MOLDFLOW在遙控器面板注塑成型中的應用

趙會娟，苗雅麗，劉 波，唐光胤，湯金金

(濟源職業技術學院 機電工程系，河南 濟源 459000)

MOLDFLOW在遙控器面板注塑成型中的應用

趙會娟，苗雅麗，劉 波，唐光胤，湯金金

(濟源職業技術學院 機電工程系，河南 濟源 459000)

對遙控器面板進行了工藝分析，針對產品可能出現的缺陷，擬定多種澆口位置方案和成型工藝參數方案，利用MOLDFLOW充填分析和流動+翹曲分析功能模擬成型熔接痕形成和翹曲變形情況，根據分析結果選擇模具結構和成型工藝參數，確保得到合格的塑件。該方法有效地縮短了模具設計周期，降低了試模成本。

MOLDFLOW；遙控器面板；注塑成型；熔接痕；翹曲變形

在注塑成型生產過程中，塑料熔體在高壓下高速充填封閉的模具型腔，不同品種的塑料，流動性能各不相同，不同結構的塑件，模具結構相差甚遠，生產工藝條件也要相應變化。僅憑經驗和嘗試很難準確地控制產品質量，尤其是對于大型、復雜、薄壁或精密產品的成型，可能會出現短射、氣穴、熔接痕、翹曲變形嚴重等缺陷，難免要進行反復試模和修模甚至重新設計[1]，這種方式效率低、周期長、成本高，不利于新產品的研究和開發。

通過 CAE 技術模擬成型質量，預知注塑件可能存在的缺陷并提出優化方案，可以縮短開發周期，提高成型質量。CAE分析軟件主要包括Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和 MAGMASOFT等。其中，Moldflow作為注塑模具設計的分析軟件可以通過建立流道系統、冷卻系統等[2]，模擬塑料熔體在注塑成型過程中的流動、 保壓和冷卻過程，為模具設計和試模提供非常有參考價值的分析數據。本文將以遙控器面板的注射成型工藝分析為例，介紹利用Moldflow軟件優化塑件質量的過程。

一、問題的提出

遙控器面板如圖1所示，尺寸為51.2mm×122mm×17mm，壁厚1mm且非常均勻，要求無明顯表面質量缺陷，下端面與遙控器盒底有裝配要求，要求控制翹曲變形量在0.2mm以下，批量生產。初選材料為Monsanto Kasei公司的TFX-210-EB，非結晶型材料，熔體密度0.949 33g/cm3，固體密度1.054 1 g/cm3，推薦模具溫度20℃～80℃，熔體溫度200℃～280℃。要得到合格的制品，有兩個主要問題需要解決：一是由于該塑件上存在多個按鈕孔和電池安裝孔，料流繞過型芯匯合時易產生熔接痕，需要控制熔接痕的位置、數量和強度；二是該塑件屬于薄壁件，易產生翹曲變形，需采取措施將變形量控制在要求范圍內。

圖1 遙控器面板

Moldflow Plastic Insight具有模擬分析注射成型中的塑料流動形態、溫度分布、熔合線位置、產品體積收縮、冷卻時間和產品翹曲等功能[3]，所以在模具設計和加工前先用Moldflow模擬分析不同的塑料品種牌號、模具結構和成型工藝參數形成的熔接痕和翹曲的情況，根據分析結果確定最終方案。

二、準備工作

圖2 網格統計結果

用三維軟件創建好遙控器面板的3D模型，輸出為igs格式。將igs文件導入到CAD Doctor中，先在Translation模塊下對自由邊、面間隙等缺陷進行檢查并修復，再在Simplification模塊下對邊緣的小圓角作出簡化處理，最后導出為udm文件。將該udm文件導入Moldflow新方案中并劃分雙層面網格，設網格邊長1.5mm，對重疊單元和縱橫比過大等各種網格缺陷修復后得到網格統計結果如圖2所示，縱橫比最大值5.98，匹配百分比達93.6%，符合Moldflow各項分析對網格模型的要求。

三、CAE模擬分析

1.熔接痕

熔接痕是由于注射過程中多股料流在型腔中分流匯合，在熔接界面熔合不完全，從而在制品表面形成了線狀痕跡。熔接痕中間層的結合強度影

響注塑產品的力學性能，表層熔接痕跡影響產品表觀性能[4]，所以應盡量避免或減少熔接痕的數量、盡可能提高其結合強度。塑件中的熔接痕有三種基本類型：一是冷接痕，由于塑件結構特點或尺寸較大，為減小熔體流程設置了2個及以上的澆口，從不同澆口進入型腔的熔體前鋒相遇時形成； 二是熱接痕，由于塑件結構上有孔或需要安放嵌件等引起熔體分開再匯合而形成；三是當塑件不同部位壁厚相差懸殊時，熔體流經不同位置所受阻力不同，從而以不同流速匯合，也會在最終匯合處形成熔接痕[5]。按熔接痕的匯合角又可將熔接痕分為兩種，匯合角小于135°的稱為對接痕，大于135°的稱為合并痕；后者的性能明顯優于前者[6]。

