基于Moldex3D的微動開關澆口設計優化

摘要：基于Moldex3D模流分析軟件，對某種微動開關殼體成型效果進行了仿真預測，并針對成型問題，找出了設計缺陷予以優化。模具優化后，再次仿真分析確定，通過優化澆口位置及澆口形式，改善了保壓效果以及成型材料纖維取向問題，使得塑件翹曲程度降低。實際生產后，塑件翹曲狀況與模流分析結果一致，證明Moldex3D模流分析軟件實現了對成型過程的精確模擬及預測。

關鍵詞：計算機仿真;模流分析;澆口設計;注塑成型

0 引言

傳統注塑成型工藝依靠設計人員長期積累的經驗進行塑件的結構及模具設計，再在實際工況下反復試模，逐漸完善設計方案，整個過程用時較長、成本巨大，且仍難以獲得最優的設計方案，大大限制了注塑成型工藝的發展。近年來，得益于計算機仿真技術的長足進步，該問題有望得到根本解決。計算機仿真技術通過對注塑成型過程的高度模擬，在設計之初即可預測方案的成型效果，并幫助研發人員準確找出方案的不合理之處加以改善，快速完成最優設計，從而大幅縮短了塑件產品研發周期，提升了塑件產品研發效率。

目前注塑成型領域使用的計算機仿真成型軟件主要有兩種，即臺灣科盛出品的Moldex3D和美國Autodesk研發的moldflow。其中，Moldex3D性價比較高，適合中小企業應用。本文采用Moldex3D模流分析軟件對塑件進行仿真預測與分析。

1 塑件產品分析

本案例的塑件為一種微動開關殼體，選用PA66+GF50材料成型，該塑件結構如圖1所示，塑件尺寸為23.8 mm×14.2 mm×7.2 mm，塑件平均壁厚為1.12 mm，各部分厚度不均，兩長邊厚度差異尤其明顯，一側厚度為2.35 mm，另一側厚度僅為0.76 mm，極易產生翹曲現象。作為一種開關按鍵，如翹曲度過大，會因卡死而喪失原有功能，因此需要嚴格控制塑件翹曲度。

2 初步設計方案成型效果及分析

2.1 ? ?初步設計方案成型效果

該塑件初步設計方案如圖2所示，模具選擇一模兩腔形式，平衡布置，選用直徑1.2 mm的潛伏式澆口進膠，澆口位置選擇塑件長邊厚度較厚一側。將該設計方案導入Moldex3D軟件進行模流仿真分析，成型條件設定如表1所示。

塑件翹曲分析結果如圖3所示，塑件兩長邊出現過度翹曲變形，較厚一側最大位移為0.145 mm，較薄一側最大位移為0.138 mm，其中沿X、Z兩方向位移較少，沿Y方向位移較多。沿X、Y、Z 3個方向的位移如表2所示。

2.2 ? ?翹曲原因分析

本文基于Moldex3D仿真分析數據，對初步設計方案進行分析后發現存在3點問題：

（1）塑件厚度差異大導致冷卻不均。

塑件溫度分布如圖4所示，塑件長邊兩側厚度差異過大，導致冷卻過程結束時，各部分存在較大溫度差，壁厚較大側，溫度明顯較高，塑件必然因收縮率不均而出現翹曲。

（2）澆口位置影響保壓強度。

塑件澆口位置如圖5所示，初步設計方案的澆口位置恰好對準抽芯件，當保壓強度過大時，會造成抽芯件變形。另一方面，為避免抽芯件變形，則需要降低保壓強度，有可能因保壓不足而加劇塑件翹曲度。

（3）塑件玻纖取向明顯。

本文中塑件采用PA66+GF50材料成型，必須考慮此類改性材料的玻纖取向問題。塑件玻纖取向如圖6所示，塑件在X方向的取向性為0.314，在Y方向的取向性為0.275，在Z方向的取向性為0.410，顯然在X和Z方向上玻纖取向較強，Y方向較弱。因此，塑件沿X、Z方向收縮較少，沿Y方向收縮較多，不均勻收縮將導致翹曲現象的出現。

3 改善方案及結果

本文基于軟件分析結果，著手制定改善方案。因塑件結構不可更改，厚度差問題無法改善，只能針對澆口位置以及玻纖取向進行優化。塑件改善方案如圖7所示，為了避開抽芯件，將澆口由原位置上移，同時為減弱X、Z兩方向的玻纖取向性，將澆口更換為尺寸較大的3 mm×0.8 mm的側澆口。

將塑件改善方案導入Moldex3D進行模流仿真分析，成型條件仍按表1設置。改善后的塑件翹曲如圖8所示，塑件長邊較厚一側最大位移為0.116 mm，較薄一側最大位移為0.134 mm，沿X、Y、Z 3個方向位移如表3所示。

改善前后塑件位移對比如表4所示，從結果上看較厚一側有較大改善，而較薄一側效果不明顯。究其原因，改善方案主要是在較厚一側優化澆口位置及澆口形狀，使得該區域保壓問題得到了改善，并且一定程度上降低了該區域的玻纖取向性，促使收縮趨于均勻，因而有效控制了翹曲狀況，而較薄側因遠離澆口位置，改善措施對其影響甚少，因而效果不佳。在此基礎上，下一步將嘗試尋找更合理的澆口位置，并配合成型工藝參數優化，嘗試獲得更優的改善效果。

使用改善方案實際試模生產，得到實物樣品如圖9所示，其翹曲情況與計算機仿真結果一致，說明Moldex3D模流仿真分析對實際成型過程實現了精準模擬及預測。

4 結語

本塑件設計案例在研發過程中引入了計算機仿真技術，因而在實際試模生產前即預知了設計方案的成型效果，并且基于計算機仿真結果快速找出了設計缺陷并予以優化，使塑件順利投入生產。最終實際成型塑件與仿真結果一致，證明了計算機仿真對塑件的成型過程實現了精準模擬及預測，借助計算機仿真技術，縮短了注塑工藝的研發周期，使得注塑件結構及成型模具設計更加快速、準確，大幅提升了企業競爭力，促進了注塑工業的發展。

[參考文獻]

[1] 廖李忠.基于Moldex3D的頁片翹曲仿真及澆口優化分析[J].模具技術，2020（3）：12-17.

[2] 石鑫，楊洪濤，倪驍驊，等.基于Moldex3D的汽車儀表盤后蓋澆注系統的優化分析[J].上海塑料，2019（1）：35-39.

[3] 王秀梅，鄒棟坡，翟豪瑞，等.基于Moldex3D汽車中控臺熱流道及冷卻水路的設計[J].汽車實用技術，2018（21）：162-164.

[4] 張宇，段召華，陳弦，等.注塑工藝參數對長玻纖增強PA66復合材料力學性能的影響[J].塑料科技，2011，39（2）：65-69.

收稿日期：2020-08-25

作者簡介：韓國聲（1984—），男，貴州人，講師，從事注塑模設計、高分子材料成型方面研究工作。