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        基于Moldflow的型腔數(shù)量及澆口位置對變形的影響分析

        2015-11-24 03:31:38耿海珍賈林玲
        機械制造 2015年6期
        關鍵詞:變形產(chǎn)品分析

        □ 耿海珍 □ 賈林玲

        江門職業(yè)技術學院機電技術系 廣東江門 529090

        基于Moldflow的型腔數(shù)量及澆口位置對變形的影響分析

        □ 耿海珍 □ 賈林玲

        江門職業(yè)技術學院機電技術系 廣東江門 529090

        翹曲變形是注塑件的主要缺陷,影響注塑件的精度、裝配性能和使用性能,是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標。澆口位置對塑件成型的翹曲變形影響很大,基于Moldflow軟件,采用側澆口一模四腔、側澆口一模兩腔、潛伏型澆口一模兩腔三種注射方案,對與零件尺寸精度密切相關的總變形量進行有限元分析,從而確定塑件的最佳注塑方案。利用研究結果,可以有效縮短模具開發(fā)周期,減少修模次數(shù),降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量。

        注塑成型 翹曲變形 澆口 Moldflow

        塑料成型是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段之一,收縮是注塑成型過程中不可避免的一種物理現(xiàn)象,成型收縮不均勻所引起的翹曲變形是塑料制品常見的質(zhì)量缺陷之一[1],它不僅與材料特性有關,還與塑件結構、模具設計及成型工藝有關[2]。翹曲變形不僅影響注塑件的精度和裝配性能,同時對制品的外觀質(zhì)量和使用性能也有一定的影響[3],是注塑制品很棘手的問題。翹曲變形作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要指標,受到了廣泛的關注和重視。

        塑件結構和材料確定后,模具設計的核心及重要環(huán)節(jié)就是確定型腔數(shù)量和澆口位置。澆口是充填時熔體流動和保壓時壓力傳遞的必經(jīng)通道,直接影響塑料熔體流動的平衡、聚合物分子和纖維的取向、填充結束時制品的體積收縮和尺寸的穩(wěn)定性,對塑件成型的翹曲變形影響很大[4-7]。

        本文利用Moldflow軟件,對典型薄壁面殼塑件進行注塑成型模擬分析,研究型腔數(shù)量及澆口位置對塑件總變形量的影響,對與零件尺寸精度密切相關的翹曲情況進行有效預測,提高一次試模的成功率,縮短模具開發(fā)周期,減少修模次數(shù),提高產(chǎn)品質(zhì)量,最終達到降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率的目的。

        1 塑件成型工藝性分析

        相機前蓋是一種比較典型的薄壁面殼零件,其結構如圖1所示。外形尺寸為90 mm×65 mm×25 mm,產(chǎn)品周邊位置處壁厚為2 mm,側面有圓孔,3級精度,由塑件的尺寸公差表(SJ/TI10628-1995)可知,其長度方向的尺寸公差值為0.3 mm,大規(guī)模生產(chǎn),材料選用Novodur

        P2MC ABS。

        ▲圖1 零件結構圖

        2 塑件的網(wǎng)格劃分

        2.1 模型的簡化

        模型的簡化是通過Moldflow cad doctor軟件完成的。在進行Moldflow分析之前,需對產(chǎn)品模型進行必要的簡化和合理的修改。因為分析能否順利進行、分析結果是否可靠,都和產(chǎn)品的網(wǎng)格模型有著直接的關系,而網(wǎng)格模型是在產(chǎn)品的3D模型上直接生成的。產(chǎn)品網(wǎng)格模型是由大量具有公用邊的三角形單元組成,細小、細微結構必然導致三角形單元的激增和網(wǎng)格質(zhì)量的下降,因此,對于較復雜的3D模型,在進行網(wǎng)格劃分之前一般都需要進行簡化。模型的簡化應遵守的原則是:盡量減少過小的倒角;去除對分析結果影響不大的細小、細微結構;在不影響分析結果的前提下,盡量保證面與面之間的棱線過渡,盡量避免小圓角過渡。

        2.2 產(chǎn)品導入與網(wǎng)格劃分

        將簡化的模型以 Fusion的網(wǎng)格形式導入Moldflow,對導入的產(chǎn)品進行網(wǎng)格劃分和修復。其劃分的最終結果應保證以下基本條件:自由邊、非交疊邊、定向錯誤的單元數(shù)、相互交叉的單元數(shù)、完全重疊的單元數(shù)的值都為零。三角形最大縱橫比的值應保持在6到8之間,最大值不應超過20。網(wǎng)格的匹配率則應保持在90%以上,以便能得到準確的結果。對劃分網(wǎng)格的統(tǒng)計結果見表1。

        表1 網(wǎng)格修復后的統(tǒng)計結果

        3 注塑成型過程模擬分析

        成型高精度塑件時,模腔不宜過多,通常不超過四腔,且必須采用平衡布置分流道的方式[8-10]。此塑件為3級精度,其長度尺寸方向的最大公差不得超過0.3 mm,屬高精度工件,考慮到此件為大批量生產(chǎn),為提高生產(chǎn)效率,降低成本,可預先采取一模四腔的平衡式注塑方式。

        由文獻[11]分析得出,最佳澆口位置位于塑件的中心。在綜合最佳澆口位置的分析結果與產(chǎn)品要求的情況下,筆者提出兩種可行的澆口形式:位于工件側面的側澆口以及位于中心位置下表面的潛伏型澆口。

        3.1 采用側澆口時產(chǎn)品成型過程模擬分析

        該零件的表面要求光潔,而點澆口的澆口較小,長度很短,脫模后塑件上的澆口痕跡也不明顯,因而采用側澆口時也不需要再修正澆口痕跡。因此澆口采用直接側澆口形式,方便零件的后續(xù)清理。

