Moldflow在穩(wěn)流器下殼注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

殷益明

摘 要：分析穩(wěn)流器下殼體的工藝特點(diǎn)，應(yīng)用Moldflow軟件對注塑件進(jìn)行成型仿真分析，設(shè)置最佳澆口位置，并對塑件的填充時(shí)間、流動(dòng)前沿溫度、縮痕、氣穴、變形進(jìn)行模擬分析，為模具設(shè)計(jì)提供合理的工藝參數(shù)和方案。

關(guān)鍵詞：Moldflow；穩(wěn)流器；注塑模具；模具設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）20-134-2

0 引言

傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)是依靠設(shè)計(jì)人員積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺所填充的，所產(chǎn)生的問題往往是在模具設(shè)計(jì)加工完成后，需要多次調(diào)試與改正才能正式投入生產(chǎn)中。這不利于更新?lián)Q代的產(chǎn)品快速投入生產(chǎn)。在模具制造之前利用CAE技術(shù)，對模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和模擬，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中潛在的問題并對其及時(shí)修改，以此提高模具的設(shè)計(jì)效率，降低產(chǎn)品的制造成本及開發(fā)周期[1-3]。

本文在穩(wěn)流器模具設(shè)計(jì)過程中，對穩(wěn)流器下殼進(jìn)行CAE分析，準(zhǔn)確的確定了最佳澆口位置，分析注塑成型過程中溫度、氣穴、變形等情況，對模具設(shè)計(jì)、注塑工藝選擇提供了一定依據(jù)。

1 塑件成型工藝分析

穩(wěn)流器是在節(jié)水灌溉技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的一種管件，有上蓋、彈性膜片、下殼三部分組成。圖1所示產(chǎn)品為穩(wěn)流器下殼，下殼體環(huán)形柱面上設(shè)有鋸齒形高抗堵流道，內(nèi)腔設(shè)有環(huán)形凸緣[4]。該零件為不規(guī)則、薄壁、深腔件，外形結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時(shí)塑件表面又要求美觀、光滑潔凈、無明顯熔接痕，又不能有明顯的翹曲和變形。塑件表面設(shè)置了加強(qiáng)筋，多處采用圓弧過渡，使塑件強(qiáng)度增加的同時(shí)又改善了塑件在模具中的流動(dòng)性[5]。

2 基于Moldflow的塑件成型模擬分析

將Pro/E設(shè)計(jì)的穩(wěn)流器下殼模型導(dǎo)入Moldflow軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，這種直接在3D數(shù)模上進(jìn)行的有限元網(wǎng)格劃分，單元數(shù)量大，但計(jì)算精度高。劃分的網(wǎng)格不能出現(xiàn)交叉和重疊，運(yùn)用網(wǎng)格修補(bǔ)工具加以修補(bǔ)。后經(jīng)網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)無自由邊、交叉邊，無相交、重疊單元。最大橫縱比為6.456，滿足要求，能保證分析精確。產(chǎn)品成型材料選用高密度聚乙烯8008。

2.1 最佳澆口位置建立

澆口是塑料熔體進(jìn)入型腔的閥門，澆口位置的選擇關(guān)系到塑料熔體在型腔中的流動(dòng)情況、塑件成型后的變形翹曲量、熔接痕分布情況等，進(jìn)而影響到制件的精度。采用Moldflow軟件分析確定了如圖2所示的下殼最佳澆口位置，澆口設(shè)為潛伏式澆口，澆口直徑Φ 0.7mm。

2.2 充填時(shí)間分析

在確定的澆口工藝參數(shù)基礎(chǔ)上，對所需充模時(shí)間進(jìn)行分析，如圖3可以看出，制品完全充滿需0.2109s。

2.3 流動(dòng)前沿溫度分析

流動(dòng)前沿溫度是衡量物料充填后制品質(zhì)量的重要指標(biāo)。流動(dòng)前沿溫度過低，會(huì)使制品外觀差，外壁不光滑，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)充不滿制品，或者熔接處有明顯的熔接痕。流動(dòng)前沿溫度過高，會(huì)導(dǎo)致物料分解，溫度過高可能導(dǎo)致零件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致零件發(fā)生翹曲，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。從上圖4可以看出，流動(dòng)前沿溫度最高為220.2℃，在流動(dòng)過程中塑料未出現(xiàn)較大的溫度波動(dòng)和局部過熱現(xiàn)象，填充比較順利，所用的注塑參數(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量方面是安全的。

