董學(xué)敏, 葛正浩, 張凱凱, 劉韋華

(陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院, 陜西 西安 710021)

0 前 言

目前，攝像頭已被廣泛運(yùn)用于視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程醫(yī)療及實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面.隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，普通人也可以彼此通過(guò)攝像頭在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行有影像、有聲音的交談和溝通.攝像頭支架大都由塑料注塑成型.傳統(tǒng)的攝像頭支架注塑模具的設(shè)計(jì)與制造需要經(jīng)歷反復(fù)的修模和試模，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高.利用Moldflow不僅可以模擬整個(gè)注塑過(guò)程，而且可以在模具制造之前對(duì)塑料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，提高制件質(zhì)量，降低模具的制造成本.

1 制件分析

球形攝像頭內(nèi)側(cè)支架產(chǎn)品制件圖如圖1所示 .制品為圓心角為60°的環(huán)形制件，高度小于18 mm，體積小，表面有4個(gè)不規(guī)則弧形孔，側(cè)面有4個(gè)裝配棱柱，外側(cè)有3個(gè)凸起.塑料材料為ABS，成型后要求外表面平整光滑，無(wú)明顯熔接痕、縮孔、氣泡等，且具有一定的使用強(qiáng)度.

圖1 球形攝像頭內(nèi)側(cè)支架制件圖 圖2 最佳澆口位置分析結(jié)果

2 澆注系統(tǒng)分析

通過(guò)導(dǎo)入模型-劃分網(wǎng)格-選擇制造商Monsanto Kasei，牌號(hào) 0% Rubber的ABS-設(shè)置模具表面溫度： 55 ℃，料溫： 220 ℃，最大注射壓力：180 MPa-立即分析的步驟，獲得最佳澆口位置分析結(jié)果，如圖2所示.實(shí)際澆口位置最好設(shè)置在圖示最佳位置處(藍(lán)色)，可以保證注塑過(guò)程熔體平衡的填充模腔[1].

圖3 充填壓力分析結(jié)果

本設(shè)計(jì)采用一模四腔，設(shè)置流道和澆口分別為熱流道和熱澆口，可以節(jié)約原材料，縮短成型周期，同時(shí)提高制品質(zhì)量[2].采用最佳澆口位置分析時(shí)的工藝參數(shù)，對(duì)制品進(jìn)行填充分析,由圖3所示壓力分析結(jié)果可知填充時(shí)間為0.423 0 s，最大注射壓力為33.15 MPa，壓力分布顯示了充填結(jié)束時(shí)腔內(nèi)及流道內(nèi)的壓力分布都在8.287附近,壓力分布均勻，有利于得到優(yōu)質(zhì)制件.

熔接痕的產(chǎn)生不僅影響制品的外觀,同時(shí)造成應(yīng)力集中,從而使得該部分的強(qiáng)度降低而導(dǎo)致斷裂.由于該制件外表面有弧形孔和凸起,因此在制件的局部還是存在厚度不均勻的現(xiàn)象,這就決定了不可避免要產(chǎn)生熔接痕.圖4為優(yōu)化前后熔接痕在塑件表面的分布情況，圖5為優(yōu)化前后氣穴在制件表面的分布圖.

優(yōu)化前，制件內(nèi)兩股熔流的最大角度是157.6°，氣孔數(shù)較多.通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)，設(shè)置注射時(shí)間為1.5 s，注射壓力為120 MPa,保壓控制為保壓壓力和時(shí)間，分析得到優(yōu)化后兩股熔流的最大角度為135°，熔接痕主要出現(xiàn)在側(cè)邊和底部?jī)?nèi)表面弧形孔處，對(duì)外觀質(zhì)量和側(cè)面裝配棱柱影響很小；氣穴經(jīng)優(yōu)化后側(cè)面棱邊處氣穴明顯減少，外表面上僅兩個(gè)平行凸起的頂部棱邊存在氣穴，因此氣體可以通過(guò)模具分型面的間隙排出或在模具的的外沿開(kāi)設(shè)排氣槽，從而可有效地避免因氣穴形成的塑件表面瑕疵及焦痕等缺陷[3]. 因此，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)后得到的制品熔接痕數(shù)量和氣穴明顯減少，且其分布不影響制品外觀.

圖4 優(yōu)化前后熔接痕分布圖

圖5 優(yōu)化前后氣穴分布圖

此外，選擇圖示澆口位置可以簡(jiǎn)化模具設(shè)計(jì)，不僅省去了抽芯部分而由型芯和型腔直接成型，同時(shí)又可以保證注塑過(guò)程的熔體流動(dòng)的平衡性.

3 冷卻+流動(dòng)+翹曲分析

本設(shè)計(jì)采用熱流道系統(tǒng)，所以必須要設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng).在型芯板和型腔板分別設(shè)置冷卻水道，用Moldflow分析模具的冷卻系統(tǒng)[4]，得到模具和制品的冷卻效果如圖6所示，模具溫度范圍為25～35.17 ℃，制品的最高溫度為27.80～35.63 ℃.由于ABS的熔點(diǎn)是170 ℃，因此此冷卻方案完全可以保證制品的冷卻和順利脫模.

圖6 冷卻后模具溫度和制品最高溫度

圖7 翹曲變形圖

翹曲變形與塑件的收縮有關(guān),一般均勻收縮只引起塑件體積上的變化,而不均勻收縮才會(huì)引起翹曲變形[5].制件翹曲變形的原因如下：(1)制件冷卻系統(tǒng)不合理造成塑件冷卻不均勻；(2)注塑模具澆口影響塑料在模具型腔內(nèi)的填充狀態(tài)，從而導(dǎo)致塑件產(chǎn)生變形；(3)注塑參數(shù)的設(shè)置.圖7所示為制件的翹曲變形圖，變形區(qū)域?yàn)?.005 2～0.058 4 mm，外表面變形較小，能確保外形尺寸.由于此制件的尺寸精度要求一般，因此制件的翹曲變形在允許變形范圍內(nèi)，說(shuō)明了冷卻水道設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和注塑參數(shù)選擇均合理可行.

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究基于Moldflow對(duì)制件進(jìn)行了最佳澆口分析、充填流動(dòng)模擬、冷卻和翹曲分析,確定了模具的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)， 改進(jìn)了注塑工藝參數(shù),保證了模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性.將Moldflow分析結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，可以減少試模次數(shù)，縮短生產(chǎn)周期，達(dá)到了降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率的目的.

參考文獻(xiàn)

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[3] 孫立新.基于MoldFlow的接插件注射模設(shè)計(jì)[J].模具制造，2010, (1)：6-8.

[4] 賴 鵬,彭響方,陳己明.Moldflow冷卻分析在注塑模中的應(yīng)用[J].塑料工業(yè)，2007， 35(6)：29-31.

[5] 周大路,何柏林,李樹(shù)楨，等. 基于Moldflow的注射器翹曲分析[J].塑料，2007， 36(2)：95-98.