關于模流分析在解決含嵌件塑件微裂紋中的應用

張小利

摘要：含有金屬的嵌件安全帶扣經過注塑之后成型，如果有開裂的現象產生，就意味著存在質量問題，其主要的原因是技術不過關。塑件被注塑成型之后分析帶金屬嵌件需要采用模流分析技術，明確不是熔接痕之處開裂，而是由于不均勻收縮導致的，此時引起熱應力，導致開裂。所以，更改塑件結構設計是非常必要的，以有效解決含金屬嵌件塑件的裂紋問題，成型周期縮短，生產效率有所提高。本論文著重于研究模流分析在解決含嵌件塑件微裂紋中的應用。

關鍵詞：模流分析;解決;含嵌件塑件;微裂紋;應用

中圖分類號：TQ320.662? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）24-0115-02

0? 引言

在進行注塑成型的過程中將金屬嵌件加入，就等于是在模具中裝配，與傳統的塑膠成型技術相比較，不良模式依然存在，不良率也沒有下降。為有效控制生產中的不良率，對成型缺陷采用模流分析技術，可以起到預測的作用，使得制品的不良率大大降低。通過對這方面的問題進行深入研究，關于這方面問題的研究，重點分析注塑件缺陷的問題。國內外人員針對這方面的問題進行研究，對于解決開裂缺陷問題，已經獲得了成果。

1? 研究綜述

國內對含嵌件塑件微裂紋的解決方案進行研究已經獲得一定的成果。

肖國華等人針對這方面的問題進行研究，明確將模流分析技術充分利用起來，優化設計塑件的結構，使得某汽車安全卡扣帶鋼制嵌件注塑產品所存在的開裂問題得到解決，主要采用的解決方法是充填法。

王瑞歌等人針對這方面的問題進行研究，在分析的過程中采用了Moldflow軟件，針對帶玻璃嵌件的塑件注塑成型情況進行分析，明確采用預變形量可以對變形的問題以及開裂問題予以解決。其中，Moldflow軟件是最為專業的注塑成型軟件之一，該軟件的界面流暢，處于運行狀態的時候速度是很快的，與其他的仿真類軟件存在相似之處，其功能是非常強大的。Moldflow軟件為全自動化操作，采用實驗的方法進行設計，驗證注塑模具的流程和注塑成型流程，使得企業產品生產質量有所保證，生產效率大大提高。

阮育煌等人針對這方面的問題進行研究，應用計算機輔助工程技術對帶金屬嵌件的薄壁塑件注塑成型方面的問題進行分析，優化注塑成型過程，通過對工藝參數予以調節使得塑件的變形問題得以解決。

林權等人針對這方面的問題進行分析，采用正交試驗方法分析帶金屬嵌件塑件形成的問題，重點研究手機面板所存在的翹曲變形問題。

國外對這方面問題的研究更加深入一些。

Miklavec等人針對這方面的問題進行研究，將汽車制動踏板作為主要的研究對象，在其研究結構中將帶金屬嵌件的塑件所存在的連接問題予以解決。Jin等人針對這方面的問題進行研究，采用軟件組合的方式，即將Moldflow軟件、Abaqus軟件和Deforrn軟件相互結合，對手機框架采用數值模擬方法進行分析，特別是含金屬嵌件，在注塑成型的過程中經過保壓過程和冷卻過程之后，會有殘余應力產生，經過對注塑成型方面的問題進行預測，變形情況等同于試驗結果，而且對于工藝予以優化。

Jin等人對這方面的問題進行研究，對含金屬嵌件的智能電話基板進行分析，明確工藝鏈中從鑄造到注塑的內容。如果塑件產生微裂紋，熱應力是重要的引發原因。所謂的“熱應力”，就是在改變溫度的時候，物體受到外在約束的影響以及內部各部分之間所儲存在的相互約束的影響，由于其無法完全自由脹縮，就會有應力產生。這種應力也被稱為“變溫應力”。由于約束程度不同，熱應力也存在不同，而IE隨著約束程度的增加，熱應力也相應地增大。材料存在線膨脹系數，彈性模量會隨著溫度的變化產生變化，泊桑比也會隨著溫度的變化而有所變化。

Chen等人針對相關問題進行研究，主要采用模型分析法，其將無定型塑料的熱應力分析模型構建起來，當塑件被頂出之后，處于常溫環境中逐漸冷卻，就會有熱應力，此時在塑件的內部有殘余應力存在并已經重新分布，就會導致塑件變形，嚴重的情況下會導致塑件開裂的問題存在。如果不及時處理，會導致不良后果。

使用含金屬嵌件的塑件的時候會有微裂紋產生。為了將這個問題有效解決，采用Moldflow分析軟件，使得微裂紋問題得以有效解決[1]。

2? 模型的建立

在構建模型的時候需要將幾何模型和網格模型建立起來，對帶金屬嵌件塑件進行分析。在構建模型的時候，需要考慮到零件的產量和注塑機所具備的能力，使用的模具結構為一模四件的。包括金屬嵌件在內的零件規格是29mm×61mm×15mm。零件的厚度分布非常不均勻，零件最厚之處是8mm，零件最薄之處是0.5mm。在構建模型的時候采用3D模型。使用Hypermesh軟件和MPI軟件建立模流分析模型，具體而言，是將CAD模型傳輸到Hypermesh軟件當中，使用Manufactu-ring Solutions中的Molding模塊建立模型，Molding模塊與MPI軟件之間有用于接線的接口。在Hypermesh軟件當中，通過修整幾何模型，將其劃分為網格，之后將udm的格式輸出，將改文件格式向MPI軟件導入，在MPI軟件中所使用的網格在規格上與Hypermesh中的網格等同，而且確保網格質量與規定相符合要求，之后3D網格形成。part insert是金屬嵌件的部分網格屬性。這種零件金屬嵌件材料是$304，塑料部分的材料是ABS。材料的性能見圖1。

