框形零件澆口的優化設計

袁小會 ，劉小寧，劉 兵，程婧璠，張 蓓

（武漢軟件工程職業學院，湖北 武漢 430205）

0 引 言

澆口是熔體流入模具型腔的最后通道，是澆注系統的關鍵組成部分之一，其設計直接影響熔體在模具型腔內的充填［1］.若設計不合理，塑件在注塑加工過程中容易出現熔體充填不均、熔接痕、質脆和翹曲等缺陷.傳統的模具設計主要依據設計人員的經驗，但隨著人們對塑膠產品的綜合要求越來越高以及模具行業本身的競爭日益激烈，僅依靠工程技術人員的經驗，很難在短時間內精確地設計出既可降低成本，又可提高產品質量和合格率的最佳方案［2－6］.與傳統的模具設計相比，CAE（計算機輔助工程）技術無論在提高生產效率、保證產品質量，還是在減輕勞動強度方面都具有很大的優越性［7］.本文設計的塑件矩形框邊較窄且薄，熔接痕若出現在邊框上將嚴重影響塑件的強度；矩形邊框中間沒有支撐，成型過程中容易翹曲變形，不僅影響外形而且影響裝配.現利用Moldflow（具有注塑成型仿真工具的軟件）對不同澆口位置方案進行模擬，以找到最佳的澆口位置，優化熔接痕的位置，減小翹曲變形量，提高產品的成型質量.

1 模擬結果對比分析

1.1 數值模擬模型前處理

采用PROE軟件建立塑件模型，轉成IGES格式后導入Moldflow，采用雙層面網格進行劃分，得到的有限元分析模型如圖1所示.材料為聚丙烯，其主要性能參數［8－9］如表1所示.根據表1設置的工藝參數為：模溫27℃、熔體溫度202℃、保壓取最高填充壓力的85%和80%，保壓時間分別為1.2s和1s.

圖1 有限元模型Fig.1 Finite element mldel

表1 聚丙烯主要性能參數Table 1 The PP main performance parameters

1.2 模擬結果分析

1.2.1 充填時間 方案一總充填時間為0.47 s，方案二總充填時間為0.45s，方案三總充填時間為0.37s.通過Moldflow動態查看功能查看熔體的充填過程：方案一時間為0.4464s時，圖2（a）中灰色部分還未填充；方案二時間為0.3538s時，圖2（b）中灰色部分還未填充；方案三時間為0.3532s時，圖2（c）中灰色部分還未填充.這說明兩股料流在圖示灰色部位匯合，熔接痕可能出現在此位置.方案一熔接痕在矩形方框邊上，嚴重影響產品的強度，方案二和方案三熔接痕成功轉移到主體部位，提高了產品質量.

圖2 動態填充Fig.2 dynamically filling

1.2.2 翹曲變形 塑件的翹曲變形不僅影響產品的外觀質量而且影響裝配［10－11］，因此作為分析的重點.

圖3所示是塑件的總的翹曲變形情況：方案一變形呈下凹趨勢，最大變形量為0.5332mm，位置在離澆口最遠的地方，主要原因是保壓不充分；方案二變形呈外凸趨勢，最大變形量為0.4971mm，較方案一有所減??；方案三兩邊保壓效果基本一致，形狀出現大小頭的概率大大降低，最大變形量為0.4373mm.

圖3 總翹曲變形量Fig.3 total warpage

圖4所示是塑件X向變形情況：方案一為X方向變形最嚴重的部位變形量為0.5212mm，上小下大，兩邊收縮的形態不一樣，很難通過單一的縮水值改善，方框的形狀及尺寸公差無法保證；方案二為X方向變形最嚴重的部位變形量為0.4911mm，上大下小，與方案一相反，主要原因是上邊受到充分保壓，變形量縮小，下邊較細，受到保壓的程度有限，收縮量較大.方案三為X方向最大變形量為0.4115mm，收縮趨于一致，可以通過放縮水控制產品的尺寸精度和形狀精度.

圖5所示是塑件Y方向變形情況：方案一為Y方向翹曲變形：收縮一致的主體變形區（0.2148mm）可通過放縮水解決，矩形邊框下凹形（0.1987mm）無法利用放縮水解決；方案二為Y方向翹曲變形：主體變形區變形（0.3292mm）較方案一增大，可通過放縮水解決，矩形邊框上凸形（0.2098mm）無法利用放縮水解決；方案三為Y方向翹曲變形：矩形邊框兩邊平行度有了很大的提高，最大變形量為0.1966mm，可通過放縮水解決.

圖4 X向翹曲變形量Fig.4 The amount of X－warpage

圖5 Y向翹曲變形量Fig.5 The amount of Y－warpage

2 結 語

基于Moldflow軟件，運用注塑CAE技術對框式塑件3種不同方案的澆注系統進行了模擬分析：方案一熔接痕出現在方框上，產品強度較低，產品下凹，總變形量0.5332mm；方案二熔接痕偏離方框，使其出現在主體位置上，增加了產品的強度，但產品外凸，總變形量0.4971mm，較方案一有所減??；方案三熔接痕脫離了矩形的四條邊，轉移到了主體部位，且方框兩邊大小基本一致，可通過放縮水解決.通過對三種方案的模擬結果進行比較，最終選用方案三進行成型，在生產中提高了試模成功率，大大提高了產品的開發效率和成型質量.

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