王尚林，王樹勛，關(guān)月華，劉永銘

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電技術(shù)系，江門 529090）

基于MPI的兒童椅塑料件注塑成形預(yù)測研究

王尚林，王樹勛，關(guān)月華，劉永銘

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電技術(shù)系，江門 529090）

0 引言

大型、形狀復(fù)雜的塑膠制品在注塑成型過程中由于冷卻不均、收縮不均、分子取向效應(yīng)等原因可導(dǎo)致翹曲變形，其過程牽涉到成型機(jī)械、成型工藝、模具結(jié)構(gòu)和聚合物的性能等等，過大的翹曲變形可導(dǎo)致產(chǎn)品裝配失效。

圖1所示為一兒童椅制品，材料為PP，尺寸為317×324×220mm，平均壁厚2.5mm，最薄處0.9 m m，形狀復(fù)雜，產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求較高。本文用MPI冷卻+流動+翹曲分析方法預(yù)測此類復(fù)雜制品在注塑成型過程中的主要問題，包括澆口位置、充填時間、翹曲變形的大小與產(chǎn)生原因、熔接痕位置、氣穴等翹曲、產(chǎn)生翹曲的主要原因，以及減小產(chǎn)品翹曲的方法，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)和改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)、保證產(chǎn)品質(zhì)量提供理論指導(dǎo)。

圖1 兒童椅產(chǎn)品圖

1 網(wǎng)格模型的劃分、成型工藝條件設(shè)定

1.1 網(wǎng)格模型的劃分

網(wǎng)格的劃分是模型前處理中的一個重要環(huán)節(jié)，網(wǎng)格的質(zhì)量好壞直接決定分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。網(wǎng)格劃分采用表面網(wǎng)格類型（Fusion），網(wǎng)格平均邊長3mm，網(wǎng)格單元為36424個三角形，節(jié)點(diǎn)數(shù)為18362個，最大縱橫比小于18，網(wǎng)格匹配率大于85℅，此網(wǎng)格構(gòu)造良好，完全能滿足分析要求，網(wǎng)格模型如圖2所示。

1.2 成型工藝條件的設(shè)定

本產(chǎn)品注塑模具的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3所示，模具類型為三板模，一模一件，三處點(diǎn)澆口進(jìn)膠。由于產(chǎn)品形狀復(fù)雜，冷卻水道除了在定模和動模板布置外，還在型腔板內(nèi)鉆出冷卻水孔，以加強(qiáng)冷卻效果。冷卻水道直徑為10mm，冷卻水溫度為25℃。

圖3 澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)

本產(chǎn)品分析序列采用“冷卻+流動+翹曲”進(jìn)行模擬分析。設(shè)置模具表面溫度為50℃，熔體溫度為230℃，充填控制為自動控制，速度/壓力自動切換，保壓控制由充填壓力與時間決定，默認(rèn)系統(tǒng)的DOE設(shè)置。

1.3 求解器參數(shù)的設(shè)定

Moldflow注射成型求解器參數(shù)的設(shè)定如圖4所示。

圖4 求解器參數(shù)的設(shè)定

2 產(chǎn)品注塑成形預(yù)測分析

2.1 澆口位置

對產(chǎn)品網(wǎng)格化完成后，首先用“分析順序”/“澆口位置”分析澆口位置，結(jié)果如圖5所示。澆口位置設(shè)置在產(chǎn)品中央位置較好，最佳澆口位置靠近節(jié)點(diǎn) N192，坐標(biāo)130.53，15.81，126.4。但該產(chǎn)品對外觀要求較高，澆口位置不宜設(shè)置在產(chǎn)品中央位置，綜合考慮后將澆口位置設(shè)置在椅子靠背外側(cè)，三處點(diǎn)澆口進(jìn)膠，如圖6所示。

