基于Moldflow的薄壁殼體注塑件成型質(zhì)量分析

張?zhí)飿s，曹宏偉

（甘肅機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741001）

工藝條件對制品質(zhì)量的影響，在注塑成型過程中存在諸多非線性時變和不確定因素，是工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制的一大難點。翹曲變形、縮水、飛邊、熔接痕和尺寸變化等，是注塑成型中最常見的質(zhì)量缺陷[1]。引起這些缺陷的因素很多，除了材料自身性能外，塑件形狀、壁厚、注射壓力、注射時間、澆口形式、流動方向、冷卻速度和模具溫度等因素，對塑件的成型都會產(chǎn)生一定的影響[2]。本文以某薄壁殼體注塑件為研究對象，運用Moldflow軟件對注射成型過程進行模擬分析。

1 網(wǎng)格劃分

該件屬薄壁殼體類塑件，平均壁厚為2mm，選用材料為PC/ABS合金。將模型導(dǎo)入到Moldflow軟件中，采用雙層面（Dualplane）網(wǎng)格劃分，獲得2202個單元，最小縱橫比為1.16，最大縱橫比為5.9，平均縱橫比為1.82，匹配率為99.8%（大于90%），滿足分析要求，有較高的精確性，可進行完整的模流分析。經(jīng)過網(wǎng)格診斷、修復(fù)等前處理，得到的有限元模型如圖1所示。

表1 工藝參數(shù)

2 注塑成型質(zhì)量分析

設(shè)置工藝參數(shù)，進行模具模流模擬分析，研討可能出現(xiàn)的成型質(zhì)量問題。注塑工藝參數(shù)設(shè)計數(shù)據(jù)如表1所示。

圖2充填時間分析結(jié)果表示，充填時間和澆口位置有關(guān)系。離澆口距離越遠(yuǎn)，充填時間越長，頭部附近最后充填，可能會造成各型腔壓力不平衡，產(chǎn)生翹曲等缺陷；圖3流動前沿溫度分析結(jié)果表示，熔體前沿溫差為0.7℃，八個角部與其它地方顏色差別較大，可能會引起翹曲變形等缺陷；圖4熔接線分析結(jié)果表示，熔接痕多數(shù)在流動前沿溫度較高處；圖5氣穴分析結(jié)果表示，粉色小點就是氣穴，分布在頭部邊緣，試模時排除，對塑件基本沒影響；圖6回路冷卻液溫度分析結(jié)果表示，入口處冷卻液溫度為溫度25.04℃，出口處為 27.51℃，溫差為2.47℃，冷卻液溫差較小，滿足要求，不會產(chǎn)生冷卻不均導(dǎo)致的缺陷；圖7回路管壁溫度分析結(jié)果表示，管壁溫差為9.26℃，冷卻系統(tǒng)設(shè)計較為合理[3]。

圖8所有翹曲變形分析結(jié)果表示，翹曲變形較嚴(yán)重的地方在殼體邊緣處，變形量最大值達到0.4069mm，會影響殼體的平面度，其他地方翹曲值較小，且對稱分布。

3 翹曲變形原因分析

通過上述模擬分析可知，翹曲變形是主要缺陷。圖9分析了不同因素引起的翹曲變形在模腔中的分布情況，圖9a表示冷卻不均引起的翹曲變形，最大值為0.1073，集中在角部邊緣處；圖9b表示收縮不均導(dǎo)致的翹曲變形，最大值為0.5391mm，對稱分布，集中在頭尾兩端。圖9c表示取向效應(yīng)引起的翹曲值，最大值為0.3474，說明該材料纖維取向相對均勻[4]。

綜合上述分析結(jié)果，該薄壁殼體注塑件翹曲變形較大，影響產(chǎn)品最終質(zhì)量。為減小翹曲變形，可采取更換材料、調(diào)整模具結(jié)構(gòu)，優(yōu)化工藝參數(shù)等方法。優(yōu)化工藝參數(shù)途徑最為簡便經(jīng)濟。影響翹曲變形的工藝參數(shù)包括熔體溫度、保壓壓力、注射時間、模具溫度和保壓時間等，后續(xù)可著重優(yōu)化工藝參數(shù)[5]。

4 數(shù)值模擬可靠性驗證

設(shè)計工藝參數(shù)時，熔體溫度、模具溫度、保壓壓力等為經(jīng)驗數(shù)據(jù)，誤差不可避免。鎖模力、剪切速率及注射時間通過設(shè)計計算得到。數(shù)值模擬值與計算值相對誤差如表2所示。

表2 計算值與數(shù)值模擬值相對誤差

選擇鎖模力、二級分流道的剪切速率、注射時間模擬分析值為參考，與相應(yīng)的設(shè)計計算值進行比對得出相對誤差，判斷相對誤差大小以驗證數(shù)值模擬的可靠性，若相對誤差大小在5%左右，表明模型可靠[6]。通過表2可知，鎖模力、二級分流道剪切速率、注射時間的模擬值與設(shè)計計算值之間的相對誤差為5%～7%，本研究數(shù)值模擬可靠，可用于后續(xù)優(yōu)化。

5 結(jié)論

本文首先對某薄壁殼體進行注塑成型工藝參數(shù)設(shè)計，通過Moldflow模擬分析,檢驗工藝參數(shù)、澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)設(shè)計的合理性。除了翹曲變形較大，其它模擬結(jié)果相對良好，滿足設(shè)計要求。將工藝參數(shù)設(shè)計值與模擬值進行比對分析，驗證CAE模擬的可靠性，誤差在允許范圍內(nèi)，表明CAE模擬結(jié)果可靠，需進一步優(yōu)化工藝參數(shù)，該模擬結(jié)果可作為后續(xù)優(yōu)化的依據(jù)。