趙凱 張磊

（惠而浦（中國）股份有限公司 安徽合肥 230088）

1 引言

傳統(tǒng)的注塑工藝及注塑成型的實際生產(chǎn)主要靠經(jīng)驗來反復(fù)調(diào)試和修改，這樣不僅生產(chǎn)效率低，而且還浪費(fèi)了大量的人力和物力。隨著計算機(jī)輔助工程技術(shù)（CAE）的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)注塑設(shè)計的觀念，為注塑產(chǎn)品的研制及生產(chǎn)過程提供了一個高效率、低成本的途徑。Moldflow軟件就是該類軟件的代表之一。Moldflow可使設(shè)計人員避免設(shè)計中的盲目性，在模具加工前在計算機(jī)上完成“試模”工作，也可預(yù)測工藝參數(shù)對制品外觀和性能的影響，提高設(shè)計與生產(chǎn)的效率。本例將利用Moldflow軟件對電機(jī)轉(zhuǎn)子外殼注塑成型進(jìn)行分析。本制品用于洗衣機(jī)電機(jī)外殼，通過CAE軟件對產(chǎn)品注塑成型過程和成型工藝進(jìn)行模擬和分析，來確定澆口位置、數(shù)量及優(yōu)化成型參數(shù)，并結(jié)合工程經(jīng)驗應(yīng)用于實際生產(chǎn)，提高產(chǎn)品競爭力。

2 模擬分析過程

2.1 建立分析模型

圖1 結(jié)構(gòu)模型

圖2 有限元模型

轉(zhuǎn)子外殼的CAD模型利用UG NX軟件建立，并生成STL文件，然后導(dǎo)入到Moldflow軟件中進(jìn)行模擬分析。圖形見圖1。

導(dǎo)入后首先進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，由于本例結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故采用四面體網(wǎng)格處理模型，塑件材料為PP+50%GF。網(wǎng)格統(tǒng)計顯示網(wǎng)格單元數(shù)為1145210個，節(jié)點(diǎn)數(shù)為201016個，連通區(qū)域為50個，其中包括49個嵌件。

2.2 確定澆口位置

設(shè)置分析序列為澆口位置分析，工藝設(shè)置中模具表面溫度和熔體溫度默認(rèn)給定的推薦值，澆口定位器算法選擇高級澆口定位器。分析完成后，通過澆口匹配性選擇澆口最佳位置。

2.3 注塑成型分析

分析的基本流程包括建立新的工程項目，導(dǎo)入CAD模型，劃分網(wǎng)格和編輯網(wǎng)格，選擇分析類型，選擇成型材料，選擇澆口位置，設(shè)置工藝參數(shù)，創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)，然后開始分析，最后生成報告。圖2為所分析有限元模型，包括制品、嵌件、冷卻系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)。

2.3.1 充填分析

充填分析用于預(yù)測材料在模具內(nèi)的流動，其分析結(jié)果主要有填充時間、速度/壓力轉(zhuǎn)換時的壓力、注射位置處壓力等。圖3為充填時間。

本例注射時間為2.561s，注射位置處的最大壓力出現(xiàn)在速度和壓力轉(zhuǎn)換時刻，曲線變化平穩(wěn)，說明在熔體流動時沒有受阻。速度壓力轉(zhuǎn)換時的最大壓力為38MPa，也在注塑機(jī)的壓力范圍之內(nèi)。

圖3 充填時間

圖4 翹曲優(yōu)化流程

2.3.2 翹曲分析

翹曲分析可以用來預(yù)測整個模型的變形情況，并能夠得出各影響因素對變形情況的占比大小。我們可以根據(jù)圖4進(jìn)行優(yōu)化分析。例中總翹曲值為0.8978mm，中心位置變形量較大。

（1）變形，冷卻不均

冷卻不均影響到的最大翹曲值為9.313E-07mm，見圖5。其翹曲值占總翹曲值的百分比微乎其微，說明冷卻系統(tǒng)較為理想，冷卻不均不是影響翹曲的主要原因。

（2）變形，收縮不均

收縮不均影響到的翹曲值最大為0.7032mm，見圖6。其占比為為78.3%，顯然其為造成變形的主要原因，后續(xù)需進(jìn)行保壓曲線及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

（3）變形，取向效應(yīng)

取向效應(yīng)影響到的翹曲值最大為0.1974mm，見圖7。其占比為為21.9%，顯然其為造成變形的次要原因。后續(xù)需進(jìn)行模溫及保壓壓力調(diào)整。

圖5 冷卻不均變形

圖6 收縮不均變形

3 結(jié)合工程經(jīng)驗及軟件模擬優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)

通過對轉(zhuǎn)子外殼注塑過程的模擬分析，制件的注塑成型質(zhì)量主要存在的問題是收縮不均及取向效應(yīng)使得制品存在較大的翹曲值。因此應(yīng)通過調(diào)整結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)，來改善塑件的成型缺陷。結(jié)構(gòu)的調(diào)整見圖8。

工藝參數(shù)的修改體現(xiàn)在：設(shè)置“注射時間+保壓時間+冷卻時間”的值為35s；調(diào)整保壓曲線，更改澆口直徑大小。分析計算結(jié)束，Moldflow重新生成了方案調(diào)整后的分析結(jié)果。

優(yōu)化后結(jié)構(gòu)最大翹曲值為0.6301mm，而中心位置處的變形量小于0.5mm，在設(shè)計的范圍之內(nèi)，從而在方案改進(jìn)上確定了方向。

翹曲變形在成型條件的設(shè)定因素中，主要取決于：（1）保壓時間及壓力；（2）塑料熔體溫度；（3）模具溫度。其中，保壓時間及壓力的影響最明顯。保壓壓力能使型腔內(nèi)熔體在完全凝固前始終獲得充分的壓力和補(bǔ)料。通過模擬軟件可對成型過程及結(jié)果進(jìn)行預(yù)測，減少失誤，從而確定方案和措施。

4 結(jié)束語

通過運(yùn)用UG NX建立轉(zhuǎn)子三維實體模型，使用Moldflow確定了零件的最佳澆口位置。通過流動模擬分析，冷卻模擬分析及翹曲分析，發(fā)現(xiàn)缺陷，再針對缺陷修改工藝參數(shù)，減少缺陷。Moldflow軟件，特別是CAE技術(shù)的不斷應(yīng)用，將會降低產(chǎn)品的成形周期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 取向效應(yīng)變形

圖8 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

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