基于Moldflow的薄壁殼體注塑件成型質量分析

張田榮，曹宏偉

（甘肅機電職業技術學院，甘肅 天水 741001）

工藝條件對制品質量的影響，在注塑成型過程中存在諸多非線性時變和不確定因素，是工藝優化和質量控制的一大難點。翹曲變形、縮水、飛邊、熔接痕和尺寸變化等，是注塑成型中最常見的質量缺陷[1]。引起這些缺陷的因素很多，除了材料自身性能外，塑件形狀、壁厚、注射壓力、注射時間、澆口形式、流動方向、冷卻速度和模具溫度等因素，對塑件的成型都會產生一定的影響[2]。本文以某薄壁殼體注塑件為研究對象，運用Moldflow軟件對注射成型過程進行模擬分析。

1 網格劃分

該件屬薄壁殼體類塑件，平均壁厚為2mm，選用材料為PC/ABS合金。將模型導入到Moldflow軟件中，采用雙層面（Dualplane）網格劃分，獲得2202個單元，最小縱橫比為1.16，最大縱橫比為5.9，平均縱橫比為1.82，匹配率為99.8%（大于90%），滿足分析要求，有較高的精確性，可進行完整的模流分析。經過網格診斷、修復等前處理，得到的有限元模型如圖1所示。

表1 工藝參數

2 注塑成型質量分析

設置工藝參數，進行模具模流模擬分析，研討可能出現的成型質量問題。注塑工藝參數設計數據如表1所示。

圖2充填時間分析結果表示，充填時間和澆口位置有關系。離澆口距離越遠，充填時間越長，頭部附近最后充填，可能會造成各型腔壓力不平衡，產生翹曲等缺陷；圖3流動前沿溫度分析結果表示，熔體前沿溫差為0.7℃，八個角部與其它地方顏色差別較大，可能會引起翹曲變形等缺陷；圖4熔接線分析結果表示，熔接痕多數在流動前沿溫度較高處；圖5氣穴分析結果表示，粉色小點就是氣穴，分布在頭部邊緣，試模時排除，對塑件基本沒影響；圖6回路冷卻液溫度分析結果表示，入口處冷卻液溫度為溫度25.04℃，出口處為 27.51℃，溫差為2.47℃，冷卻液溫差較小，滿足要求，不會產生冷卻不均導致的缺陷；圖7回路管壁溫度分析結果表示，管壁溫差為9.26℃，冷卻系統設計較為合理[3]。

圖8所有翹曲變形分析結果表示，翹曲變形較嚴重的地方在殼體邊緣處，變形量最大值達到0.4069mm，會影響殼體的平面度，其他地方翹曲值較小，且對稱分布。

3 翹曲變形原因分析

通過上述模擬分析可知，翹曲變形是主要缺陷。圖9分析了不同因素引起的翹曲變形在模腔中的分布情況，圖9a表示冷卻不均引起的翹曲變形，最大值為0.1073，集中在角部邊緣處；圖9b表示收縮不均導致的翹曲變形，最大值為0.5391mm，對稱分布，集中在頭尾兩端。圖9c表示取向效應引起的翹曲值，最大值為0.3474，說明該材料纖維取向相對均勻[4]。

綜合上述分析結果，該薄壁殼體注塑件翹曲變形較大，影響產品最終質量。為減小翹曲變形，可采取更換材料、調整模具結構，優化工藝參數等方法。優化工藝參數途徑最為簡便經濟。影響翹曲變形的工藝參數包括熔體溫度、保壓壓力、注射時間、模具溫度和保壓時間等，后續可著重優化工藝參數[5]。

4 數值模擬可靠性驗證

設計工藝參數時，熔體溫度、模具溫度、保壓壓力等為經驗數據，誤差不可避免。鎖模力、剪切速率及注射時間通過設計計算得到。數值模擬值與計算值相對誤差如表2所示。

表2 計算值與數值模擬值相對誤差

選擇鎖模力、二級分流道的剪切速率、注射時間模擬分析值為參考，與相應的設計計算值進行比對得出相對誤差，判斷相對誤差大小以驗證數值模擬的可靠性，若相對誤差大小在5%左右，表明模型可靠[6]。通過表2可知，鎖模力、二級分流道剪切速率、注射時間的模擬值與設計計算值之間的相對誤差為5%～7%，本研究數值模擬可靠，可用于后續優化。

5 結論

本文首先對某薄壁殼體進行注塑成型工藝參數設計，通過Moldflow模擬分析,檢驗工藝參數、澆注系統及冷卻系統設計的合理性。除了翹曲變形較大，其它模擬結果相對良好，滿足設計要求。將工藝參數設計值與模擬值進行比對分析，驗證CAE模擬的可靠性，誤差在允許范圍內，表明CAE模擬結果可靠，需進一步優化工藝參數，該模擬結果可作為后續優化的依據。