基于Moldflow的澆注系統對塑件翹曲的影響研究

劉淑芬，宋曉龍，楊勝，徐慧

（遼寧工業大學　機械工程與自動化學院，錦州 121001）

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基于Moldflow的澆注系統對塑件翹曲的影響研究

劉淑芬，宋曉龍，楊勝，徐慧

（遼寧工業大學機械工程與自動化學院，錦州 121001）

摘 要：針對注塑工藝中常見的由材料纖維取向引起的塑件翹曲變形，應用Moldflow軟件對該問題在不同澆注系統下進行仿真研究，對比不同方案在相同翹曲起因下的翹曲程度，預測了塑件在不同澆注系統下由纖維取向引起的翹曲變形量，最終獲得了理想的澆注系統設計方案。

關鍵詞：注塑成型；翹曲；纖維取向；澆注系統；Moldflow軟件

0　引言

澆注系統設計是注塑模具設計中最關鍵的一環，決定了熔料的流動方向和流動平衡性，對聚合物的分子取向及塑件的翹曲有很大影響。對由含玻璃纖維聚合物制造的塑件，其翹曲主要由于玻璃纖維的纖維取向引起，而澆注系統對材料的纖維取向有著決定性影響，合理的澆注系統可以有效降低制品翹曲。本文以某公司生產的汽車發電機端蓋為例，利用Moldflow軟件對面向該產設計的三種澆注系統進行仿真，通過對在一定注塑工藝條件下產品翹曲程度的分析比較，確定了最佳澆注系統方案，為模具設計者提供科學借鑒。

1　澆注系統設計前處理

1.1產品分析

產品模型如圖1所示，為黑色汽車發電機端蓋，平均壁厚為1.5mm，尺寸為直徑約124mm，高32mm的不規則圓柱形深腔端蓋，表面分布多個散熱孔，端蓋圓柱面部分區域形狀多且沒有加強筋；工藝要求：產品正面無明顯澆注痕跡，翹曲變形量控制在0.8mm以內；產品生產原料：含30%玻璃纖維的尼龍66，材料牌號為：PA66-G30 B-01；考慮現有注塑機規格以及產品工藝要求，產品采用一模一腔三板倒裝模點澆口澆注系統。

圖1　產品模型圖

圖2　產品網格統計及有限元網格模型

1.2產品三維模型的有限元網格

由于Moldflow為專業模流分析軟件，建模功能并不強大，故在UG中建立產品模型再導入Moldflow。該產品為薄壁圓柱形深腔型產品，故采用雙層面網格，經過對網格調節長徑比、調整單元取向、去除自由邊等處理后，得到如圖2所示的滿足模流分析要求的網格和產品網格模型。

表1　相關成型工藝參數

1.3澆注系統設計方案

產品由現有規格為最大注塑壓力120MPa，最大鎖模力100tonne的注塑機生產。結合產品工藝要求和模具設計的相關原則，設計共三套澆注系統方案。相關成型工藝參數如表1所示，Moldflow中“澆口位置”分析模塊很好的考慮了流動的平衡性、型腔內的流動阻力與產品的形狀和壁厚等因素。利用該模塊輔助找出產品的最佳澆口位置并建立流道系統，如圖3所示。

圖3　澆注系統設計方案

參考分析結果，設計如下：方案一考慮減小注塑壓力及澆注痕跡，澆口設計在產品背面的產品圓心節點N20158處，產品所需注塑壓力小，正面無澆注痕跡；方案二在產品背面采用兩點進澆，澆口分別設計在節點N22281與N22253處，產品正面無澆注痕跡，所需注塑壓力小；方案三在產品背面采用三點進澆，澆口分別設計在節點N22278、N22227、N22253處，產品正面無澆注痕跡。

2　澆注系統方案分析比較

2.1翹曲變形

翹曲是由注射過程中塑件收縮率不均勻引起，主要表現在以下三個方面：1）塑件不同區域的收縮率不同；2）塑件沿厚度方向收縮不均勻；3）材料分子取向平行和垂直方向上收縮不均勻。Moldflow中的翹曲模塊用于分析塑件的翹曲變形，通過該模塊可以模擬塑件成型過程，對成型結果的翹曲變形進行預測，從而制定設計方案。翹曲分析模塊將翹曲起因解析為以下三點：1）由冷卻不均引起的翹曲；2）由收縮不均引起的翹曲；3）由取向效應引起的翹曲。

2.2翹曲分析結果

按照表1中各方案工藝參數對產品進行翹曲仿真分析。方案一翹曲分析結果如圖4所示。

圖4　方案一翹曲分析結果

方案二翹曲分析結果如圖5所示。

圖5　方案二翹曲分析結果

方案三翹曲分析結果如圖6所示。

圖6　方案三翹曲分析結果

圖4（a）、圖5（a）、圖6（a）冷卻不均引起的翹曲；

圖4（b）、圖5（b）、圖6（b）收縮不均引起的翹曲；

圖4（c）、圖5（c）、圖6（c）取向效應引起的翹曲；

圖4（d）、圖5（d）、圖6（d）所有效應的翹曲變形。

圖4～圖6為三種設計方案翹曲分析研究的結果，將該結果列入圖7。由曲線圖可知：三個設計方案中，冷卻不均引起翹曲變形極為微小，不是翹曲的主要起因；收縮不均引起的翹曲變形分布在0.64mm到0.74mm之間，方案之間差異微小；取向效應引起的翹曲變形，方案二翹曲最大值為0.72m，相比方案一、三分別減小了31% 和22%；整體翹曲變形中，方案二為0.63mm，相比方案一、三分別減小了50%和47%，滿足了產品的生產工藝要求。通過以上分析結果比較，最終澆注系統在綜合考慮改善纖維取向、降低生產成本等因素下，選擇方案二。

圖7　不同方案翹曲分析對比曲線圖

3　結論

澆注系統在模具設計中極為重要，使用Moldflow軟件對發電機端蓋的四種澆注系統設計方案進行仿真分析，預測不同澆注系統對材料纖維取向的影響，確定最佳設計方案，證明在注塑工藝中合理的澆注系統能有效改善纖維取向從而減小塑件的翹曲，但并不是澆口越多越好。

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Effect Study of gating system on plastic parts warping based on Moldflow

LIU Shu-fen， SONG Xiao-long， YANG Sheng， XU Hui

中圖分類號：TQ320.66；TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1009-0134（2016）05-0024-03

收稿日期：2016-01-11

作者簡介：劉淑芬（1972 -），女，遼寧鐵嶺人，副教授，碩士，研究方向為機械CAD/CAM/CAE。