基于Moldflow注射產品成型缺陷翹曲的研究

俞 蓓，汪禾青

(1.安徽機電職業技術學院 機械工程系，蕪湖 241002；2. 蕪湖市政府第二招標采購代理處，蕪湖 241000）

0 引言

市場經濟環境下，塑料產業的快速興起使得我們生活生產中出現了許許多多的塑料注射產品，這類產品顏色繁多、生產成本低、使用性能好，成為目前眾多商品的基礎件。但是，注射產品在成型過程中可能會出現翹曲、熔接線、氣穴等成型缺陷，從而影響產品的尺寸、精度，甚至會是產品成為廢件。為了提高產品的注射成型質量，就必須對產品注射成型的過程進行嚴格的控制。傳統方法就是對塑料注射產品進行反復的試模，分析產品成型質量從而對其成型工藝及模具結構進行優化，直到產品的成型質量得到保證為止[1]。這種傳統方法浪費了大量的時間、人力、物力，增加了產品的開發生產成本，不利于企業的發展。現在，對于一些出現成型缺陷的產品可以不再采用傳統試模的方法，而是利用注射模具CAE對其成型過程進行模擬分析，從而找出問題優化成型方案。本文將利用注射模具CAE分析軟件Moldflow對PBT塑料小連接板的成型缺陷翹曲進行分析，從而優化產品的成型方案，提高產品成型質量。

1 建立產品模型

Moldflow軟件是有限元分析軟件中的一種，所以首先要對產品進行有限元模型的建立。為了得到更為準確的分析結果，對產品CAD模型進行適當的處理、簡化，隨后將其轉化成.stl格式導入Moldflow中，生成網格模型[2]。經過反復的修復，得到符合模擬分析要求的產品模型，匹配的百分比為90.0%，相互百分比為92.1%，如圖1、圖2所示。

2 產品成型缺陷的研究

2.1 產品原始成型方案簡介

本產品為小家電上的一個小連接板，PBT塑料，采用一模一腔生產，成型過程正常，但成型結束之后發現產品產生了一定的翹曲變形，并且該變形量已經嚴重影響到產品的裝配。所以必須對其翹曲變形量進行分析研究，優化已有注射成型方案。

圖1 產品模型

圖2 網格統計結果

2.2 產品翹曲變形量分析

對產品進行翹曲變形量分析，發現產品總的變形量為0.0741～1.572mm，如圖3所示；產品X方向的變形量-0.2715～0.2515mm，如圖4所示；產品Y方向的變形量為-1.005～1.019mm，如圖5所示；產品Z方向的變形量為-0.7374～1.238mm，如圖6所示。

圖3 產品總變形量

圖4 X向變形量

圖5 Y向變形量

圖6 Z向變形量

通過上述分析，我們看出產品產生的總變形量[3]在X、Y、Z三個方向上，Y方向所占的比例最大，由此可見產品出現翹曲變形主要在Y和Z方向上，因此控制Y向和Z向的翹曲變形量是解決產品翹曲缺陷的關鍵。接下來對產品產生翹曲的各個因素進行分析，以便于尋求影響產品的主要因素。通常影響產品翹曲變形的主要因素有三個：體積收縮不均勻、冷卻不均勻與取向不均勻，分別如圖7～圖9所示。

圖7 冷卻產生的總變形量

圖8 收縮產生的總變形量

圖9 取向產生的總變形量

圖10 優化后的產品總變形量

通過上述分析，我們看出，冷卻因素產生的總變形量最大為0.0141mm；收縮產生變形量為0.2293～1.608mm；取向因素產生的總變形量為0.0367～0.4550mm。分析比較得出結論[4,5]，產品在成型過程中由于收縮造成的變形量在總變形量中所占的比例最大。綜上，要解決產品的翹曲變形，主要是減小產品Y、Z向上由收縮不均產生的變形量。

2.3 產品翹曲缺陷優化的途徑

對上述產品出現的翹曲變形進行分析，產品的形狀呈細長狹窄形，中間有多數側扣，收縮時容易產生各向的收縮不均；加上本產品采用的一模一腔成型，這樣也容易出現收縮時各向不均的情況。所以，將本產品布置成一模兩腔的成型方式[6,7]，考慮到產品本身的形狀特征以、澆口的設置及模具設計制造的成本等問題，我們將產品布置成一線排列的形式。隨后，對重新調整后的產品進行翹曲變形量分析，看是否可以改善之前較大的翹曲變形量，分析結果如圖10～圖13所示。

圖11 優化后的產品Y向變形量

圖12 優化后的產品Z向變形量

圖13 優化后的產品收縮產生的總變形量

通過產品型腔數目的改變之后[8]，我們針對上述結果對比看出，優化后的產品產生的變形量為0.0587～1.3741mm；Y方向的變形量為-0.8853～0.8907mm；Z方向的變形量為-0.6143～1.075mm；收縮產生變形量為0.2221～1.412mm；影響產品出現翹曲變形的主要因素收縮產生的變形量有所減小，并且Y、Z兩方向上出現的翹曲變形量也明顯減小。

3 結束語

利用模具CAE軟件Moldflow對塑料產品進行模擬分析，我們得到結論，對于該PBT小連接板的成型，采用一模兩腔的注射成型方式比原本一模一腔時，更加合理，有效的減小了成型中出現的翹曲變形。通過試模生產，優化后的產品翹曲現象明顯改善，可以滿足裝配要求。這一模擬分析方法有效的提高了企業的工作效率，縮短了產品的生產周期，為塑料注射產品的快速有效生產夯實了技術基礎，帶來了巨大的社會經濟效益。

隨著注射模具市場的快速發展，未來塑料產品的高效生產是企業發展的方向，其CAE軟件Moldflow的應用與推廣將會掀起一場大的變革。其快速、全面的分析將整個產品的注射過程細致地展現在模具工作者面前，為他們的工作提供了便捷，同時也保證了產品的質量，控制了生產的成本。塑料注射產品的發展在模具CAE技術Moldflow多功能全方位分析的輻射下將登上一個新的巔峰。

[1] 張琦,王強.Moldflow軟件在手機外殼注塑模具設計中的應用[J].模具技術,2011(04).

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