基于Moldflow的注塑件缺陷預(yù)測及參數(shù)優(yōu)化

王 杰，王建玲，商興國，白 帆

WANG Jie, WANG Jian-ling, SHANG Xing-guo, BAI Fan

（唐山學(xué)院，唐山 063000）

0 引言

目前我國大部分模具的設(shè)計(jì)與制造尚依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和工藝人員的技巧，設(shè)計(jì)的合理性需要試模以后才清楚，制造的缺陷只有靠反復(fù)修復(fù)來糾正。模具質(zhì)量、精度難以保證，而且模具生產(chǎn)周期過長，整個(gè)過程中存在很大程度的不可預(yù)見性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，注塑模具CAD／CAE技術(shù)也隨之推廣，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用使模具設(shè)計(jì)和加工成本大大降低，效率也成倍地提高。這其中以Moldflow軟件的應(yīng)用最具有代表性。Moldflow技術(shù)中融合了一整套設(shè)計(jì)原理，可以評(píng)價(jià)、優(yōu)化組合整個(gè)過程，也可以對(duì)塑料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化[1]。

1 Moldflow分析模型建立及最佳澆口分析

圖1 塑件網(wǎng)格劃分

圖2 最佳澆口分析及四種方案的澆口設(shè)置

本塑件為播種機(jī)零件。首先對(duì)塑件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖1所示。在創(chuàng)建澆注系統(tǒng)前可以利用軟件先進(jìn)行最佳澆口位置的分析，分析結(jié)果如圖2所示。

2 分析方案的確定

根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)和材料的屬性，由分析的最佳澆口位置，確定澆注方案。澆口采用矩形側(cè)澆口，暫定為四種澆口方案。方案1為兩側(cè)矩形側(cè)澆口，方案2、3、4均為單側(cè)矩形側(cè)澆口，如圖2所示。

3 分析結(jié)果

3.1 充模時(shí)間

分析結(jié)果表明方案4的填充時(shí)間明顯不平衡，在先填充完的一側(cè)會(huì)顯示過保壓，過保壓會(huì)導(dǎo)致高的制品重量、翹曲和不均勻的密度分布。其余的三種方案的填充時(shí)間較為理想的。其中方案1最為理想,整體上看，填充過程均未發(fā)現(xiàn)短射和滯流現(xiàn)象。熔體進(jìn)入模具后表層便開始冷卻。分析可知四種成型方案的填充時(shí)間均在3S左右，均能在短時(shí)間內(nèi)完成注射。這樣就可以提高熔體流動(dòng)速率，增加剪切率，減少熔體的溫度差，改善力在型腔內(nèi)的傳遞，成型出密度均勻，內(nèi)應(yīng)力小的產(chǎn)品，同時(shí)可以縮短成型時(shí)間，提高產(chǎn)能。

3.2 熔接痕與流動(dòng)前沿溫度

四種方案熔接痕的位置總體上比較相似，主要的熔接痕位置如圖3所示，比較四種方案流動(dòng)前沿溫度分析中發(fā)現(xiàn)，方案1充填過程中熔體的溫度高，則熔接線的質(zhì)量最理想。熔接溫度較高，不會(huì)影響使用強(qiáng)度。其中方案2的前沿溫度是最差的，將會(huì)影響到熔接強(qiáng)度。方案1的流動(dòng)前沿處的溫度分布大部分較均勻，均在230℃左右，一直處在加工工藝推薦溫度范圍之內(nèi)，不會(huì)發(fā)生塑料的高溫降解。料流前鋒溫度變化很小，且最高/最低溫度均在材料成型溫度范圍內(nèi)。成型過程中不會(huì)出現(xiàn)前峰冷料。

圖3 熔接痕

3.3 體積溫度

檢查產(chǎn)品上的體積溫度最高值有沒有超過塑膠的絕對(duì)溫度的過熱點(diǎn)，防止產(chǎn)品局部燒焦。由分析結(jié)果可知，四種方案溫度分布范圍窄，效果比較理想，最高的體積溫度沒有超過熔體的熱力學(xué)溫度，該溫度出現(xiàn)在壁厚最厚的地方，會(huì)產(chǎn)生微量的翹曲量和收縮不均，但是不會(huì)影響制品的質(zhì)量。

