基于MOLDFLOW軟件的充電器外殼澆注系統(tǒng)的設(shè)計與分析

梁廷波

摘 要：在傳統(tǒng)的模具制造與生產(chǎn)企業(yè)中，產(chǎn)品的質(zhì)量保證都是依靠資深的模具制造師傅通過多年的經(jīng)驗來判斷在模具生產(chǎn)的過程中可能有出現(xiàn)的問題；從企業(yè)的角度而言，過多地依賴個體的能力來決定生產(chǎn)活動不利于企業(yè)的發(fā)展。從生產(chǎn)效益的角度出發(fā)，個人經(jīng)驗作為生產(chǎn)經(jīng)營的判斷依據(jù)可能會因為判斷的失誤、偏差、錯漏，造成交貨期變長，模具的翻修時間變長及制造成本升高等。現(xiàn)在有了CAE軟件的輔助分析，更好地幫助工程師發(fā)現(xiàn)及解決塑料產(chǎn)品在模具設(shè)計與制造的過程中潛在的不可見問題：如澆注系統(tǒng)設(shè)計合理性、填充壓力的大小選定、預(yù)判氣穴、熔接線的位置等關(guān)鍵性問題；通過數(shù)據(jù)的分析為模具設(shè)計到產(chǎn)品成型提供了有力的保障。

關(guān)鍵詞：澆注系統(tǒng)；流道平衡分析；優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TQ320 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0096-02

澆注系統(tǒng)是注塑成型模具中連接注塑機和產(chǎn)品型腔的熔體通道。注塑件的質(zhì)量在很大程度上取決于澆口的設(shè)計， 而澆口數(shù)量和位置是重要的模具設(shè)計參數(shù)，因此澆口的設(shè)計對注塑件質(zhì)量的影響尤為重要。澆口位置的設(shè)定決定了聚合物的流動方向和流動的平衡性，產(chǎn)品質(zhì)量可以通過澆口位置的優(yōu)化得到顯著提高；不合理的澆口位置常常造成熔體充填不均，從而引起過保壓、高剪切應(yīng)力、很差的熔接線性質(zhì)和翹曲等一系列缺陷[1]。由于產(chǎn)品的多樣化和復(fù)雜化在同一套模具內(nèi)出現(xiàn)不同形狀、不同體積大小的產(chǎn)品放在一起生產(chǎn)是很常見的事。這樣一來模具的結(jié)構(gòu)就會相應(yīng)變得復(fù)雜，在成型工藝上就會帶來很多問題。尤為明顯的就是在不同塑件上成型的時間是不一樣的，勢必出現(xiàn)流道不平衡問題。以前通常的解決方法是以經(jīng)驗值設(shè)置澆口尺寸，通過多次試模并查看產(chǎn)品質(zhì)量；達不到要求就改澆口后再試模，周而復(fù)始，在這環(huán)節(jié)上花費大量時間。現(xiàn)以充電器外殼為例分析出現(xiàn)流道不平衡的時候通過CAE分析去改變流道結(jié)構(gòu)尺寸從而解決問題，使得產(chǎn)品的成型更有質(zhì)量有保證，從而提高生產(chǎn)率，降低成本。

1 塑件分析及工藝選定

產(chǎn)品為充電器的上、下外殼，外觀要求成型后外觀美觀、便于攜帶、防火絕緣、耐摔，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的筋位、螺絲柱、卡扣較多，尺寸相對比較小；綜合分析可能采用ABS或PC兩種工程塑料，但后期的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮較多問題，故選用具有熱變形小、抗沖擊的PC GN1008RF作為分析的材料。通過Moldflow網(wǎng)格工具[2]分析可知產(chǎn)品的雙層網(wǎng)格面比較一般，縱橫比最大值達到39.33，網(wǎng)格匹配百分比達到86.7%；縱橫比相差過大、匹配率過低會造成分析后的數(shù)據(jù)與實際生產(chǎn)偏差太大或?qū)е路治鍪　?zhí)行相關(guān)的網(wǎng)格修復(fù)命令降低網(wǎng)格的縱橫比至13.1，提高匹配率至87.6%。參考原料推薦工藝：設(shè)定成型工藝條件模具溫度75°，熔體溫度275°。冷卻時間20s、頂出溫度92°。

