].北京:機械工業出版社,2005

[5] 張清.UG注塑模具設計與制造[M].北京:化工工業出版社,2005

[6] 單巖，王蓓，王剛.MoldFlow模具分析技術基礎，北京，清華大學出版社，2004

[7] 項輝宇.計算機輔助塑料模具設計和工藝改進，模具技術，2000

[8] Kikuchi H, Koyama K. The Relation between thickness and warpage in a disk injectionmolded from fiber reinforced PA66. Polym Eng Sci 1996:36(10):1317-25

[9] 陳曉平，王耘，胡樹根，宋小文.基于流動模擬技木的注塑成型工藝參數優化. 機械設計與制造,2005(02):68～69

[10] 龐罕，許超，王霞.手機外殼注射模CAE分析.模具工業,2004(5):28～30

[11] 周大路，何柏林，黃薇.Moldflow在注塑模設計中的應用.2005(08):26～27