按照原始的設計方案將模流分析模型建立起來，應用3D實體網格，使用冷流道澆口進澆模具和潛伏式澆口進澆模具。

3? 微裂紋產生的原因

在檢查金屬嵌件的時候，發現塑件有微裂紋出現，主要是由于塑件承受了很大的應力，或者應力過于集中在一個位置，不能及時分散，這個時候也會出現這種質量缺陷。如果注塑產品的造型的設計存在不合理之處，對于模具沒有合理設計，采用不正確的成型工藝條件，或者沒有選擇適當的注塑機，就會使得產品內部產生很大的內應力。產品存在內應力是由很多因素導致的，非常復雜，在分析的時候需要結合試驗的方法進行，對內應力產生的原因準確定位，采取相應的技術措施處理。

為了控制好工藝成本，需要對工藝參數的調整予以考慮，比如，將澆口的位置進行更改，如果在這項操作中受到模具結構的限制，可以采用微調法確定澆口位置。但是，這種方法也存在缺陷，即不能從根本上解決問題，最終決定采用更改產品設計的方法。將設計方案進行修改，改變工藝方法，才能使得微裂紋缺陷問題得以徹底解決。具體的工作中，需要對熔接痕位置加以驗證，根據驗證的結果對注塑制品設計修改。修改完畢還要經過試驗，做好調試工作，直到各項指標合格為止。

3.1 熔接痕位置驗證

將熔接痕的位置確定下來之后，根據原模具設計方案進行分析，發現熔接痕的位置與微裂紋的位置不在一處，而是存在一定的距離，而且熔接痕處塑料熔體的溫度不會超過塑料的熔融溫度，熔接痕符合設計要求，由此可以判定，熔接痕不是導致產品開裂的主要原因。

3.2 注塑制品設計修改

由于體積溫度應力的存在，使得帶金屬嵌件產生開裂。體積溫度應力是在制件冷卻的過程中產生的不均勻收縮。當帶金屬嵌件的塑件成型的時候，由于兩種材料的線膨脹系數不相等，就會產生收縮應力，使用預熱金屬嵌件就可以使得應力降低。但是，如果零件設計缺乏合理性，就不能通過預熱金屬嵌件解決熱應力問題[2]。

4? 結果和討論

對于原設計方案進行冷卻分析，對更改的設計方案也進行冷卻分析，將兩者的分析結果予以比較。當冷卻時間相同而且其他的工藝參數相同的時候，對設計前頂出時零件的溫度與設計后頂出時零件的溫度分析情況進行分析。設計前零件溫度的最高值是180.70℃，零件溫度的最低值是51.56℃，將設計更改之后，零件溫度的最高值是130.30℃，溫度的最低值是31.37℃，設計更改之后，不僅零件的溫度有所降低，溫差也明顯減少。按照原來的設計方案，由于零件的內部溫度與外部溫度之間的差值比較大，內部收縮與外部收縮存在不均勻的現象，就會有體積溫度應力產生，導致產品產生內應力。

當設計被更改之后，零件截面上溫度均勻分布，更改之后的設計溫度與原設計溫度相比較要小很多。

另外，當零件100%冷卻的過程中，頂出溫度已經達到8℃的時候，對更改之前的設計與更改之后的設計進行冷卻分析，比較分析的結果，可以明確，更改之前的設計冷卻時間為110s，更改之后的設計冷卻時間是65s，可見，更改之后的設計冷卻時間縮短了45s。更改之后的設計不僅使得塑件內部的溫度差減小，而且冷卻的時間也大大縮短，使得成型周期縮短，生產效率提高了，產品的質量也大大提高[3]。

5? 結束語

通過上面的研究可以明確，含金屬嵌件的塑件如果存在裂紋，造成這種缺陷的原因有很多，要確定問題的根源，就需要深入分析，將解決辦法提出來。在查找裂縫原因的時候應用模流分析技術，以分析結果作為依據，就可以將解決問題提出來。本文的研究中，明確更高帶金屬嵌件的塑件設計，使得裂紋問題得以有效解決，塑件的成型周期縮短了，生產效率有所提高。在對于模流分析技術，在設計產品的階段就要引入使用該技術預測缺陷，可以避免走彎路，廢品率也會相應地減少，模具設計成本和生產制造中所投入的成本也相應地減少，有效規避開裂風險。本文的研究中，采用更改塑件設計的范式，零件的厚度減小了，冷卻時間大大縮短，解決了塑件裂紋缺陷，保證最終生產的制品質量合格。

參考文獻：

[1]喬松，朱建新，呂寶林，等.微裂紋群損傷的超聲非線性評價數值仿真[J].無損檢測，2020（04）：50-55.

[2]鄧文華.監護儀殼體上金屬嵌件立柱開裂的分析研究[J].醫藥衛生（全文版），2016（11）：182-183.

[3]林權，陳麗軍.金屬嵌件對注射成型件翹曲變形的影響[J].塑料，2017（04）：93-97.