塑料蓋注塑成型方案分析及翹曲變形參數優化分析

摘要：以塑料蓋作為研究對象分析塑件的成型與成型后翹曲變形情況，結合注塑工藝方案的不同加工工藝加工出來的塑料蓋，使用現代軟件分析。

關鍵詞：塑料蓋;成型方案;翹曲;試驗

結合實際調查資料，根據 Moldflow 軟件與多目標工藝參數優化注塑成型的分析方式研究目標物體注塑成型過程中翹曲變形程度。根據實際實驗證明優化之后翹曲變形程度大大降低。2017～2018年期間內國內學者紛紛借助 Moldflow 軟件來對注塑成型工藝研究分析，且以翹曲變形為主要研究目標分析可優化途徑，在研究中獲得最佳翹曲變形工藝參數組合，將其運用在實際生產中證明該優化參數運用的合理性。本文以塑料蓋生產為主要前提分析，在工藝使用中如何實現翹曲變形優化與成型。

1.注塑成型工藝與翹曲變形對塑料蓋生產的影響

在生產中，塑料零件生產中有翹曲變形缺陷，這是影響成品外觀、組合裝配、產品成本管控的重要問題。研究人員在研究中不斷探討如何降低塑料制品在工藝生產中存在該缺陷的主要原因。以往模具設計中人們使用模具注塑出產品，根據產品的變形情況找到出現這種情況的主要原因。在CAE技術的發展使用下研究人員紛紛使用軟件模擬的塑料熔體在模具內部流動的情況，根據模擬分析加快了對注塑中出現變形情況的分析，該方面的研究能夠為塑料蓋這一類產品的研發生產提供創新方向，節省大量成本。 Moldflow 軟件是能夠模擬熔融塑料在型腔內流動的現代軟件，使用該軟件來模擬熔融體的流動、翹曲、填充等不同的狀態，得到準確數據結果。針對零件出現翹曲變形人們可以從模具結構、填充過程、冷卻方式、模具與熔體溫度等方面進行研究，如果在研究中可以減少零件的翹曲變形程度可以得到理想的價值成果。但是根據實際調查研究來看影響塑料翹曲變形的原因是多方面的，只有找到塑件變形的主要原因，才可以將其運用在生產中降低翹曲變形量，實現控制而降低所消耗成本。因此本文結合Moldflow 軟件對塑料蓋零件翹曲變形情況進行分析找到零件翹曲變形的原因。同時結合當前研究方向分析模具設計的可行性[1]。

2.塑料蓋生產工藝分析

2.1 性能與材料工藝參數

在研究中，選擇HIPS（聚苯乙烯）材料，這種最古老的工業化生產熱塑性聚合物用途非常廣，本身明亮而純凈，且屬于非結晶塑料，其優點是加工方便，剛性良好，尺寸穩定。這種材料也是工程塑料中最便宜的材料。該材料工藝性能各方面如下表：

2.2 型腔數量與布局

模具設計比較復雜，因此為簡化這個環節，因此按照一模一腔的結構形式來生產。在整個工藝中，因為塑料蓋本身的結構相對簡單，為提高生產效率和增加經濟性能，因此使用一模多腔的生產形式，確定形式為一模八腔、一模四腔形式，結構使用平衡式布局。

2.3 預算總體積

在確認澆注系統無法在設計之前就獲得凝料的具體數據，因此按照經驗等進行設計，凝料體積取塑件體積的0.3倍，從而計算出塑件的體積，得到模具型腔塑料熔體的全部體積。

2.4 澆注系統

主流道：通常主流道是通過模具結構來確定，本次主流道長度為40MM、錐形流道。小端與大端直徑分別為5MM、8MM;分流道的設計為圓柱形，流通半徑3MM;澆口形式：考慮到產品為殼體結構，對于排氣以及成型（熔接痕、凹陷、焦黑等缺陷）要求較為嚴格，綜合考慮采用側澆口，澆口長度6MM。

2.5 冷卻系統

冷卻系統的設計，對塑件的尺寸精度、表面質量等各方面均有很大影響。因此結合國內學者的研究以及根據實際生產經驗查找冷卻設計參數來設計[2]。一模四腔設計兩個冷卻回路，冷卻介質為水，冷卻道采用串聯方式對稱分布，入口溫度為25℃;冷卻水孔直徑為10MM，使用快換接頭軟管進行連接。

3.塑料蓋注塑成型與翹曲變形

3.1 注塑成型分析

（1）建立3D模型：使用 SolidWorks軟件繪制出塑料蓋的三維模型，導入moldflow之后，根據軟件內網格劃分情況進行分析，簡化網格，提高塑料蓋的匹配率，最終導入到系統之內。在三維設計中，因為塑料蓋模型壁很薄，而且是均勻殼體，因此雙層面劃分網格即可，整個過程可操作性強整體上相對簡單。

（2）注塑工藝，根據本次注塑確定工藝，其中模具溫度、熔體溫度分別是35～50℃、210～230℃;填充時間為1～1.5秒，保壓時間與冷卻時間為6～10秒。在選擇參數的同時選擇分析翹曲變形現象發生原因。利用 moldflow 軟件模擬兩種方案加工塑料蓋過程。根據模擬填充發現，一模八腔的注塑中出現短射現象，出現型腔尚未填充飽滿情況[3]。根據分析出現這種現象的主要原因是的模具溫度及材料溫度變化，熔體與型腔壁摩擦導致流速減緩也會造成塑料蓋注塑中剪切應力不一致;一模四腔填充中整個過程均衡且飽滿，剪切值與應力值等各方面均滿足材料性能要求。可以看出一模四腔的設計結構可以滿足生產需求。

3.2 翹曲變形分析

出現翹曲變形的原因是因為內應力不同從而出現的變形，塑料蓋產品位置與型腔位置出現偏離，導致整個塑件出現彎曲、扭曲，這也導致塑件尺寸和幾何尺寸輪廓發生改變，這也是常見的缺陷之一。根據本次實驗分析，塑料蓋發生翹曲主要是因為收縮不均勻、取向不均勻導致。

3.3 參數優化

利用正交實驗進行工藝參數優化，使用極差、方法差來獲取到工藝參數，對出現翹曲變形程度的影響原因排序分析。其中，工藝參數中熔體溫度對產品翹曲變形的影響最為明顯。其次，是模具溫度與冷卻時間與填充時間。

結語：

在注塑過程中產生翹曲缺陷的原因較多，在實際生產中如何減少缺陷出現很重要。利用moldflow模流分析軟件，結合五因素四水平的正交實驗方式來優化翹曲變形情況，對塑料蓋的注塑工藝進行優化。在分析中證明該方式可以取得理想效果，材料各方面性能也得到顯著提升。

參考文獻：

[1]韋彬貴，謝幫靈，盤承軍.基于CAE的扶手后蓋翹曲變形注塑參數優化設計[J].塑料科技，2019.47.323（03）：81-87.

[2]高蓉菲，劉泓濱.注塑成型工藝參數對PP飯盒蓋翹曲變形量的影響研究[J].塑料工業，2020，048（002）：79-81，91.

[3]蔣昌華.塑料齒輪注塑模設計計及成型工藝分析與優化[J].上海第二工業大學學報，2019，36（01）：48-52.

作者簡介：李豐良（1989-6），性別：男，民族：漢族，籍貫：山東省龍口市，職務：工藝主管，單位：龍口利佳電氣有限公司，研究方向：注塑模具、注塑材料、高速沖級進模、沖壓模具，單位所在省市及郵編：山東省龍口市 265700