CAE優(yōu)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(chǎn)品質(zhì)量的影響，總結(jié)了澆口設計原則。利用MOLDFLOW軟件完成了轎車儀表板澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及成型工藝的設定和優(yōu)化，通過典型例子說明了如何利用注射模CAE的分析結(jié)果解決大型注射模澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設計中出現(xiàn)的問題。

關(guān)鍵詞：注射模；CAE；流動分析；澆口設計

引言

隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，大型塑料制品如儀表臺、保險杠、汽車門內(nèi)護板等精密零部件的應用越來越廣泛，傳統(tǒng)的注射模生產(chǎn)方式已不能適應現(xiàn)代汽車工業(yè)對塑料制品產(chǎn)量、質(zhì)量和更新?lián)Q代速度的需求。

在生產(chǎn)實踐表明澆口設計的質(zhì)量是影響注塑產(chǎn)品質(zhì)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(guī)劃法對澆口位置進行了優(yōu)化。

文章使用Moldflow軟件對某轎車儀表板進行澆口優(yōu)化。

1 澆口設計

通常所指澆注系統(tǒng)是指流道及澆口，尤其是澆口直接影響著塑料制品的質(zhì)量，澆口是流道與型腔之間的節(jié)流器，因而澆口的相對位置、形狀、大小是影響注塑產(chǎn)品的重要因素。澆口位置影響塑料在型腔內(nèi)的流動與排氣、個別部位疏松。產(chǎn)生熔接痕，嚴重影響塑料制品的成型質(zhì)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?jié)部谔幍乃芰线^早固化。

在實際工作中，我們一般是用cad系統(tǒng)，根據(jù)產(chǎn)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(qū)域；澆口應設在應力相對低且分布均勻的區(qū)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(zhì)量；對與多澆口一般采用關(guān)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(chǎn)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(chǎn)品用于汽車內(nèi)部裝飾，是典型的扁長類注塑件，要求產(chǎn)品的表面質(zhì)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(nèi)部流動不暢，澆口位置和數(shù)量對分析結(jié)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(zhì)量高，澆口不能開在產(chǎn)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(cè)，以保證正表面光滑，無缺陷。根據(jù)以往經(jīng)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(cè)澆口，側(cè)澆口一般開設在分型面上，塑料熔體從內(nèi)側(cè)或處側(cè)充填模具型腔，特點是由于澆口截面小，減少了澆注系統(tǒng)塑料的消耗量，同時去除澆口容易，不留明顯痕跡。經(jīng)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(fā)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(cè)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?qū)嶋H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(guān)閉時間，在Moldflow軟件里可以方便快捷地分析調(diào)整各閥澆口的開關(guān)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(xiàn)自動化生產(chǎn)，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(chǎn)生的變形現(xiàn)象發(fā)生。

以上兩種方案，從澆口到填充末端的距離都較長，經(jīng)過初步流動填充分析后，得到以下結(jié)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(jié)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(xiàn)熔接痕。氣穴主要出現(xiàn)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(yōu)化后的澆注系統(tǒng)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(xiàn)熔接痕。

3 結(jié)束語

綜合以上，通過對轎車儀表板產(chǎn)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(yōu)化，一般來講，根據(jù)模具設計人員的經(jīng)驗可確定制造缺陷產(chǎn)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(fā)現(xiàn)模具和成型技術(shù)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(yōu)化設計[J].模具技術(shù)，2007（3）：40-43

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