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)驗來反復調(diào)試和修改，這樣不僅生產(chǎn)效率低，而且還浪費了大量的人力和物力。隨著計算機輔助工程技術（CAE）的應用，改變了傳統(tǒng)注塑設計的觀念，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可使設計人員避免設計中的盲目性，在模具加工前在計算機上完成“試?！惫ぷ?，也可預測工藝參數(shù)對制品外觀和性能的影響，提高設計與生產(chǎn)的效率。本例將利用Moldflow軟件對電機轉(zhuǎn)子外殼注塑成型進行分析。本制品用于洗衣機電機外殼，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、數(shù)量及優(yōu)化成型參數(shù)，并結(jié)合工程經(jīng)驗應用于實際生產(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，然后導入到Moldflow軟件中進行模擬分析。圖形見圖1。

導入后首先進行網(wǎng)格的劃分，由于本例結(jié)構(gòu)較為復雜，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

設置分析序列為澆口位置分析，工藝設置中模具表面溫度和熔體溫度默認給定的推薦值，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)需進行保壓曲線及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

（3）變形，取向效應

取向效應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使得制品存在較大的翹曲值。因此應通過調(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，在設計的范圍之內(nèi)，從而在方案改進上確定了方向。

翹曲變形在成型條件的設定因素中，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料。通過模擬軟件可對成型過程及結(jié)果進行預測，減少失誤，從而確定方案和措施。

4 結(jié)束語

通過運用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技術的不斷應用，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)濟效益。

圖7 取向效應變形

圖8 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

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