3.4 注射位置處壓力與鎖模力

經(jīng)分析可知，在填充和保壓階段注射位置處最大壓力與最大鎖模力如表1所示。四種填充方案中方案1最大注射壓力和最大鎖模力最小。

表1 四種方案的最大壓力與鎖模力

3.5 翹曲分析

表2 四種方案的最大翹曲變形量

經(jīng)翹曲變形分析，四種方案翹曲量均較大，需要修改注塑工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化來減小翹曲量。

綜上所述比較四種方案的各項(xiàng)指標(biāo)，其中方案1的填充最為均勻，熔接痕的熔接強(qiáng)度最高，能達(dá)到制件的結(jié)構(gòu)功能和外觀要求，是比較理想的填充方案，下面針對(duì)方案1進(jìn)行注塑參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小翹曲量。

4 注塑工藝參數(shù)優(yōu)化

影響塑件翹曲變形的最重要的因子是保壓壓力,其次還有熔體溫度、冷卻時(shí)間,流動(dòng)充模時(shí)間和保壓時(shí)間、模具溫度等因素[2]。在優(yōu)化之前采用的是材料的推薦工藝參數(shù)進(jìn)行的分析，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)修改注塑參數(shù)重新進(jìn)行分析。注塑參數(shù)修改為模具溫度70℃，熔體溫度250℃。設(shè)置壓力曲線，延長保壓時(shí)間，使?jié)部谀淘诒簳r(shí)間之內(nèi)，防止熔體倒流，同時(shí)將塑件壓實(shí)，以減少翹曲變形量。

優(yōu)化后總的翹曲量由原來的2.85mm減小到1.651mm，變形得到明顯的改善。經(jīng)修改注塑參數(shù)，制品的一些注塑缺陷得到了明顯的改善，為實(shí)際試模生產(chǎn)提供了重要的參考依據(jù)。但制品的翹曲量仍較大，主要原因在于制品的收縮不均，建議在不影響制件使用的情況下在翹曲量大的地方使用加強(qiáng)筋，在此不再贅述。

由此可見，經(jīng)Moldflow軟件分析，在試模之前對(duì)注塑成型過程進(jìn)行了充填、保壓、收縮和翹曲變形的分析，預(yù)測了制件的成型缺陷，并針對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化改善。

5 模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 模具裝配圖

6 結(jié)論

注塑工藝參數(shù)的正確制定是為了保證塑料熔體良好塑化，并順利地充模、冷卻與定型，以便生產(chǎn)出質(zhì)量合乎要求的制品。在注塑工藝中最重要的工藝參數(shù)是溫度（料溫、噴嘴溫度、模具溫度）、壓力（塑化壓力、注射壓力、模腔壓力）和相對(duì)應(yīng)的各個(gè)作用時(shí)間（注射時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間）等。這些參數(shù)相互影響，而且不同的材料其最佳的注塑工藝參數(shù)范圍不同，因而在生產(chǎn)中，需要多次試模，才能得到合乎要求的制品，這極大的影響了生產(chǎn)效率，Moldflow通過一系列的方法來優(yōu)化工藝參數(shù)，減少試模次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。目前該模具已經(jīng)正常投入生產(chǎn)。

[1] 呂琳.模具制造技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[2] 朱春東,虞煒華,朱洪艷,郭巍.成形工藝參數(shù)對(duì)薄殼塑件翹曲變形影響的數(shù)值模擬[J].模具工業(yè),2007(9)：50-53.

[3] 王剛,單巖.Moldflow模具分析應(yīng)用實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版社,2005.

[4] 陳智勇.Moldflow6.1注塑成型從入門到精通[M].電子工業(yè)出版社,2009.

[5] 恒盛杰.Pro/ENGINEER+Moldflow模具開發(fā)與分析全流程[M].中國青年出版社,2008.