模具中澆口的數量、位置、尺寸及排氣系統的設計以及注射成型工藝參數如熔體溫度、模具溫度、注射壓力和保壓壓力都直接影響熔接痕的形成和質量。本文所討論的遙控器面板的結構特點決定了該塑件中會形成前兩類熔接痕，故通過設定不同的澆口數量和位置來模擬分析各方案中形成的熔接痕數量、位置及熔接角度，現擬訂五種澆口方案，見表1。

選定材料TFX-210-EB并設定注射位置后，在每種方案中設定分析序列為“充填”，工藝參數設置窗口中設定模具溫度74.5℃，熔體溫度275.9℃，注射時間0.306 1s。(該組工藝參數下成型塑件質量最好，數據由Moldflow的成型窗口分析獲得)其余參數用軟件默認值，打開分析結果中的熔接痕項，查看各方案的熔接痕分布情況，如圖3所示。

表1 五種設定澆口的方案

圖3 熔接痕分布圖

可以看出，在5個小孔處，每種方案都形成了熔接痕，其中方案五形成的熔接痕數量最長，性能最差；其余幾種方案所形成熔接痕都較短，匯合角也較大，對性能影響不大，外觀可通過電鍍或噴漆彌補；在下沉的方孔上表面處，只有方案一沒有形成熔接痕，其余四種方案都有或長或短的熔接痕。 綜上所述，澆口方案選用方案一，分析日志顯示，注射時間0.33s，V/P切換發生在充填體積達97.22%處，最大注射壓力45.12MPa。

2.翹曲變形

翹曲變形是指塑件的形狀偏離了模具型腔的形狀，根本原因在于塑件的不均勻收縮[7]。不均勻收縮來源于三個方面：一是塑件不同部分的收縮不均勻，二是沿塑件厚度方向的收縮不均勻，三是與分子取向平行和垂直方向的收縮不均勻。影響翹曲的因素包括成型材料、塑件結構、模具結構和工藝參數四個方面[8]。既定的塑件結構保持不變，現從其他三個方面擬定以下五種方案，見表2，模擬分析每種方案所產生的翹曲變形量，分析結果如圖4所示。

表2 五種用于模擬翹曲變形的方案

注：GK 6752 rot/SOZ rot(RPVC) 非結晶型材料，熔體密度1.300 8g/cm3，固體密度1.433 7 g/cm3，推薦模具溫度30℃～50℃，熔體溫度200℃～210℃。

圖4 翹曲變形分析結果圖

可以看出，方案一變形量達0.510 6mm，方案二在方案一的基礎上添加冷卻回路后變形量略有減小，為0.506 6mm，說明因冷卻不均勻造成的翹曲變形量非常小；方案三在方案一的基礎上改變了保壓曲線，由保持恒壓80%注射壓力持續10s調整到前4s內保持恒壓100%注射壓力，6s內保壓力逐漸降低為0，塑件各處因過保壓造成的翹曲變形有所減小，總變形量為0.416 4mm；方案三在方案二基礎上降低了模具溫度、熔體溫度，提高了注射速度，翹曲變形量有所增加，達到0.437 0mm；方案五將材料為GK 6752 rot/SOZ rot(RPVC)，因PVT屬性不同，翹曲變形量減小為0.149 9mm，小于允許上限值0.2mm。綜上所述，最終決定采用方案五。

四、結論

根據塑件的結構特點推斷出成型時容易熔接痕和翹曲變形兩種缺陷。擬定了5種澆口位置方案，通過MOLDFLOW的充填分析模擬分析出每種方案可能出現的熔接痕分布情況，確定采用第一種澆口位置方案。根據影響翹曲變形量的因素擬定了五種流動+翹曲分析方案，根據分析結果確定采用第五種方案作為最終的成型方案。

MOLDFLOW等CAE分析軟件能有效地模擬出注射成型過程中可能出現的問題，根據分析結果調整方案后再行模擬，依此PDCA循環，最終確定出可生產出合格塑件的模具結構和工藝參數。該方法作為模具設計的輔助手段，可有效縮短設計周期，減少試模成本。

[1] 王波.Moldflow模流分析在注塑過程中的應用[J].塑料科技，2015，(6).

[2]楊曉紅，陳淵，劉偉，等.基于Moldflow的三通管注塑模澆注系統的設計與優化[J].中國塑料,2016,(1).

[3]張金標.注塑CAE及Moldflow軟件應用[M].北京：機械工業出版社，2014.

[4]王夢寒，董晶晶，耿佩. 基于差溫控制策略及熔接痕性能的空調面板澆口優化設計[J]. 塑料工業,2011,(9).

[5]周雪峰.注塑件熔接痕的形成及控制[J]. 常熟理工學院學報(自然科學), 2012,(2).

[6]曾令琴，游小紅.注射制品熔接痕影響因素與改善措施[J].模具工業,2008,(6).

[7]高月華,王希誠.注塑制品的翹曲優化設計進展[J].中國塑料，2006,(11).

[8]趙苗，辛勇.注塑制品翹曲變形的研究進展[J].中國塑料，2012,(4).

2095-4654(2016)12-0089-04

2016-06-14

TQ320.662 ;TP391.72

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