基于CAE分析的注塑模具澆口位置研究

王樹(shù)勛

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電技術(shù)系，江門 529090）

0 引言

注塑模具的澆口是分流道與型腔之間的狹窄部分，它使由分流道輸送來(lái)的熔融塑料產(chǎn)生加速，形成理想的流動(dòng)狀態(tài)而充滿型腔。它是整個(gè)澆注系統(tǒng)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它的形式、尺寸及位置會(huì)影響塑料流的充填模式，對(duì)塑件質(zhì)量影響很大，其形式和尺寸可以通過(guò)試模后的修模過(guò)程來(lái)調(diào)整，而澆口的位置則事后難以調(diào)整，應(yīng)在事先進(jìn)行理論分析。本文嘗試用CAE分析中Moldflow軟件，對(duì)圖1所示的手飾盒上蓋塑膠產(chǎn)品進(jìn)行澆口位置塑料流充填模式的模擬分析比較，找出較佳的澆口位置，以對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行指導(dǎo)。

1 澆口位置的設(shè)計(jì)與工藝條件的設(shè)定

1.1 網(wǎng)格模型的劃分

網(wǎng)格劃分采用表面網(wǎng)格類型（Fusion），網(wǎng)格平均邊長(zhǎng)3mm，網(wǎng)格單元為9650個(gè)三角形，節(jié)點(diǎn)數(shù)為4826個(gè)，最大縱橫比小于5.94，匹配率大于89%，此網(wǎng)格構(gòu)造良好，完全能滿足分析要求。網(wǎng)格模型如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品模型的網(wǎng)格劃分

1.2 澆口位置的設(shè)計(jì)

圖3 澆口位置在產(chǎn)品側(cè)面

圖4 澆口位置在產(chǎn)品后面

從理論上講，本產(chǎn)品最佳澆口位置應(yīng)該在產(chǎn)品的中央，但受產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求，是不能在產(chǎn)品中央設(shè)置澆口的。因此，本實(shí)驗(yàn)?zāi)＞卟捎枚迥＝Y(jié)構(gòu)，一模二件，采用側(cè)澆口進(jìn)料。澆口位置的選擇如圖3和圖4所示，圖3是選擇盒蓋的側(cè)面進(jìn)料，圖4是選擇盒蓋的后部轉(zhuǎn)軸處進(jìn)料。通過(guò)模擬模流充填過(guò)程的數(shù)據(jù)分析比較，判斷這二個(gè)澆口位置的優(yōu)劣，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論依據(jù)。

圖1 產(chǎn)品圖

1.3 工藝條件的設(shè)定

冷卻水道布置在模具上下位置，即定模和動(dòng)模部分，水管直徑為6mm，冷卻水溫度為25℃。在圖3和圖4中，為了觀察方便，已經(jīng)關(guān)閉了冷卻圖層。

本實(shí)驗(yàn)采用ABS材料，模流分析序列采用“充填＋冷卻＋流動(dòng)＋翹曲”進(jìn)行模擬分析。設(shè)置模具表面溫度為50℃，熔體溫度為230℃，開(kāi)模時(shí)間為5s，設(shè)置充填自動(dòng)控制，速度/壓力自動(dòng)切換，保壓控制由充填壓力與時(shí)間決定，頂出溫度為88℃，頂出時(shí)的凍結(jié)百分比為100%，并將翹曲原因分離，矩陣求解器為自動(dòng)求解。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析對(duì)比

本實(shí)驗(yàn)從模流充填過(guò)程的三個(gè)方面對(duì)澆口位置的選擇進(jìn)行分析對(duì)比：流動(dòng)分析、冷卻分析、翹曲分析，并且在每個(gè)方面只選擇對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響最大的因素進(jìn)行分析。

2.1 流動(dòng)分析對(duì)比

圖5 產(chǎn)品前后都出現(xiàn)熔接痕

圖6 產(chǎn)品后面出現(xiàn)熔接痕

流動(dòng)分析選擇對(duì)產(chǎn)品表面的熔接痕進(jìn)行分析對(duì)比。熔接痕是出現(xiàn)在產(chǎn)品的表面，產(chǎn)品的外觀要求是平整光潔，保證熔接痕處強(qiáng)度，不能開(kāi)裂，澆口的位置的設(shè)計(jì)要盡量避免熔接痕的出現(xiàn)。圖5所示是澆口設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的側(cè)面，從產(chǎn)品側(cè)面進(jìn)料，可以看到產(chǎn)品的前后都產(chǎn)生了熔接痕，其中產(chǎn)品前面的熔接痕影響美觀；圖6所示是澆口設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的后面，從產(chǎn)品后面的轉(zhuǎn)軸上進(jìn)料，則只在產(chǎn)品后面的避空處的轉(zhuǎn)角產(chǎn)生熔接痕，并不影響產(chǎn)品的美觀。

2.2 冷卻分析對(duì)比

圖7 產(chǎn)品凍結(jié)時(shí)間（側(cè)面澆口）

圖8 產(chǎn)品凍結(jié)時(shí)間（后面澆口）

在相同的冷卻條件下，產(chǎn)品的散熱快、冷卻效率高，產(chǎn)品凍結(jié)時(shí)間就會(huì)短，成型周期就會(huì)短，可以提高生產(chǎn)效率。圖7為側(cè)面澆口時(shí)的產(chǎn)品所需凍結(jié)時(shí)間，其中中間部分最快凍結(jié)，前部最后凍結(jié)，整個(gè)過(guò)程大約需要58s；圖8為后面澆口時(shí)的產(chǎn)品所需凍結(jié)時(shí)間，凍結(jié)的順序與前面一樣，整個(gè)過(guò)程大約需要49s。比較二個(gè)過(guò)程，后面位置澆口比側(cè)面位置澆口節(jié)省時(shí)間9s，提高生產(chǎn)效率15%以上。

圖9 翹曲總變形量（側(cè)面澆口）

圖10 翹曲總變形量（后面澆口）

2.3 翹曲分析對(duì)比

產(chǎn)品的總變形量顯示的是模型上每一點(diǎn)空間的變形量，以所有變形前的節(jié)點(diǎn)為參照，顯示模型變形后的形態(tài)。引起翹曲變形有多種因素，這里只考慮綜合各種因素的總變形量的對(duì)比。如圖9所示，側(cè)面澆口所產(chǎn)生的最大翹曲總變形量約為0.43mm，而圖10所示的后面澆口所產(chǎn)生的最大翹曲總變形量約為0.38mm，二者相比，最大翹曲總變形量下降了0.05mm，翹曲變形減少12%，提高了產(chǎn)品精度。

3 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用CAE中的Moldflow軟件中的充填、冷卻、流動(dòng)及翹曲分析技術(shù)，可以對(duì)各種可能的澆口位置進(jìn)行分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的各種成型缺陷以及生產(chǎn)效率的高低，從而確定合理的澆口位置，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)，改變傳統(tǒng)的通過(guò)試模修模來(lái)改進(jìn)模具的方法，從而節(jié)省時(shí)間，降低模具設(shè)計(jì)與制造成本。

[1] 江毅.基于MPI的澆道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì).科學(xué)信息,2009,18.

[2] 蘭芳.基于Moldflow的模具澆口設(shè)計(jì)分析實(shí)踐.廣西輕工業(yè),2009,7.

[3] 譚文勝.基于CAE的注塑模閥式澆注控制研究.電加工與模具,2007,1.