于國棟

（新疆天業(yè)集團天辰電石廠，新疆石河子 832000）

0 引言

隨著現(xiàn)代模具技術(shù)的發(fā)展，尤其是計算機輔助工程技術(shù)（CAE）的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)注塑模具設(shè)計中的觀念，為注塑模具的成型、研制過程提供了一個高效率、低成本的方案，Moldflow 軟件可以識別和兼容常用的CAD 格式，如CATIA、UG、Pro/E接受實體造型的STL格式文件，不作任何修改；也不存在有限單元網(wǎng)絡(luò)的劃分，直接導(dǎo)入就可以進行注塑成型的模擬和分析；支持跨編程語言、編程接口，即OpenGL技術(shù)，圖形處理高效、快捷；操作簡單易學(xué)。

本文以節(jié)水器材用內(nèi)鑲式滴頭為研究對象，內(nèi)鑲式滴頭是節(jié)水滴灌用的主要產(chǎn)品，主要用在大田節(jié)水用。通過CAE軟件對產(chǎn)品注塑成型過程和成型工藝進行模擬和分析，來確定澆口位置及優(yōu)化成型參數(shù)，并將分析的結(jié)果應(yīng)用于實際生產(chǎn)，以制得精準(zhǔn)和上佳的產(chǎn)品。

1 模擬分析過程

1.1 建立分析模型

建立內(nèi)鑲式滴頭制品及流道、澆口一體的實體模型的有限元網(wǎng)格，模型分析中采用中性面網(wǎng)格，塑件材料為PP。如圖1，模型分析的有限元數(shù)據(jù)和節(jié)點數(shù)，以三角形為單元的個數(shù)是17 088組，以節(jié)點為單元的個數(shù)是8 584組，沒有完全重疊的單元組。其中以三角形為單元組的縱橫比極大值為3.081，遠遠小于6，具有較好的精確性和可靠性。

1.2 確定澆口位置

圖1 塑件有限元網(wǎng)格劃分示意圖

注塑模具的設(shè)計澆口位置的正確與否，不僅影響到產(chǎn)品的外觀，熔體在模具型腔內(nèi)的流動，而且涉及到產(chǎn)品的質(zhì)量。必須在設(shè)計模具時考慮模穴中所有的流動路徑的平衡，也就是說在相同的時間、相同的壓力下完成模穴的充填。合理的澆口設(shè)計應(yīng)當(dāng)減少熔接痕、降低內(nèi)應(yīng)力、腔內(nèi)不能積聚氣體、不能在注射過程中因熔融溫度的變化使材料出現(xiàn)降解和蛇形紋，直接影響產(chǎn)品的外觀，因此合理的澆口位置在模具的設(shè)計中是至關(guān)重要的一步[1]。澆口的設(shè)計牽涉到澆口位置的確定、澆口類型的選擇以及澆口尺寸的確立。通過滴灌用內(nèi)鑲式小滴頭設(shè)置澆口位置來分析成型（流動）時間及氣泡狀況，從而解決因澆口位置設(shè)置不當(dāng)而引起的產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷。

選擇Moldflow 中的Gate Location（澆口位置）項進行優(yōu)化分析，得到圖2 所示的最佳澆口位置，及其相應(yīng)的成型（流動）時間及氣泡狀況。

圖2 塑件澆口位置

2 填充結(jié)果的流動模擬分析

2.1 澆口位置的分析

如圖3 所示，澆口位置的澆注時間基本一致，但從物料流動的分布來看，澆口位置在正中心時，注射物料因熔融分解產(chǎn)生的氣泡分布在同一個平面，根據(jù)分型面的設(shè)計原理，分型面設(shè)置在易排氣的平面，而且有利于脫模，直接用頂針頂出即可。

2.2 剪切應(yīng)力分析

剪切應(yīng)力會通過在制品中產(chǎn)生的氣泡或凹痕而自行消除，另外也可以通過熱處理技術(shù)消除，由于注塑件的熔溶體材料具有高彈性，所以建立的應(yīng)力不會立即松弛，而會和非彈性體材料一樣。最好的解決辦法就是將材料冷卻到軟化點，則材料的分子鏈固定在伸直狀態(tài)，則可以消除應(yīng)力，切忌不能將塑件快速冷卻，這樣不但不能降低應(yīng)力，相反還會增大應(yīng)力，引起塑件的變形。利用Moldflow軟件，在制品與模具設(shè)計時，模擬制品成型的充模流動過程和模具溫度分布情況，適時修改制品或模具設(shè)計，調(diào)整設(shè)計思路或成型工藝參數(shù)，從而避免因設(shè)計不當(dāng)?shù)某淠Ａ鲃优c不合理的工藝參數(shù)、溫度設(shè)計不正確而引起的制品內(nèi)應(yīng)力翹曲變形或開裂。該塑件在注射時間達到0.413 4 s 時，其剪切引力可達到2.274 MPa[2]。如圖4所示。

圖3 模擬充填物料流動分析圖

圖4 流動模擬分析－壁上剪切應(yīng)力示意圖

2.3 鎖模力和模溫分析

澆口位置如圖5 時的最大鎖模力為0.842 8噸，通過以上分析，可以確定該滴頭模具的澆口位置選取點較為合理、正確，如圖6。

合理地控制塑件物料的注射溫度，是直接影響塑件合格率的關(guān)鍵因素，該塑件注射溫度應(yīng)該控制在80.93 ℃～192.1 ℃。否則，物料不能融化，或者物料出現(xiàn)氣化和糊料現(xiàn)象[3]。

2.4 成型工藝條件

圖5 鎖模力分析圖

利用Moldflow 軟件對該塑件進行分析，由分析圖可得到注塑所需要的成型壓力，壓力降是否均勻，哪些位置容易發(fā)生熔接痕、溢邊，設(shè)計充模是否平衡等結(jié)果[4]。如圖6所示，經(jīng)過計算和參考模具設(shè)計的經(jīng)驗值，得到了成型工藝的重要參數(shù)：填充壓力最大為180 MPa，模具溫度推薦為48.89 ℃，熔體溫度推薦220 ℃，每腔注塑時間推薦0.413 4 s。

3 結(jié)束語

傳統(tǒng)的注塑模設(shè)計基本憑借設(shè)計人員自身的素質(zhì)和經(jīng)驗，模具加工完畢后，需要花費大量的時間進行調(diào)試、修改、返工，甚至可能由于設(shè)計的失誤，使得整個模具報廢，浪費大量的人力物力和財力，尤其是不能快速響應(yīng)市場的需求和變革，模具設(shè)計、加工的成本高，效率低。

圖6 流動模擬分析－充模溫度示意圖

對于注塑模具設(shè)計所需的各類數(shù)據(jù)，Moldflow都可以提供，使用Moldflow軟件，可以實現(xiàn)注塑件的流動模擬分析，殘余應(yīng)力的消除、澆口位置的分布，排氣位置的確定，成型溫度的控制，保壓時間的確定，并根據(jù)得出實驗數(shù)據(jù)，可以確定鎖模力的大小和方向等等，依據(jù)實驗設(shè)計參數(shù)最后生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

［1］王興天.注塑成型技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989.

［2］單巖.Moldflow 模具分析技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

［3］李建軍.模具設(shè)計基礎(chǔ)及模具CAD［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

［4］張清.UG 注塑模具設(shè)計與制造［M］.北京：化工工業(yè)出版社，2005.