圖5 最佳澆口位置預(yù)測

圖6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2 充填時間

用冷卻+流動+翹曲分析，預(yù)測產(chǎn)品注塑成形過程，分析時分離翹曲原因。充填時間分析結(jié)果如圖7所示。充填時間為3.787s。

2.3 翹曲變形

圖7 充填時間預(yù)測

圖8 翹曲變形

分析翹曲時分離翹曲因素，分析結(jié)果如圖8所示。最大變形5.497mm，發(fā)生在扶手下邊緣部位，變形主要沿X軸方向。翹曲因素分離結(jié)果如圖9所示，從翹曲因素圖可知，變形主要由于冷卻和收縮所導(dǎo)致，而分子取向的影響很小。不同冷卻產(chǎn)生的最大變形為2.844 mm，不同收縮產(chǎn)生的最大變形為3.845 mm，分子取向產(chǎn)生的變形基本為零。這就要求在模具設(shè)計(jì)時要重視冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，盡量減小不同部位冷卻差別。

2.4 氣穴

氣穴是型腔內(nèi)的氣體在熔體前鋒的驅(qū)趕下在模腔內(nèi)聚集的區(qū)域，氣穴位置預(yù)測如圖10所示，從預(yù)測結(jié)果可見，氣穴主要發(fā)生在產(chǎn)品前端凸起位置，而且靠近分型面，氣體很容易排出，對產(chǎn)品表面質(zhì)量影響很小。

2.5 熔接痕

圖9 翹曲因素分離

圖10 氣穴預(yù)測

圖11 熔接痕預(yù)測

熔接痕發(fā)生在多股熔體在模腔中匯合的位置，直接影響產(chǎn)品的強(qiáng)度和外觀。熔接痕預(yù)測如圖11所示，從分析結(jié)果可知，制品前端凸起部位因是兩股熔體的匯合位置，易產(chǎn)生熔接痕。

2.6 流動前沿溫度

流動前沿的溫度反映熔體在流動過程中熔體前鋒溫度的變化，預(yù)測結(jié)果如圖12所示。熔體前鋒最大溫度差2.1℃。結(jié)合前述熔接痕位置，該處兩股熔體匯合時溫差在0.5℃以內(nèi)，而且溫度都超過230℃，因此該處實(shí)際上并不會產(chǎn)生熔接痕。

3 結(jié)束語

圖12 流動前沿溫度

本文運(yùn)用MPI的“冷卻+流動+翹曲”分析對兒童椅產(chǎn)品的注塑成形過程進(jìn)行了預(yù)測，得出了澆口位置、充填時間、翹曲變形及原因、氣穴位置、熔接痕位置等的預(yù)測結(jié)果，對優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)和成型工藝提出了建議。產(chǎn)品經(jīng)兩次試模修模即打出了合格的樣件，試模結(jié)果和CAE預(yù)測吻合較好，產(chǎn)品試模修模次數(shù)大大減少。這種CAE技術(shù)的應(yīng)用對于指導(dǎo)復(fù)雜產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)和注塑成型工藝過程，減小模具的試模次數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重大意義。目前該模具已用于生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，模具狀態(tài)良好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

[1]申長雨. 注塑成型模擬及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法[M].北京. 科學(xué)出版社. 2009.

[2]張小燕. Moldflow在注塑成型中的應(yīng)用[J]. 科技資訊.2008, 3.

[3]許建文. 基于Moldflow注塑模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].塑料科技. 2008, 3.

The prediction research of chair injection molding based on MPI

WANG Shang-lin, WANG Shu-xun, GUAN Yue-hua, LIU Yong-ming

本文采用Moldflow（MPI）對兒童椅塑膠制品的注塑成型過程進(jìn)行了預(yù)測，包括澆口位置、充填時間、翹曲變形的大小與產(chǎn)生原因、熔接痕位置、氣穴等，為下一步設(shè)計(jì)及改進(jìn)模具提出了建議。預(yù)測結(jié)果表明本產(chǎn)品主要問題是翹曲變形較大，產(chǎn)生翹曲的主要原因是塑膠材料在冷卻過程中由不同方向的收縮引起，可以通過改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)、改善成型工藝條件等來減小材料在不同方向的收縮，從而減小翹曲變形。

注塑模具；注塑件；MPI；充填；流動；翹曲

王尚林（1971－）男，青海平安人，碩士研究生，研究方向?yàn)槟＞邤?shù)字化設(shè)計(jì)與制造。

TH162

A

1009-0134(2011)4(下)-0046-05

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).14

2011-02-24