基于CAE分析的塑件產品注射成型澆注系統優化設計

李錦妍 何敏紅 王濤

摘 ?要：以薄殼塑件注射成型過程為例，設計澆注系統對塑件進行Moldflow填充結果仿真分析，根據塑料產品的結構分析填充效果，并進行澆注系統二次優化設計，得出系統優化后的澆注系統尺寸參數保證塑件結構局部強度，提高塑件成型質量。

關鍵詞：注射成型;澆注系統;Moldflow

中圖分類號：TB33 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）02-0070-03

Abstract： Taking the injection molding process of thin shell plastic parts as an example， a gating system is designed to simulate and analyze the filling results of the plastic parts by Moldflow， and the filling effect is analyzed according to the structure of the plastic products， and the secondary optimization design of the gating system is carried out. It is concluded that the optimized gating system size parameters ensure the local strength of the plastic part structure and improve the molding quality of the plastic parts.

Keywords： injection molding; gating system; Moldflow

1 產品分析及有限元網格處理

本塑件為一款薄殼塑件，三維模型視圖如圖1所示，長145mm，寬55mm，高30mm，產品壁厚約1.5mm。塑件部分中空，有十字形細長結構連接特征。注塑材料選擇Targor公司生產的PP，牌號PPU 1752 S1，其流動性能好，溫度變化對于熔體粘度的改變小，頂出溫度高，剪切速率高，是一種常見的注塑材料，其主要性能如表1所示[1]。

對產品進行有限元網格劃分，全局網格邊長2.5mm，修改網格缺陷，使三角形單元縱橫比在10以內，匹配百分比大于85%[2-3]。

2 澆注系統設計及初次填充分析

型腔排列為一模兩腔，塑件中心間距90mm，兩腔180°鏡像對稱，型腔布局及澆注系統尺寸如圖4、圖5所示。

根據填充分析結果，塑件填充時間為1.309s，填充階段最大注射壓力為20.0925MPa，此時注射時間為1.2802s，填充體積為99.01%，熔體流動速率為30.85cm3/s，成型狀態由填充轉化為保壓。塑件細桿部位填充時間如圖6（a）所示，速度/壓力切換時的壓力（V/P轉變壓力）如圖6（b）所示。

由塑件的熔接痕及氣穴分析（圖7所示）可以看出，因為側澆口設置，熔體塑料流動前沿匯合處溫度、方向不同而在塑件局部區域形成熔接痕[4-5]。細桿部位因其尺寸細長，波前交匯產生的V型缺口熔接痕類似裂紋（圖7熔接痕1、2、3處），容易產生應力集中，使此部位材料力學性能變差，成為裂紋潛伏區，同時此部位分子鏈運動性降低，擴散不足，易夾帶雜質，生成針孔，使其局部強度降低約20%-30%。為轉移細桿部位熔接痕，提高強度，增長塑件整體使用壽命，對澆注系統進行二次優化設計。

3 澆注系統優化設計及二次填充分析

根據塑件結構特點及熔體塑料流動分析，細桿部位熔接線通過改變澆口位置進行轉移，澆口位置設置在細桿部位中心，一模兩腔型腔排列，如圖8所示，澆注系統尺寸如圖9所示。

如圖10（a）（b）可以看出，優化之后的三板模點澆口澆注系統注射成型，塑件填充時間1.532s，填充階段最大注射壓力作為31.41MPa，與兩板模設計相比注塑壓力較大。塑件十字形細桿部位幾何中心點澆口注射使熔接痕位置轉移（圖11），增加局部力學強度，提高塑件使用壽命，同時三板模結構開模后澆口自行脫落，并且殘留痕跡小，生產便利。冷卻系統設計如圖12所示，6條冷卻水管道，入水口和出水口溫差0.39℃，塑件上下表面均勻冷卻，冷卻效率良好。

參考文獻：

[1]楊海鵬.塑料成型工藝與模具設計[M].北京：北京大學出版社，2013.

[2]沈洪雷，劉峰.Moldflow注射成型過程模擬實例教程[M].北京：電子工業大學出版社，2014.

[3]王衛兵，李金國.Moldflow中文版注塑流動分析案例導航視頻教程[M].北京：清華大學出版社，2014.

[4]袁海兵.玻纖增強聚丙烯復合材料熔接痕性能的研究[J].廣東化工，2019，46（13）：23-25+20.

[5]常輝，樊曉紅，林榮川.基于Moldflow端蓋澆口位置優化設計的研究[J].內燃機與配件，2019（05）：117-121.