基于Moldflow 的智能行車記錄儀殼體注塑參數優化

徐永乾，劉泓濱

（650500 云南省 昆明市 昆明理工大學 機電工程學院）

0 引言

隨著注射制模技術和新型塑料材料的發展，塑料制品的應用范圍已經從日常生活用品擴展到機械電子、汽車、航空等領域[1]。行車記錄儀作為車輛主動安全性的重要設備，在保證制品美觀的同時，對其性能安全需要更高的要求，所以，獲得合適的注塑工藝參數變得極其重要。針對某型號智能行車記錄儀，本文運用Moldflow2018 模流分析軟件，在成型材料、注塑機等條件確定的情況下，分析模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、注射時間對塑件的翹曲變形量的影響，結合正交試驗法獲得最優工藝參數組合。

1 注塑系統的建立

1.1 行車記錄儀殼體的有限元仿真

首先運用UG 軟件對智能行車記錄儀殼體建模，以后蓋為例，其三維造型如圖1 所示，外形尺寸為300 mm×85 mm×5 mm。

圖1 塑件后蓋三維模型Fig.1 3D Model of plastic back cover

將三維模型導入到CAD Doctor 中進行初步檢測和修復，然后將修復模型導入Moldflow 2018軟件進行仿真分析[2]。

本產品采用全局網格邊長為1.5 mm 的雙層網格劃分。網格統計：三角形單元數為85 998 個，連通面積為1，最大縱橫比為11.59，最小為1.16，平均為1.76，無自由邊、多重邊、相交單元和完全重疊單元，匹配百分比為92.0%，相互百分比為94.2%，各項指標均滿足分析要求，網格質量良好。

1.2 澆注系統的設計

在注塑模具設計過程中，塑料熔體通過澆注系統充填模具型腔，將注射壓力有效地傳遞到模具型腔的各個部位，使塑件緊湊，防止了成形缺陷[3]。本文采用模具型腔冷流道系統進行鑄造。主流道采用直徑為4～6 mm 的圓錐形，分流道直徑為2.5～4 mm 的圓錐形，圓點澆口直徑為1 mm，塑料件澆口系統如圖2 所示。

圖2 塑件澆注系統Fig.2 Plastic gating system

1.3 冷卻系統的設計

在注射制模加工過程中，模具的冷卻可以改善成型條件，穩定塑件的尺寸精度，提高塑件的表面質量，提高生產效率[4]。如圖3 所示，冷卻系統采用合理的直通串聯循環冷卻管，直徑8 mm，水為冷卻介質，水溫25 ℃。

圖3 塑件冷卻系統Fig.3 Plastic cooling system

2 注塑成型方案的模擬分析

產品材料選用生產中常用的Lexan LS2：聚碳酸酯（PC），PC 塑料本身具有強度高、尺寸安定性良好、成形收縮率低以及使用溫度范圍廣等優點[5]。結合Moldflow 軟件，推薦的PC 塑料初始成型工藝參數為:模具溫度為105 ℃，熔體溫度為310 ℃,保壓壓力為70 MPa，保壓時間為5 s，注射時間為1 s，冷卻時間為35 s。

選擇冷卻+填充+保壓+翹曲的分析序列，得到所有效應引起的翹曲變形為2.111 mm，收縮不均引起的翹曲變形為2.003 mm。因此，翹曲變形主要是由收縮不均引起的。

3 正交試驗方案

3.1 確定正交試驗因素

假設各因素之間無交互效應，本文利用規格化的四因子五水平的L16（45）正交試驗表找出最小翹曲變形量最優組合工藝參數，以模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、注射時間5 個變量為試驗因子，分別記為A，B，C，D，E，根據軟件分析推薦的工藝參數范圍取4 個水平，如表1 所示[6]。

表1 試驗因子水平表Tab.1 Level of test factors

3.2 正交試驗結果及極差分析

根據產品材料工藝性分析,確定設置冷卻時間為35 s，速度/壓力為99%。根據試驗因子水平，經過MoldFlow 軟件對模型進行16 次注塑模擬分析，記錄每次實驗的翹曲變形量，結果如表2所示。

表2 正交試驗表及其結果Tab.2 Orthogonal test and results

為得到指標與各因素的關系,尋找最佳成型工藝參數組合,極差分析可以求得不同因素在不同水平上的極差和平均值[7]。其中Ai，Bi，Ci，Di，Ei（i=1，2，3，4）為各參數不同水平下的結果均值，同一試驗因子最大均值與最小均值的差記為極差R，如表3 所示。實驗結果通過極差分析法排序為：熔體溫度（B）＞保壓時間（D）＞保壓壓力（C）＞模具溫度（A）=注射時間（E），說明各因素中，熔體溫度（B）對翹曲變形量影響最大，模具溫度（A）和注射時間（E）最小。

表3 翹曲變形量均值極差分析Tab.3 Analysis of mean mean difference of warpage deformation

4 最優工藝參數組合的驗證

通過上述實驗分析，確定了模具溫度為125 ℃，熔體溫度為280 ℃,保壓壓力為90 MPa，保壓時間為6.5 s，注射時間為1.4 s 的最優工藝參數組合A4B1C4D4E4。

如圖4 所示，優化后的翹曲變形量為1.767 mm，比上述正交試驗16 組中1.790 mm 還小，且比初步推薦工藝參數條件下的翹曲變形量下降了0.344 mm，減少了16.3%。

圖4 優化后的總翹曲變形量分布Fig.4 Distribution of total warp deformation after optimization

結果表明，該方法能夠滿足塑件優化設計的要求。

5 結論

（1）以智能行車記錄儀殼體后蓋為研究對象，采用Moldflow 軟件和正交試驗方法，研究了5 個因素對翹曲變形的影響程度為：熔體溫度（B）＞保壓時間（D）＞保壓壓力（C）＞模具溫度（A）=注射時間（E）。

（2）最優工藝參數組合：模具溫度125 ℃,熔體溫度280 ℃，保壓壓力90 MPa，保壓時間6.5 s，注射時間1.4 s。通過對 Mlodflow 軟件的仿真分析，優化后的翹曲變形量為1.767 mm，降低了原來工藝參數條件下翹曲變形量的16.3%，符合優化目標的要求。