王鵬， 胡阿林， 劉海蓮

（中航飛機有限責(zé)任公司 長沙起落架分公司，陜西 城固 723200）

0 引言

MoldFlow已經(jīng)發(fā)展成為一款能夠驗證和優(yōu)化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程仿真軟件，通過對建立的塑件模型進行注塑過程模擬后的結(jié)果輸出可為模具設(shè)計人員、注塑工程師提供澆口位置、流道平衡、翹曲變形、氣泡、熔接痕和時間、壓力控制等注塑工藝參數(shù)全方面的指導(dǎo)參數(shù)。

同模異穴模即便為各穴布置了相同的分流道，但因各模穴結(jié)構(gòu)、尺寸等的差別導(dǎo)致熔體在注射過程中在不同的時間次序充填各腔，且凍結(jié)、補料的時間也會各不相同，顯然上述因素將導(dǎo)致產(chǎn)品性能和尺寸精度無法滿足較高的塑件設(shè)計要求，應(yīng)力求避免。因此，在模具設(shè)計初期，引進MoldFlow對模具進行流道平衡分析是十分必要的，并可極大減少后期反復(fù)修模造成的成本損失與浪費。當(dāng)然，注射成型過程是一個多因素、多變量交叉影響的復(fù)雜過程，因此在實際生產(chǎn)中絕對的流道平衡是難以達到的。

1 產(chǎn)品工藝分析

本例闡述的4項產(chǎn)品是某型飛機尾翼外形襯墊，材料為PA66，零件形狀簡單，且外形較為相似，截面都呈梯形狀，但零件表面質(zhì)量和尺寸精度要求高，厚度都在10mm左右。為獲得性能、尺寸一致的產(chǎn)品，要求采用一模四腔的模具結(jié)構(gòu)成型。由于4項產(chǎn)品長度尺寸分布區(qū)間寬度較大，從61.5 mm至122 mm，壁厚較大。因此，在注射過程中熔體充滿4個型腔的時間差較大，由此將會造成先填滿的塑件增加了大分子的凍結(jié)取向和凍結(jié)應(yīng)變，更會在澆口附近造成較大的補料內(nèi)應(yīng)力。上述內(nèi)應(yīng)力會引起制品翹曲變形、力學(xué)強度降低、開裂等。

綜上分析，本例塑件的模具結(jié)構(gòu)較為簡單。為避免上述缺陷，通過MoldFlow流道平衡分析獲得填充平衡的分流道尺寸是本注射模設(shè)計的重點，此外較大壁厚產(chǎn)生的收縮變形也是重點關(guān)注的內(nèi)容。

2 澆口及澆口位置分析

通過工藝分析，此注射模選擇矩形澆口最為合適，主要原因是零件表面質(zhì)量要求較高，上表面為平面，矩形澆口更易加工，而小澆口更易獲得較高的表面質(zhì)量，也利于塑件澆口凝料的修整。

由于邊緣澆口尺寸的經(jīng)驗計算公式對于厚實體類零件并不適用，因此，考慮產(chǎn)品雖小但厚度較大的情況，設(shè)定澆口尺寸為深度1 mm、寬度3 mm，再通過MoldFlow填充分析以評估澆口尺寸。

3 流道平衡分析

流道平衡分析用于確定流道系統(tǒng)各部分的最佳體積，此分析可確保零件均勻填充，型腔內(nèi)具有可接受的壓力大小，同時使流道體積最小化。流道平衡分析支持的網(wǎng)格類型為中性面和雙層面。流道平衡分析期間，流道系統(tǒng)的尺寸將會根據(jù)受約束情況發(fā)生更改，以確保零件在同一時間填充和澆注系統(tǒng)的體積最小，一個平衡良好的流道系統(tǒng)可顯著節(jié)省材料的使用。在流道平衡分析前，如果不能根據(jù)經(jīng)驗或者公式確定流道的預(yù)設(shè)尺寸，可先在無流道平衡約束的情況下執(zhí)行流道平衡分析，然后使用這些新尺寸作為設(shè)置約束的基礎(chǔ)，可降低零件過度約束的風(fēng)險，也可降低對程序提供平衡流道系統(tǒng)設(shè)計能力造成限制的風(fēng)險。執(zhí)行流道平衡分析之前，應(yīng)先進行填充分析并確保合理的成型條件、澆口位置、型腔平衡。

1）導(dǎo)入、排布模型。導(dǎo)入的產(chǎn)品模型是按照坐標(biāo)原點定位的，進入邊界條件功能區(qū)，利用移動、旋轉(zhuǎn)等命令分別按照4項產(chǎn)品的尺寸對模型進行排布，并設(shè)置主流道到各型腔澆口的距離相同。