2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計及流動平衡分析

本產(chǎn)品屬于外觀件，表面不能出現(xiàn)明顯的注塑痕跡。故采用潛頂針進膠方式進行注塑分析，具體參數(shù)如下：澆口直徑1.2mm，錐度12°，拔模角12°，分流道為截面為圓形直徑6mm，主流道口2.5mm，拔模角3度。由于兩型腔的體積不等，雖然人為地使設(shè)計澆口方式一致，注入各個型腔調(diào)流道長度相同。成型的過程中同樣會產(chǎn)生不平衡流動。

2.1 填充時間

填充時間分析[3]如下所示：下殼的填充時間為1.354s，上殼的填充時間為1.219s，流動不平衡率為9%，使得上殼產(chǎn)生了飛邊缺陷，嚴重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

2.2 速度/壓力切換時的壓力

通過速度/壓力切換云圖（圖1）結(jié)合充填過程記錄可以看出產(chǎn)品在薄壁與筋位出現(xiàn)了滯注流的現(xiàn)象，在沒有填充完成的情況下發(fā)生滯流現(xiàn)象導(dǎo)致下殼沒能填充完成（短射現(xiàn)象），在上殼部分1.219s的時候已經(jīng)完成產(chǎn)品的注射準(zhǔn)備進入保壓階段；但下殼部分仍需繼續(xù)填充，導(dǎo)致上殼因保壓力過高致產(chǎn)品產(chǎn)生翹曲或密度不均勻分布。解決方法是在對薄壁的地方進行加膠處理或修改澆注位置，以調(diào)整壓力分布。

2.3 注射位置處壓力XY圖

觀察注射位置的壓力二維圖（圖2）發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在0.75s的時候壓力為24.83Mpa，到0.8s的時候突然壓力升高至30.71Mpa。表明制件沒有達到平衡充模。

3 流道平衡分析及澆注系統(tǒng)的優(yōu)化

流道平衡分析的壓力設(shè)置[4]，這里有四個設(shè)置選項（mill

tolerance）加工精度，該數(shù)值越大流動平衡的計算誤差就越大；數(shù)值越小其所需要的計算平衡時間就越長。（maximum iterations）迭代次數(shù)，默認值為20次，每進行一次迭代計算都是進行一次完整的填充分析，直到完成設(shè)置的20次或滿足平衡誤差為止。（time convergence tolerance）時間收斂誤差是指每一個型腔充填結(jié)束到最后一個型腔充填完成的時間差異的百分比，（pressure convergence tolerance）壓力收斂誤差是指目標(biāo)壓力和系統(tǒng)計算的充填壓力的差異。

通過分析得出澆注不平衡的原因是由于塑料壁厚不均和澆注系統(tǒng)流道尺寸澆口尺寸的設(shè)計不合理造成的，針對這兩個產(chǎn)生問題的解決方法如下：

（1）修改下殼的壁厚，使得產(chǎn)品的平均膠厚為1.5mm。

（2）修改上、下殼澆注口的形狀、位置及進澆注方式后進行填充分析（圖3），可見現(xiàn)兩產(chǎn)品的填充時間分別是1.323s和1.32s，差不多是同一時間填滿各自型腔，流動平衡有了一定的改變。

4 結(jié)束語

在不改變成型工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上分析最佳的澆注位置、澆注方式，利用計算軟件的迭代計算過程得出流道最為合理的尺寸，使得澆注系統(tǒng)對于產(chǎn)品的流動平衡分析數(shù)據(jù)，參考數(shù)據(jù)進行手動修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，軟件自動修改流道的尺寸大小，起到減小澆注系統(tǒng)體積用料；避免在生產(chǎn)的過程中不斷通過試模返修的傳統(tǒng)過程，不但提高了設(shè)計的成功率和合理性，而且降低了產(chǎn)品的缺陷發(fā)生率，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]曹將棟，陸立新.基于Moldflow平臺的電吹風(fēng)外殼注塑模具優(yōu)化設(shè)計[J].塑料，2010，39（1）：122-125.

[2]單巖，王蓓，王剛.Moldflow模具分析技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

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[4]劉曉藝，石連升.基于Moldflow軟件的汽車儲物盒下蓋澆口數(shù)目的優(yōu)化設(shè)計[J].塑料，2010，39（2）：10-12.

[5]張維和.注塑模具設(shè)計實用教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.