基于Moldflow的型腔數量及澆口位置對變形的影響分析

□ 耿海珍 □ 賈林玲

江門職業技術學院機電技術系 廣東江門 529090

基于Moldflow的型腔數量及澆口位置對變形的影響分析

□ 耿海珍 □ 賈林玲

江門職業技術學院機電技術系 廣東江門 529090

翹曲變形是注塑件的主要缺陷，影響注塑件的精度、裝配性能和使用性能，是衡量產品質量的重要指標。澆口位置對塑件成型的翹曲變形影響很大，基于Moldflow軟件，采用側澆口一模四腔、側澆口一模兩腔、潛伏型澆口一模兩腔三種注射方案，對與零件尺寸精度密切相關的總變形量進行有限元分析，從而確定塑件的最佳注塑方案。利用研究結果，可以有效縮短模具開發周期，減少修模次數，降低生產成本，提高產品質量。

注塑成型 翹曲變形 澆口 Moldflow

塑料成型是現代工業生產的重要手段之一，收縮是注塑成型過程中不可避免的一種物理現象，成型收縮不均勻所引起的翹曲變形是塑料制品常見的質量缺陷之一［1］，它不僅與材料特性有關，還與塑件結構、模具設計及成型工藝有關［2］。翹曲變形不僅影響注塑件的精度和裝配性能，同時對制品的外觀質量和使用性能也有一定的影響［3］，是注塑制品很棘手的問題。翹曲變形作為衡量產品質量的一個重要指標，受到了廣泛的關注和重視。

塑件結構和材料確定后，模具設計的核心及重要環節就是確定型腔數量和澆口位置。澆口是充填時熔體流動和保壓時壓力傳遞的必經通道，直接影響塑料熔體流動的平衡、聚合物分子和纖維的取向、填充結束時制品的體積收縮和尺寸的穩定性，對塑件成型的翹曲變形影響很大［4-7］。

本文利用Moldflow軟件，對典型薄壁面殼塑件進行注塑成型模擬分析，研究型腔數量及澆口位置對塑件總變形量的影響，對與零件尺寸精度密切相關的翹曲情況進行有效預測，提高一次試模的成功率，縮短模具開發周期，減少修模次數，提高產品質量，最終達到降低生產成本、提高生產效率的目的。

1 塑件成型工藝性分析

相機前蓋是一種比較典型的薄壁面殼零件，其結構如圖1所示。外形尺寸為90 mm×65 mm×25 mm，產品周邊位置處壁厚為2 mm，側面有圓孔，3級精度，由塑件的尺寸公差表（SJ/TI10628-1995）可知，其長度方向的尺寸公差值為0.3 mm，大規模生產，材料選用Novodur

P2MC ABS。

▲圖1 零件結構圖

2 塑件的網格劃分

2.1 模型的簡化

模型的簡化是通過Moldflow cad doctor軟件完成的。在進行Moldflow分析之前，需對產品模型進行必要的簡化和合理的修改。因為分析能否順利進行、分析結果是否可靠，都和產品的網格模型有著直接的關系，而網格模型是在產品的3D模型上直接生成的。產品網格模型是由大量具有公用邊的三角形單元組成，細小、細微結構必然導致三角形單元的激增和網格質量的下降，因此，對于較復雜的3D模型，在進行網格劃分之前一般都需要進行簡化。模型的簡化應遵守的原則是：盡量減少過小的倒角；去除對分析結果影響不大的細小、細微結構；在不影響分析結果的前提下，盡量保證面與面之間的棱線過渡，盡量避免小圓角過渡。

2.2 產品導入與網格劃分

將簡化的模型以 Fusion的網格形式導入Moldflow，對導入的產品進行網格劃分和修復。其劃分的最終結果應保證以下基本條件：自由邊、非交疊邊、定向錯誤的單元數、相互交叉的單元數、完全重疊的單元數的值都為零。三角形最大縱橫比的值應保持在6到8之間，最大值不應超過20。網格的匹配率則應保持在90%以上，以便能得到準確的結果。對劃分網格的統計結果見表1。

表1 網格修復后的統計結果

3 注塑成型過程模擬分析

成型高精度塑件時，模腔不宜過多，通常不超過四腔，且必須采用平衡布置分流道的方式［8-10］。此塑件為3級精度，其長度尺寸方向的最大公差不得超過0.3 mm，屬高精度工件，考慮到此件為大批量生產，為提高生產效率，降低成本，可預先采取一模四腔的平衡式注塑方式。

由文獻［11］分析得出，最佳澆口位置位于塑件的中心。在綜合最佳澆口位置的分析結果與產品要求的情況下，筆者提出兩種可行的澆口形式：位于工件側面的側澆口以及位于中心位置下表面的潛伏型澆口。