2）網(wǎng)格劃分。劃分網(wǎng)格時，以零件壁厚的倍數(shù)作為網(wǎng)格全局網(wǎng)格邊長，以匹配性較佳的全局網(wǎng)格邊長作為理想值。在使用雙層面劃分時，獲得小于6的縱橫比和95%以上的匹配百分比是雙層面網(wǎng)格劃分追求的目標(biāo)，在網(wǎng)格劃分結(jié)束后要利用網(wǎng)格統(tǒng)計命令檢查網(wǎng)格質(zhì)量，并可運行網(wǎng)格修復(fù)向?qū)Чぞ撸韵呖v橫比的三角形單元、取向不一致單元和自由邊等，有些高縱橫比的單元仍需手動進行修改，最后在流道系統(tǒng)創(chuàng)建完成后進行連通性檢查。通常需在以下部位或區(qū)域進行網(wǎng)格細化：a.具有小尺寸特征的部位，如小孔；b.條件發(fā)生急劇變化的區(qū)域，如澆口部分?？蓪﹃P(guān)注區(qū)域中的網(wǎng)格進行細化，以便突出顯示熔接痕線及其它瞬態(tài)效應(yīng)，網(wǎng)格劃分及統(tǒng)計如圖1。

圖1 網(wǎng)格劃分及統(tǒng)計

3）材料設(shè)置。由于MoldFlow材料庫是基于國外材料數(shù)據(jù)建立的，不含國內(nèi)材料的數(shù)據(jù)，因此，只能根據(jù)各廠使用材料的技術(shù)條件從該材料庫選擇技術(shù)指標(biāo)近似的材料來運行分析。此處選擇金發(fā)科技PA66-C112 NC013牌號的尼龍66作為分析材料。

4）流道系統(tǒng)設(shè)計。在幾何功能區(qū)點擊流道系統(tǒng)命令，按提示定置主流道、分流道、澆口和分型面等的參數(shù)，分流道類型設(shè)定為梯形，澆口類型修改為矩形，并按預(yù)估尺寸設(shè)定深度為1 mm，寬度為3 mm，如圖2。

圖2 創(chuàng)建流道系統(tǒng)

5）預(yù)填充分析。按圖2創(chuàng)建的流道系統(tǒng)設(shè)定完成后進行填充分析，獲得最大注射壓力值，檢查零件和流道系統(tǒng)充填階段的剪切應(yīng)力及剪切速率是否在材料允許范圍、是否存在短射，結(jié)果如圖3、圖4。從圖3的分析結(jié)果得知右側(cè)最長零件會在其余3件零件填充結(jié)束后才能填滿，時間上存在不平衡。從日志或壓力結(jié)果中得出最大注射壓力約為18 MPa，結(jié)合圖4速度/壓力切換時的壓力圖分析，先充滿的3項零件存在過保壓狀況。

圖3 預(yù)充填時間結(jié)果圖

6）流道平衡分析。將分析序列改為流道平衡，輸入預(yù)填充分析時得到的最大注射壓力18 MPa，設(shè)置研磨公差0.01 mm、最大迭代次數(shù)30、時間收斂公差5s、壓力收斂公差5 MPa。首先在無約束的情況下進行流道平衡分析，分析結(jié)果如圖5、圖6。

比較圖3和圖5，平衡分析后的填充時間雖然有較大改善，但與圖4和圖6相比仍存在壓力不平衡的情況，因此，此系統(tǒng)仍不能滿足本次注射模設(shè)計的要求，而此時系統(tǒng)已分別給予4個分流道不同的尺寸值，最長零件的流道尺寸如圖7（僅以此分流道做比較，其余未示出）。因此，在此平衡分析的結(jié)果上，減小時間收斂公差設(shè)置為1s，壓力收斂公差設(shè)置為0.5 MPa，分析結(jié)果如圖8、圖9，比較后認(rèn)為此結(jié)果是一套較平衡的流道系統(tǒng)。觀察其余流道尺寸，系統(tǒng)計算的流道尺寸是合理的。

圖4 速度/壓力切換時的壓力

圖5 充填時間結(jié)果圖

圖6 速度/壓力切換時的壓力

圖7 流道平衡分析得出的分流道尺寸

圖8 充填時間結(jié)果圖

圖9 速度/壓力切換時的壓力

4 結(jié)語

通過MoldFlow軟件的流道平衡分析功能，得到較為平衡的流道系統(tǒng)，使各型腔能夠均衡地進料、補料，在模具設(shè)計階段即獲得了最佳的流道尺寸，避免了后期反復(fù)的試模和修整。最終，4項零件尺寸公差和外觀均滿足設(shè)計圖紙要求，并獲得了較為理想的性能。

圖10 最終的分流道尺寸

［1］ 申開智.塑料成型模具［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2002.