2.4 縮痕估算分析

縮痕是由于壁厚區(qū)沒有足夠補(bǔ)縮而產(chǎn)生的局部收縮現(xiàn)象，表現(xiàn)為成型產(chǎn)品表面存在凹陷，凹陷尺寸一般很小。如圖5所示將比例因子設(shè)置為1.0進(jìn)行縮痕估算，使可能產(chǎn)生的縮痕產(chǎn)生在非精確配合面，縮痕最大值為0.1491mm。

2.5 氣穴分析

氣穴的形成是由于模腔內(nèi)塑料不足，外圈塑料冷卻固化，致使內(nèi)部塑料產(chǎn)生收縮形成了真空。氣穴可能導(dǎo)致制件被填充不完全，使零件內(nèi)存在氣孔。氣穴也有可能導(dǎo)致制件燃燒，致使零件出現(xiàn)燒焦，對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在0.2109s充填時(shí)間內(nèi)可能產(chǎn)生的氣穴如圖6所示，調(diào)整注塑參數(shù)，使可能產(chǎn)生氣穴的位置都分布在零件的邊界上，在不可避免的氣穴的位置添加排氣槽，避免在零件的精確配合面上出現(xiàn)氣穴。

2.6 翹曲變形分析

變形分析主要用來判斷采用熱塑性材料成型的塑件是否會(huì)出現(xiàn)翹曲，過大的變形可能導(dǎo)致制件不能滿足尺寸要求。如圖7所示以比例因子10.00進(jìn)行整體變形分析，最大變形量0.1260mm，所采用的注塑參數(shù)能保證產(chǎn)品對尺寸方面的要求。

3 模具實(shí)體設(shè)計(jì)

綜合Moldflow軟件對穩(wěn)流器下殼體進(jìn)行的成型仿真分析結(jié)果。制品在外觀及尺寸上具有較高的要求，所以流道開設(shè)在分型面上，采用潛伏式澆口設(shè)置。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，模具采用一模八腔結(jié)構(gòu)，設(shè)置為冷流道模具。模具中有側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，側(cè)向抽芯采用斜導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)。模架采用標(biāo)準(zhǔn)模架，最終生成模具實(shí)體。

4 結(jié)論

應(yīng)用Moldflow軟件對穩(wěn)流器下殼體進(jìn)行成型仿真分析，設(shè)置最佳澆口位置，模擬塑件的填充時(shí)間、流動(dòng)前沿溫度、縮痕、氣穴、熔接線、變形情況。經(jīng)過綜合性分析結(jié)果，有了合理的模具設(shè)計(jì)方案和工藝參數(shù)。在提高穩(wěn)流器下殼體模具設(shè)計(jì)制造效率及準(zhǔn)確性的同時(shí)，很好的保證了產(chǎn)品的使用性能，有利于生產(chǎn)性能優(yōu)良的穩(wěn)流器。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉方輝，錢心遠(yuǎn)，張杰.CAD/CAE/CAM技術(shù)在現(xiàn)在塑料模設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].模具工業(yè)，2010，36（1）：1-6.

[2] 羅廣思，柏鐵山.Moldflow/IMOLD技術(shù)在注塑模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].模具技術(shù)，2009（2）：51-54.

[3] 劉細(xì)芬，張帆.基于Pro/E和Moldflow的注射模CAD/CAE技術(shù)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（4）：239-241.

[4] 陳雯飛，王棟.一種壓力補(bǔ)償式穩(wěn)流器的設(shè)計(jì)[J].節(jié)水灌溉，2014.

[5] 王栓虎.塑料模具設(shè)計(jì)與制造[M].南京：東南大學(xué)出版社，2008.