Moldflow技術(shù)在注塑制品翹曲變形中的分析應(yīng)用

郭 晟，肖善華，劉 勇，張興恒

（宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 宜賓 644003）

0 引言

在薄殼注塑中，常見(jiàn)缺陷是翹曲變形，傳統(tǒng)的解決方法是依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)訣竅并通過(guò)不斷的嘗試來(lái)調(diào)整，需要花費(fèi)很多的人力與物力，并且問(wèn)題還難以得到有效的解決。而使用專業(yè)性模流分析軟件MPI（Moldflow Plastics Insight）可以基于實(shí)際工況，實(shí)現(xiàn)對(duì)塑料熔體在注塑過(guò)程中的填充、保壓和冷卻模擬，分析變形原因，預(yù)測(cè)制件的變形結(jié)果，由此提出減少變形的方案，從而優(yōu)化模具的設(shè)計(jì)，并以此為依據(jù)設(shè)置有關(guān)工藝參數(shù)。

1 制件分析

如圖1所示的塑件為某學(xué)習(xí)機(jī)電池盒外殼，平均厚度為1mm，寬15mm，長(zhǎng)120mm，屬薄殼小型注塑件，不允許外表面有熔接痕和明顯收縮痕，變形和翹曲情況要求控制在較小范圍內(nèi)。本制件選用GE的牌號(hào)為7550的PC＋ABS材料。

圖1 某學(xué)習(xí)機(jī)電池盒外殼模型

2 分析計(jì)算

采用Fusion類型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，經(jīng)修改網(wǎng)格邊長(zhǎng)值并優(yōu)化后所得網(wǎng)格數(shù)目為6 662個(gè)，匹配率達(dá)85.1%，且沒(méi)有問(wèn)題網(wǎng)格存在，能滿足冷卻、流動(dòng)、變形的分析要求。網(wǎng)絡(luò)劃分后的模型如圖2所示。

圖2 網(wǎng)格劃分后的模型

2.1 澆口位置與形式的確定

如圖3所示，產(chǎn)品中間位置為最佳進(jìn)澆位置，但因產(chǎn)品頂面不能有進(jìn)口痕跡，所以本制件采用邊進(jìn)澆的方式，采用一模兩穴。

圖3 最佳澆口位置

在澆口形式的選擇上，因本產(chǎn)品是薄壁，選扇形澆口成型，有利于壓力的傳遞，可以減少應(yīng)力的產(chǎn)生，改善翹曲，獲得良好的制品外觀。

1＋1模穴型腔連通性檢查為正確，如圖4所示。

2.2 成型窗口分析

圖5為成型窗口分析圖，由圖中可以獲得系統(tǒng)推薦的較優(yōu)的成型條件為：模具溫度87℃，塑件熔體溫度267.9℃，注射時(shí)間為0.326 5s，冷卻時(shí)間為11s，注射壓力為47MPa。

2.3 冷卻＋流動(dòng)＋翹曲分析

根據(jù)成型窗口分析得到的成型條件進(jìn)行“冷卻＋流動(dòng)＋翹曲”分析，其結(jié)果如下：

（1）制品上沒(méi)有存在過(guò)熱點(diǎn)或過(guò)冷點(diǎn)，且制品整體溫度不超過(guò)冷卻液入口處溫度的20℃，制品整體溫差較小，不同部位的收縮速率趨于一致，可以有效減少翹曲變形量，制品溫度見(jiàn)圖6。

圖4 1＋1模穴型腔連通性檢查

圖5 成型窗口分析圖

（2）較均勻收縮可避免制品大翹曲。為得到較平均的收縮值，應(yīng)注意澆口的充填平衡性和制品整體冷卻均勻性。本制品兩端易產(chǎn)生收縮水，制品的體積收縮率見(jiàn)圖7。

圖6 制品溫度

（3）回路冷卻液的溫度變化幅度不超過(guò)0.44℃（見(jiàn)圖8），比較合理，可有效減少翹曲變形量。

（4）制件變形分析見(jiàn)圖9。由圖9可知，在角效應(yīng)、收縮、冷卻、取向等引起制品變形的各因素中，收縮差異是引起變形的主要原因。

圖7 體積收縮率

圖8 回路冷卻介質(zhì)溫度

圖9 制件變形分析圖

3 主要結(jié)論及解決方法與建議

（1）優(yōu)化成型條件，降低殘余應(yīng)力變形。由圖10及圖11分析可知，通過(guò)降低注射壓力、提高塑料熔體溫度及提高模具溫度并使模具溫度均勻等方法，可使塑件變形狀況有所改善，變形量降低。

圖10 初始成型條件下的變形分析圖

圖11 成型條件改善后的變形分析圖

（2）延長(zhǎng)冷卻時(shí)間或調(diào)整冷卻方法來(lái)改善變形。例如，可改變冷卻管的排布方式，在靠近變形處設(shè)置冷卻回路。由圖12及圖13可知，改變冷卻管排布方式后，冷卻效果加強(qiáng)，變形減少。

圖12 初始冷卻的變形

圖13 改變冷卻管排布后的變形

（3）對(duì)于冷卻不均造成不同程度收縮所引起的變形，也可通過(guò)改善冷卻方式來(lái)減緩。由圖14及圖15可知，冷卻方式改善后，體積收縮率與縮痕指數(shù)大為降低，變形減少。

圖14 改變冷卻管排布方式前（橫向冷卻方式）的收縮情況

4 結(jié)語(yǔ)

利用Moldflow作為CAE平臺(tái)，通過(guò)采用MPI模塊對(duì)某學(xué)習(xí)機(jī)電池盒外殼注塑件進(jìn)行填充、保壓以及冷卻等過(guò)程的模擬分析，確定了最佳澆口位置，優(yōu)化了成型條件。通過(guò)分析認(rèn)為，改善回路冷卻液的溫度變化幅度、制品整體溫差、澆口的充填平衡性、制品整體冷卻均勻性及螺桿速度等都能改善塑件的翹曲變形。本文有助于工藝人員和模具設(shè)計(jì)師不斷優(yōu)化模具設(shè)計(jì)及注塑工藝參數(shù)，從而確保塑料制品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期。

圖15 改變冷卻管排布方式后（豎向冷卻方式）的收縮情況

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