基于HSCAE的銑刀盒注塑模成型工藝分析

2017-06-29 12:00:51

中國設備工程 2017年11期

關鍵詞：產品分析

（蘇州健雄職業技術學院中德工程學院，江蘇太倉 215411）

王洪磊

（蘇州健雄職業技術學院中德工程學院，江蘇太倉 215411）

介紹了某銑刀盒的材料和性能，采用HSCAE軟件對該產品的熔合紋、氣穴、冷卻系統和溫度場展開了合理分析，并進行了模具三維設計及制造，成型出合格的產品。實踐證明，采用CAE 技術可大幅縮短模具制造時間，提高試模成功率和降低模具生產成本。

注塑模；成型工藝；產品缺陷；HSCAE分析

影響注塑模成型加工的因素很多，主要有塑料的成型工藝、原材料特性、模具設計制造以及注塑機操作等多方面的因素，在眾多影響因素制約下，塑料制品很容易產生缺陷，因此在模具設計前有必要通過CAE技術進行模擬分析。圖1所示為銑刀盒產品，其材料為PE，拔模斜度30′。在模具初步方案確定后，采用HSCAE軟件進行流動、保壓、冷卻和翹曲分析，為模具設計與制造提供參考。

圖1 銑刀盒

1 產品工藝分析

1.1 產品材料及性能

銑刀盒產品的材料為聚乙烯塑料，簡稱HDPE，該材料的產品在注射成型時需考慮如下因素。

（1）HDPE不易吸水，一般塑料只要存放適當，不用進行干燥即可進行注射成型。

（2）HDPE屬于剪敏性塑料，通過提高注射速度可有效改變熔融塑料的粘度，通過其流動性。

（3）鑒于HDPE較大的收縮率（1.5%～2%）且各向異性明顯，制品成型易于變形、翹曲。

（4）HDPE具有較高的結晶度，成型冷卻應均勻，保持其結晶密度一致性。

在模具設計時，澆口位置的選擇對制品的質量影響尤為重要，而且由于HDPE流動性好，要防止熔融塑料產生溢流。一般可利用分型面和頂針間隙進行排氣槽，如需開設深度小于0.03mm的排氣槽。

1.2 產品功用、結構分析

銑刀盒主要用于存放銑刀，其尺寸精度要求不高，屬于一般普通制件，但產品厚度較薄，僅為1mm，且深度為77mm，屬于薄壁深腔類零件，在成型過程中塑件填充和頂出是重點考慮因素。

2 HSCAE模流分析和驗證

2.1 驗證流動平衡

根據確定的型腔布局、數目，首先利用三維軟件根據相應尺寸構建三維模型，導入至HSCAE，通過HSCAE進行相關數據分析處理后，可實時分析三維流動模擬動畫。由如圖2所示流動結果可知，最開始的型腔和澆口數據設計，其流動填充極不平衡，到達型腔末端的流動前沿時間并不一致。這是由于熔融塑料同時到達型腔的時間不一致造成的，可通過多次修改各澆口尺寸的大小，實現熔融塑料同時到達型腔末端并保證流動平衡。

圖2 流動平衡分析

由于澆口尺寸越小，其流動阻力就會越大，可使靠近主流道端的澆口略比遠離端的澆口尺寸大0.05～0.08mm，以此類推，逐級增加相應級別尺寸。通過多次修改調整，最終實現如圖3所示的流動平衡，最后把最終確定的澆口尺寸作為實際模具的澆口尺寸。

2.2 驗證熔合紋和氣穴情況

圖3 流動平衡修改

熔合紋在塑料注射成型時是不可避免的，但可以通過改變其澆口的位置和數量來減少熔接痕數量，或者通過改變熔合紋的位置，使其遠離受力敏感區或表面質量要求高的部位。通過HSCAE三維實時模擬分析，可看到氣穴的位置，從而在此位置通過開設排氣槽等方式進行排氣。如圖4所示，產品氣穴的分型面位置，而熔合紋幾乎沒有。

圖4 熔合紋及氣穴驗證

3 溫度調節系統設計

3.1 冷卻水管布局

在滿足冷卻所需傳熱面積和模具結構空間允許的情況下，設計冷卻回路和冷卻通道孔徑大小。由本模具結構形式所知，細長型芯注塑模具的主要冷卻部位為細長型芯和型腔以及各部分的澆注系統上。

3.2 溫度場分析

HSCAE在分析產品的溫度是根據其厚度方向進行取向的，分析原理是從距離產品表面厚度為零開始直到最大厚度值，溫度隨厚度而變化，故分析完成后通過取溫度的平均值來作為熔體溫度。通過熔體溫度可分析產品產生缺陷的原因，如局部熔體溫度過熱會使制品表面產生黑點、黑條紋等；熔體溫度過低則引起制品填充不足等，此外通過熔體溫度還可控制產生熔合紋處的熔合程度。本產品的溫度場分析結果如圖5所示。