基于CAE的塑料件模具設計方案選擇

奚曉嬿

摘要：本文對一復雜塑件進行了模具方案的選擇。通過模流分析，在單澆口和3澆口兩套模具設計方案中選擇了3澆口的模具結構。然后又通過進一步的注塑工藝參數改善，找到了成型塑件質量較好時的注塑工藝參數最佳理論值。實踐證明，運用CAE軟件進行模流分析，可減少模具的設計周期，提高模具的結構合理性及降低模具的成本。

關鍵詞：模流分析；模具設計；澆口；工藝參數；試模

1.塑件分析

塑件如圖1所示，該塑件長175mm，寬427mm，最大高度為41mm，除局部加厚部位外基本壁厚為2.5mm。材料選用美國Monsanto Kaser公司生產的牌號為TFX-210的ABS材料，具有良好的耐腐蝕性、表面硬度和較高的抗沖擊強度。從圖中可以看出，該塑件為板型塑件，應采用點澆口注塑，同時因塑件結構比較復雜，面上的通孔較多，考慮到一個澆口注塑未必能保證塑件的質量，所以塑件成型模具的方案設計擬用兩套方案分析對比：第一套方案采用單澆口中心進料，第二套方案采用3澆口圍繞中心3點進料。采用華塑CAE軟件進行模流分析，選擇更優方案。

2.CAE分析對比

因為是通過CAE分析兩套方案中哪套方案的塑件質量更優，所以兩套方案的注塑參數應一致方能比較，故暫都采用軟件默認參數進行分析，待方案選定后再對注塑參數進行優化。兩套方案的對比如表1所示：

對以上方案對比進行分析發現，方案一的充模時間為1.8s，要高于方案二的2.5s，這說明方案一料流在模具中的流動的時間要更少，模具各部位的溫差要更小，這點從熔體最大溫差方案一為140℃、方案二為180℃上也得到了驗證，說明方案一型腔末端的填充溫度要高于方案二，塑件的收縮不均要優于方案二；方案一各澆口的凝固時間分別為10.0s、10.7s、10.2，說明澆口的設置地點合理，基本同時充模結束，型腔各部分的塑件性能均勻，而且3個澆口的補縮影響也要大于方案二的1個澆口，塑件質量進一步得到了提高；收縮指數兩者基本相同，而方案一無論是最大注射壓力、最大剪切力還是最大鎖模力都要小于方案二，所耗用的功率更省，塑件的內應力也更小，有利于節能和塑件的使用。

3.注塑參數優化

為減小實際試模的次數和成本，可運用CAE分析找出最佳注塑參數的理論值，在實際試模時圍繞最佳理論值嘗試可很快確定實際注塑參數。優化后的注塑參數如下所示：

熔體溫度：240℃；模具溫度45℃；保壓時間：20s；保壓壓力59 Mpa；頂出溫度79℃。

圖2為模流分析后的氣穴顯示，可以看出在此工藝參數下產生的氣穴很少，并且都分別在塑件的邊緣或孔的邊緣，在成型時很容易排出。圖4為熔合紋的顯示，可以看出塑件上的熔合紋數量不多，且都分布在非主要受力使用的位置，也不影響塑件的使用。

應力翹曲分析結果顯示：x方向長度變化值為0.54mm，Y方向為0.5mm，z方向為0.03mm，局部縮水最大值為0.0318mm，三維各個方向的翹曲值都不大，局部縮水最大值也很小，對于這種體型的板類零件來說，這個翹曲值已經是很小了，塑件的質量非常好。

4.模具三維裝配圖

運用UG軟件可繪制模具的三維結構裝配圖如圖4所示，三維裝配圖相對于傳統的AUTOCAD繪制的二維裝配圖來說，更直觀、更具體，更能體現細節上的全方位觀測。

5.結論

對于較復雜及較大塑件來說，注塑成型的條件對于模具結構有著決定性的作用。本文正是基于華塑CAE軟件的模流分析對一板型塑件進行了單澆口和3澆口兩套方案的分析對比，通過模擬注塑分析的結果對比，選擇了3澆口的模具結構方案。然后又通過進一步的參數調整嘗試與分析，找到了成型塑件質量較好時的注塑工藝參數最佳理論值，為提高實際試模的成功率和減少試模成本提供了很好的理論依據。最后運用UG軟件做出了模具結構三維設計圖，通過三維設計圖可以很好地提供模具結構各部位的全方位觀測，并為模具裝配提供了圖紙依據。實踐證明，運用CAE軟件進行模流分析，對于模具的設計、試模都具有極大的指導意義，可減少模具的設計周期，提高模具的結構合理性及降低模具的成本。