基于Moldflow的車門零件注塑成型數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化

李 雅

（沈陽工學(xué)院，撫順 113122）

0 引言

隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展，塑料制品因其特有的質(zhì)量輕、價(jià)格低廉、絕緣耐腐蝕等性能，越來越多地被用于汽車零部件，在減輕車身重量和節(jié)約制造成本等方面發(fā)揮著重要作用。但是如果在注塑過程中工藝參數(shù)設(shè)置不合理，就會(huì)導(dǎo)致最后的塑料制品出現(xiàn)許多缺陷，甚至加工生產(chǎn)無法順利進(jìn)行，因此有必要在塑料制品生產(chǎn)前就對(duì)其注塑過程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而得到了優(yōu)化的注塑工藝參數(shù)，控制缺陷產(chǎn)生，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

1 車門零件建模及成型工藝分析

1.1 車門零件三維造型

車門零件產(chǎn)品三維圖如圖1所示，采用PP材料，其性能如表1所示。制件尺寸為45mm×28mm×15.7mm，壁厚不均勻，最大值為9mm，最小為0.7mm。車門零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，三個(gè)側(cè)壁均為通孔，給塑件的成型帶來了困難。用UG8.5軟件進(jìn)行三維造型后存成.prt格式，然后導(dǎo)入Moldflow2015中劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格形式設(shè)置為雙層面，進(jìn)行網(wǎng)格診斷和進(jìn)一步修復(fù)，將網(wǎng)格縱橫比修復(fù)減小為5.99，小于模擬分析要求的10，網(wǎng)格匹配率達(dá)到90%，高于模擬分析要求的85%。

圖1 車門零件三維造型

表1 材料性能

1.2 澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2.1 澆口位置設(shè)計(jì)

通過Moldflow分析最佳澆口位置位于節(jié)點(diǎn)N8757附近，即圖1所示孔1側(cè)壁附近，如果選該點(diǎn)做為澆口位置，則需要設(shè)置潛伏式澆口。由于該件為車門內(nèi)部零件，對(duì)表面光潔度沒有特殊要求，因此采用點(diǎn)澆口形式，將節(jié)點(diǎn)N8757沿Z方向移至制品表面，澆口設(shè)置如圖2所示。

圖2 澆口位置

1.2.2 流道設(shè)計(jì)

考慮生產(chǎn)效率及注射工藝要求，采用一模兩腔平衡布局方式（如圖3所示）。根據(jù)流道經(jīng)驗(yàn)公式和材料要求，設(shè)計(jì)主流道的直徑為大端6mm，小端3mm，長度為30mm。水平分流道為直徑4mm圓柱，垂直分流道大端4mm，小端2mm，澆口直徑1mm，高度0.8mm。

1.2.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冷卻系統(tǒng)采用均勻環(huán)繞冷卻（圖3所示），冷卻水道采用6mm直徑管道，水為冷卻介質(zhì)，恒溫25℃。回路雷諾數(shù)選擇默認(rèn)的10000。設(shè)置成型溫度為240℃，根據(jù)填充分析結(jié)果顯示，塑件的最高溫度為255.2℃，最低溫度為224.4℃，大于塑件凍結(jié)溫度，不會(huì)出現(xiàn)短射缺陷。冷卻結(jié)果顯示，冷卻液最高溫度25.24℃，最低是25.01℃，溫度相差較小，效果較好，滿足要求。澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。

圖3 澆注和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2 實(shí)驗(yàn)工藝設(shè)置及優(yōu)化

2.1 方案確定

翹曲變形程度是衡量塑件成型質(zhì)量的重要指標(biāo)。翹曲形成的基本原因是存有內(nèi)應(yīng)力，主要包括：冷卻不均、收縮不均、玻纖取向因素或是在塑件還沒有完全冷卻就頂出等[1]。在影響注塑件質(zhì)量的多個(gè)成型工藝參數(shù)中，模具溫度、熔體溫度、填充時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間和保壓壓力對(duì)收縮變形和翹曲變形影響尤為重要[2]，為了生產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品，可利用田口正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)工藝參數(shù)，觀察各因素對(duì)翹曲的影響因子大小。從這6個(gè)重要的影響因子中篩選出對(duì)產(chǎn)品翹曲變形有較大影響的4個(gè)變量，為每個(gè)變量設(shè)定了4組因數(shù)水平，如表2所示。

表2 正交因素水平表

選擇4個(gè)工藝建立4因素4水平的正交實(shí)驗(yàn)的L16(44)，結(jié)果如表3所示。

表3 正交實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

田口正交實(shí)驗(yàn)法可采用均值極差法進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果[3]。極差的大小反映因素對(duì)指標(biāo)的影響程度，極差越大表明該因素對(duì)指標(biāo)的影響越大，該因素的顯著性越強(qiáng)。極差分析結(jié)果如表4所示。

表4 翹曲變形的極差分析結(jié)果

由表4可知，影響翹曲變形的因素先后順序?yàn)椋喝垠w溫度(R) ＞模具溫度(M) ＞保壓壓力(L) ＞注射時(shí)間(Z)，繪制各影響因素的效應(yīng)曲線圖如圖4所示。由圖4可知：

1）翹曲值隨著熔體溫度升高而降低，說明在所選擇的范圍內(nèi)，較高的熔體溫度能緩解車門零件的翹曲問題；

2）翹曲值隨著模具表面溫度的升高而降低，較高的模具表面溫度更適合車門零件的注塑；

3）注射時(shí)間對(duì)翹曲值的影響比較復(fù)雜，在所選取的注射時(shí)間范圍內(nèi)，翹曲值呈波動(dòng)形態(tài)，并且變化幅度較小；

4）翹曲值隨著保壓壓力的增加而增加，表明過保壓會(huì)使塑料件脫模后的殘余應(yīng)力較大，造成塑料構(gòu)件翹曲變形嚴(yán)重。

圖4 各影響因素的效應(yīng)曲線圖

2.3 參數(shù)優(yōu)化

經(jīng)上述分析可知，工藝優(yōu)化組合為R4M4Z2L1，即熔溫取250℃，模溫取70℃，注射時(shí)間取0.8s，保壓壓力取30MPa，用Moldflow軟件對(duì)這個(gè)優(yōu)化組合進(jìn)行翹曲分析，所得的分析結(jié)果如圖5所示。分析得到最大翹曲量為0.2646mm。

圖5 參數(shù)優(yōu)化后的翹曲變形模擬結(jié)果

4 結(jié)論

1）對(duì)車門零件塑件采用四因子四水平的正交實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行模擬分析，以翹曲變形量作為優(yōu)化指標(biāo),得到優(yōu)化的工藝參數(shù)為：熔體取250℃， 模溫取70℃，注射時(shí)間取0.8s，保壓壓力取30MPa。

2）根據(jù)Moldflow數(shù)值模擬優(yōu)化出模具設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)并制造出車門零件注塑模具。

3）通過注塑實(shí)驗(yàn)，得到了合格的車門零件產(chǎn)品并進(jìn)行了批量生產(chǎn)，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的正確性并可以應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

圖6 生產(chǎn)出的車門零件產(chǎn)品

[1]王成珥,陳振,等.基于Moldflow的底座注塑成型數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化[J].塑料工業(yè),2016,44(10):34-38．

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