CAE優化分析在大型注塑模設計中的應用

鄧曉紅 付勇智

摘 要：文章探討了澆口對注塑產品質量的影響，總結了澆口設計原則。利用MOLDFLOW軟件完成了轎車儀表板澆注系統、冷卻系統及成型工藝的設定和優化，通過典型例子說明了如何利用注射模CAE的分析結果解決大型注射模澆注系統和冷卻系統設計中出現的問題。

關鍵詞：注射模；CAE；流動分析；澆口設計

引言

隨著汽車行業的飛速發展，大型塑料制品如儀表臺、保險杠、汽車門內護板等精密零部件的應用越來越廣泛，傳統的注射模生產方式已不能適應現代汽車工業對塑料制品產量、質量和更新換代速度的需求。

在生產實踐表明澆口設計的質量是影響注塑產品質量重要因素。近年來許多專家學者對澆口設計進行深入的探討。1998年。Yao和Kim從長度與位置等方面對熔接痕進行了定量研究。同年，Smith使用計算幾何方法描述澆口的位置，并使用序列線性規劃法對澆口位置進行了優化。

文章使用Moldflow軟件對某轎車儀表板進行澆口優化。

1 澆口設計

通常所指澆注系統是指流道及澆口，尤其是澆口直接影響著塑料制品的質量，澆口是流道與型腔之間的節流器，因而澆口的相對位置、形狀、大小是影響注塑產品的重要因素。澆口位置影響塑料在型腔內的流動與排氣、個別部位疏松。產生熔接痕，嚴重影響塑料制品的成型質量及其性能。澆口尺寸過小將增加塑料流動的阻力，增大壓力損失，使塑料流動困難還會使澆口處的塑料過早固化。

在實際工作中，我們一般是用cad系統，根據產品的拓撲形狀及應力分布情況，按照如下原則選擇澆口的位置：

澆口不能選在壁厚最大及變化劇烈的區域；澆口應設在應力相對低且分布均勻的區域；澆口應盡量設計在型腔的對稱中心；澆口不能影響表面質量；對與多澆口一般采用關于型腔幾何中心對稱布置；在預定了澆口方案，流道，水路之后，利用Moldflow快速對多個方案注塑成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓和冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況。

2 實例分析

下圖為某轎車儀表板，總體尺寸為：1312×520×364mm，產品基本壁厚為3mm，成型材料選用聚丙烯，牌號為PPT20，模具溫度設定為50度，熔體溫度為240度，注塑機選用HT1800型自動控制注塑機。因儀表板產品用于汽車內部裝飾，是典型的扁長類注塑件，要求產品的表面質量好，收縮變形小，強度高；由于儀表板中有很多孔洞，熔體在型腔內部流動不暢，澆口位置和數量對分析結果影響很大，需要采用多澆口注料，同時盡量均勻分布澆口位置。因外表面要求質量高，澆口不能開在產品正表面上，澆口可開在裝配位置的凹陷處或分型面的上、下兩側，以保證正表面光滑，無缺陷。根據以往經驗及分析比對，制定了以下兩種澆口布置方案，分別進行分析。

初始方案中我們選用澆口型式為側澆口，側澆口一般開設在分型面上，塑料熔體從內側或處側充填模具型腔，特點是由于澆口截面小，減少了澆注系統塑料的消耗量，同時去除澆口容易，不留明顯痕跡。經過初步流動填充分析后，型腔大部分在4S左右可以充滿，唯有中下部圓角處充模時間過長，會引起制品因冷卻不均勻而發生變形。因此，應更改澆口位置，使型腔末端能盡量同時充滿。同時為了達到最佳填充效果，將5個側澆口改為點澆口，采用順序閥熱流道，通過閥式澆口控制充填過程。

因實際注塑時基本上都采用時間控制的方式設置各澆口的開啟關閉時間，在Moldflow軟件里可以方便快捷地分析調整各閥澆口的開關時間。點澆口可應用于各種形式的制品，澆口附近的殘余應力小，能自行拉斷澆口，可實現自動化生產，對于大型注塑件制口可多點同時進膠，能夠縮短流程，減少因流動阻力而產生的變形現象發生。

以上兩種方案，從澆口到填充末端的距離都較長，經過初步流動填充分析后，得到以下結果：例1中填充時間：7.925S，最大注射壓力：59.23Mpa，最大鎖模力：1264.1ton；而例2中填充時間：8.506S，最大注射壓力：53.85Mpa，最大鎖模力：1314.2ton。將熔合線和氣穴的結果圖疊加，可以看出，物料熔合時溫度在222.5～230.5度，最低熔合溫度僅比注射時溫度低3.5度，因此物料能很好的熔合，不會出現熔接痕。氣穴主要出現在熔合線和分型面上，因而可在熔合線處開設排氣槽，不僅排氣方便，而且可增加熔合線的牢度。

優化后的澆注系統不僅縮短了充模時間，而且保證了熔體流動時的平衡性，很好地解決了排氣問題，制品也不會出現熔接痕。

3 結束語

綜合以上，通過對轎車儀表板產品的流動、冷卻、變形分析，我們對澆口布置、注射、保壓、冷卻水管道布置進行了優化，一般來講，根據模具設計人員的經驗可確定制造缺陷產生的原因和修改的措施方向，但很難確定具體的修改值，反復的試模及修改造成成本的浪費；而通過CAE分析，可提前發現模具和成型技術方面存在的問題，對高附加值的大型塑料件模具尤其重要。

參考文獻

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[3]陶筱梅，杜小清.基于MoldFlow的注塑模具澆口優化設計[J].模具技術，2007（3）：40-43

作者簡介：鄧曉紅（1974，10-），女，湖北省十堰市（籍貫），現職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：汽車內飾件設計。