3.1 采用側澆口時產品成型過程模擬分析

該零件的表面要求光潔，而點澆口的澆口較小，長度很短，脫模后塑件上的澆口痕跡也不明顯，因而采用側澆口時也不需要再修正澆口痕跡。因此澆口采用直接側澆口形式，方便零件的后續清理。

3.1.1 一模四腔矩形平衡式布局

型腔排列方式及塑件總變形量的分析結果如圖2所示，由圖中可知，產品拐角處單邊產生的最大變形為0.7 mm左右，此結果嚴重超過了產品要求0.3 mm的公差值，根本無法生產出滿足要求的合格產品。產生次品的主要原因是產品變形嚴重超差、變形不均勻無法裝配等。

通過對其初始流動分析可知，由于型腔布置的不對稱，使分流道內的熔體注入4個型腔時產生不同的注射時間，這對高精度塑件的生產是嚴重不利的。此方案雖然能在大規模生產的形勢下，很大程度地提高生產率，但由于型腔布置方式嚴重的不對稱，由此產生的注射過程的不平衡，會引起產品成型后尺寸與性能不穩定。另外，由于產品在開模過程中需要側抽芯結構，此型腔布置方式會大大提高模具的制造成本，降低塑件的成型質量，這對于大批量高精度塑件的生產及裝配都是不允許出現的。從塑件的精度要求及生產類型綜合考慮，宜改用一模兩腔對稱布置的產品生產方式。

▲圖2 側澆口一模四腔模擬分析

3.1.2 一模兩腔對稱布局

其型腔排列方式及塑件總變形量的分析結果如圖

3所示，從圖3（b）明顯看出，在改變型腔數量及排列方式而其它成型參數不改變的情況下，塑件的變形分布及其總變形量得到了很大程度的改善。最大翹曲變形的位置為塑件兩周邊薄壁處及拐角處，其最大值為0.096 4 mm，滿足產品長度方向尺寸公差為0.3 mm的要求。

通過對其流動性分析可知，由于型腔布置的對稱性，使分流道內的熔體注入2個型腔時注射時間的差別有了很大程度的改善，從而基本上保證了注射過程的平衡，有效降低了塑件的翹曲變形，穩定了產品成型后的尺寸與性能。

3.2 采用潛伏型澆口時產品成型過程模擬分析

由于位于中心位置下表面的潛伏型澆口能很好地滿足產品的外觀要求，并能與軟件分析的最佳澆口位置重合，在此采用潛伏型澆口一模兩腔進行分析研究。型腔排列方式及塑件總變形的分析結果如圖4所示。

由圖4（b）可知，最大翹曲變形的位置在一個周邊及其它3個周邊的3個點處，其變形量分別為0.09 mm、0.057 7 mm、0.050 4 mm和0.045 1 mm，同樣滿足產品長度方向尺寸公差為0.3 mm的要求。

對比圖3（b）和圖4（b）的分析結果，塑件的最大變形量均滿足公差要求，但從產品變形分布的角度看，潛伏型澆口一模兩腔的注射方案更合理，產品變形的分布明顯優于側澆口。其主要原因是由于采用側澆口進行填充時，澆口位置的不對稱，導致了型腔對稱位置處的填充時間、冷卻時間及保壓情況有所不同，因此會使產品在收縮冷卻過程中產生差別，嚴重時會產生明顯的翹曲變形，這對外觀要求較高的高精密塑件的生產是不利的。

▲圖3 側澆口一模兩腔模擬分析

▲圖4 潛伏型澆口一模兩腔模擬分析

4 結論

基于確定的模具型腔布置和澆口形式，利用Modlflow軟件對與零件尺寸精度密切相關的“塑件總變形量”進行了有限元分析。綜合上述分析結果，采用一模兩腔側澆口和一模兩腔潛伏型澆口的注射方案，塑件的最大變形量均滿足公差要求，但一模兩腔潛伏型澆口的注射方案，塑件變形的分布優于測澆口。

必須指出的是，由于現實的生產過程中存在著眾多不確定的因素，以及在有限元分析過程中所做的簡化處理，使分析結果與實際生產存在一定的差異。因此在產品的生產過程中，在充分運用CAE軟件的同時，還要結合實際生產條件對分析結果進行適當的調整，使其與實際情況更加吻合。

［1］錢欣，金楊福.塑料注射制品缺陷與CAE分析［M］.北京：化學工業出版社，2010.

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（編輯 小 前）

TH162；TQ320

A

1000-4998（2015）06-0076-03

2015年2月