基于MOLDFLOW軟件的充電器外殼澆注系統的設計與分析

梁廷波

摘 要：在傳統的模具制造與生產企業中，產品的質量保證都是依靠資深的模具制造師傅通過多年的經驗來判斷在模具生產的過程中可能有出現的問題；從企業的角度而言，過多地依賴個體的能力來決定生產活動不利于企業的發展。從生產效益的角度出發，個人經驗作為生產經營的判斷依據可能會因為判斷的失誤、偏差、錯漏，造成交貨期變長，模具的翻修時間變長及制造成本升高等。現在有了CAE軟件的輔助分析，更好地幫助工程師發現及解決塑料產品在模具設計與制造的過程中潛在的不可見問題：如澆注系統設計合理性、填充壓力的大小選定、預判氣穴、熔接線的位置等關鍵性問題；通過數據的分析為模具設計到產品成型提供了有力的保障。

關鍵詞：澆注系統；流道平衡分析；優化設計

中圖分類號：TQ320 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0096-02

澆注系統是注塑成型模具中連接注塑機和產品型腔的熔體通道。注塑件的質量在很大程度上取決于澆口的設計， 而澆口數量和位置是重要的模具設計參數，因此澆口的設計對注塑件質量的影響尤為重要。澆口位置的設定決定了聚合物的流動方向和流動的平衡性，產品質量可以通過澆口位置的優化得到顯著提高；不合理的澆口位置常常造成熔體充填不均，從而引起過保壓、高剪切應力、很差的熔接線性質和翹曲等一系列缺陷[1]。由于產品的多樣化和復雜化在同一套模具內出現不同形狀、不同體積大小的產品放在一起生產是很常見的事。這樣一來模具的結構就會相應變得復雜，在成型工藝上就會帶來很多問題。尤為明顯的就是在不同塑件上成型的時間是不一樣的，勢必出現流道不平衡問題。以前通常的解決方法是以經驗值設置澆口尺寸，通過多次試模并查看產品質量；達不到要求就改澆口后再試模，周而復始，在這環節上花費大量時間。現以充電器外殼為例分析出現流道不平衡的時候通過CAE分析去改變流道結構尺寸從而解決問題，使得產品的成型更有質量有保證，從而提高生產率，降低成本。

1 塑件分析及工藝選定

產品為充電器的上、下外殼，外觀要求成型后外觀美觀、便于攜帶、防火絕緣、耐摔，內部結構的筋位、螺絲柱、卡扣較多，尺寸相對比較小；綜合分析可能采用ABS或PC兩種工程塑料，但后期的模具結構設計要考慮較多問題，故選用具有熱變形小、抗沖擊的PC GN1008RF作為分析的材料。通過Moldflow網格工具[2]分析可知產品的雙層網格面比較一般，縱橫比最大值達到39.33，網格匹配百分比達到86.7%；縱橫比相差過大、匹配率過低會造成分析后的數據與實際生產偏差太大或導致分析失敗。執行相關的網格修復命令降低網格的縱橫比至13.1，提高匹配率至87.6%。參考原料推薦工藝：設定成型工藝條件模具溫度75°，熔體溫度275°。冷卻時間20s、頂出溫度92°。

2 澆注系統的設計及流動平衡分析

本產品屬于外觀件，表面不能出現明顯的注塑痕跡。故采用潛頂針進膠方式進行注塑分析，具體參數如下：澆口直徑1.2mm，錐度12°，拔模角12°，分流道為截面為圓形直徑6mm，主流道口2.5mm，拔模角3度。由于兩型腔的體積不等，雖然人為地使設計澆口方式一致，注入各個型腔調流道長度相同。成型的過程中同樣會產生不平衡流動。

2.1 填充時間

填充時間分析[3]如下所示：下殼的填充時間為1.354s，上殼的填充時間為1.219s，流動不平衡率為9%，使得上殼產生了飛邊缺陷，嚴重影響了產品的質量和性能。

2.2 速度/壓力切換時的壓力

通過速度/壓力切換云圖（圖1）結合充填過程記錄可以看出產品在薄壁與筋位出現了滯注流的現象，在沒有填充完成的情況下發生滯流現象導致下殼沒能填充完成（短射現象），在上殼部分1.219s的時候已經完成產品的注射準備進入保壓階段；但下殼部分仍需繼續填充，導致上殼因保壓力過高致產品產生翹曲或密度不均勻分布。解決方法是在對薄壁的地方進行加膠處理或修改澆注位置，以調整壓力分布。

2.3 注射位置處壓力XY圖

觀察注射位置的壓力二維圖（圖2）發現產品在0.75s的時候壓力為24.83Mpa，到0.8s的時候突然壓力升高至30.71Mpa。表明制件沒有達到平衡充模。

3 流道平衡分析及澆注系統的優化

流道平衡分析的壓力設置[4]，這里有四個設置選項（mill

tolerance）加工精度，該數值越大流動平衡的計算誤差就越大；數值越小其所需要的計算平衡時間就越長。（maximum iterations）迭代次數，默認值為20次，每進行一次迭代計算都是進行一次完整的填充分析，直到完成設置的20次或滿足平衡誤差為止。（time convergence tolerance）時間收斂誤差是指每一個型腔充填結束到最后一個型腔充填完成的時間差異的百分比，（pressure convergence tolerance）壓力收斂誤差是指目標壓力和系統計算的充填壓力的差異。

通過分析得出澆注不平衡的原因是由于塑料壁厚不均和澆注系統流道尺寸澆口尺寸的設計不合理造成的，針對這兩個產生問題的解決方法如下：

（1）修改下殼的壁厚，使得產品的平均膠厚為1.5mm。

（2）修改上、下殼澆注口的形狀、位置及進澆注方式后進行填充分析（圖3），可見現兩產品的填充時間分別是1.323s和1.32s，差不多是同一時間填滿各自型腔，流動平衡有了一定的改變。

4 結束語

在不改變成型工藝參數的基礎上分析最佳的澆注位置、澆注方式，利用計算軟件的迭代計算過程得出流道最為合理的尺寸，使得澆注系統對于產品的流動平衡分析數據，參考數據進行手動修改產品結構，軟件自動修改流道的尺寸大小，起到減小澆注系統體積用料；避免在生產的過程中不斷通過試模返修的傳統過程，不但提高了設計的成功率和合理性，而且降低了產品的缺陷發生率，保證了產品的質量。

參考文獻：

[1]曹將棟，陸立新.基于Moldflow平臺的電吹風外殼注塑模具優化設計[J].塑料，2010，39（1）：122-125.

[2]單巖，王蓓，王剛.Moldflow模具分析技術基礎[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3]李宏生，郭志英，李德群.注塑成型CAE分析結果的評價方法[J].中國塑料，2005，19（10）：64-69.

[4]劉曉藝，石連升.基于Moldflow軟件的汽車儲物盒下蓋澆口數目的優化設計[J].塑料，2010，39（2）：10-12.

[5]張維和.注塑模具設計實用教程[M].北京：化學工業出版社，2007.