        3.1.1 一模四腔矩形平衡式布局

        型腔排列方式及塑件總變形量的分析結果如圖2所示,由圖中可知,產(chǎn)品拐角處單邊產(chǎn)生的最大變形為0.7 mm左右,此結果嚴重超過了產(chǎn)品要求0.3 mm的公差值,根本無法生產(chǎn)出滿足要求的合格產(chǎn)品。產(chǎn)生次品的主要原因是產(chǎn)品變形嚴重超差、變形不均勻無法裝配等。

        通過對其初始流動分析可知,由于型腔布置的不對稱,使分流道內(nèi)的熔體注入4個型腔時產(chǎn)生不同的注射時間,這對高精度塑件的生產(chǎn)是嚴重不利的。此方案雖然能在大規(guī)模生產(chǎn)的形勢下,很大程度地提高生產(chǎn)率,但由于型腔布置方式嚴重的不對稱,由此產(chǎn)生的注射過程的不平衡,會引起產(chǎn)品成型后尺寸與性能不穩(wěn)定。另外,由于產(chǎn)品在開模過程中需要側抽芯結構,此型腔布置方式會大大提高模具的制造成本,降低塑件的成型質(zhì)量,這對于大批量高精度塑件的生產(chǎn)及裝配都是不允許出現(xiàn)的。從塑件的精度要求及生產(chǎn)類型綜合考慮,宜改用一模兩腔對稱布置的產(chǎn)品生產(chǎn)方式。

        ▲圖2 側澆口一模四腔模擬分析

        3.1.2 一模兩腔對稱布局

        其型腔排列方式及塑件總變形量的分析結果如圖

        3所示,從圖3(b)明顯看出,在改變型腔數(shù)量及排列方式而其它成型參數(shù)不改變的情況下,塑件的變形分布及其總變形量得到了很大程度的改善。最大翹曲變形的位置為塑件兩周邊薄壁處及拐角處,其最大值為0.096 4 mm,滿足產(chǎn)品長度方向尺寸公差為0.3 mm的要求。

        通過對其流動性分析可知,由于型腔布置的對稱性,使分流道內(nèi)的熔體注入2個型腔時注射時間的差別有了很大程度的改善,從而基本上保證了注射過程的平衡,有效降低了塑件的翹曲變形,穩(wěn)定了產(chǎn)品成型后的尺寸與性能。

        3.2 采用潛伏型澆口時產(chǎn)品成型過程模擬分析

        由于位于中心位置下表面的潛伏型澆口能很好地滿足產(chǎn)品的外觀要求,并能與軟件分析的最佳澆口位置重合,在此采用潛伏型澆口一模兩腔進行分析研究。型腔排列方式及塑件總變形的分析結果如圖4所示。

        由圖4(b)可知,最大翹曲變形的位置在一個周邊及其它3個周邊的3個點處,其變形量分別為0.09 mm、0.057 7 mm、0.050 4 mm和0.045 1 mm,同樣滿足產(chǎn)品長度方向尺寸公差為0.3 mm的要求。

        對比圖3(b)和圖4(b)的分析結果,塑件的最大變形量均滿足公差要求,但從產(chǎn)品變形分布的角度看,潛伏型澆口一模兩腔的注射方案更合理,產(chǎn)品變形的分布明顯優(yōu)于側澆口。其主要原因是由于采用側澆口進行填充時,澆口位置的不對稱,導致了型腔對稱位置處的填充時間、冷卻時間及保壓情況有所不同,因此會使產(chǎn)品在收縮冷卻過程中產(chǎn)生差別,嚴重時會產(chǎn)生明顯的翹曲變形,這對外觀要求較高的高精密塑件的生產(chǎn)是不利的。

        ▲圖3 側澆口一模兩腔模擬分析

        ▲圖4 潛伏型澆口一模兩腔模擬分析

        4 結論

        基于確定的模具型腔布置和澆口形式,利用Modlflow軟件對與零件尺寸精度密切相關的“塑件總變形量”進行了有限元分析。綜合上述分析結果,采用一模兩腔側澆口和一模兩腔潛伏型澆口的注射方案,塑件的最大變形量均滿足公差要求,但一模兩腔潛伏型澆口的注射方案,塑件變形的分布優(yōu)于測澆口。

        必須指出的是,由于現(xiàn)實的生產(chǎn)過程中存在著眾多不確定的因素,以及在有限元分析過程中所做的簡化處理,使分析結果與實際生產(chǎn)存在一定的差異。因此在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中,在充分運用CAE軟件的同時,還要結合實際生產(chǎn)條件對分析結果進行適當?shù)恼{(diào)整,使其與實際情況更加吻合。

        [1]錢欣,金楊福.塑料注射制品缺陷與CAE分析[M].北京:化學工業(yè)出版社,2010.

        [2]尤芳怡,戴秋蓮,劉晶峰.Moldflow輔助殼形注塑件變形分析及其加強筋的優(yōu)化設計 [J].華僑大學學報 (自然科學版),2013,34(4):376-379.

        [3]郭志英,梁書云,張宜生,等.聚苯乙烯平板翹曲變形的實驗研究[J].中國塑料,2000(10):43-47.

        [4]呂長友,于同敏.澆口設計對塑件收縮規(guī)律影響的數(shù)值模擬[J].塑料科技,2008,36(8):68-72.

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        [11]耿海珍,任莉新,楊俊茹.基于MPI的相機前蓋注塑成型工藝優(yōu)化設計[J].機械設計與研究,2013,29(6):59-62.

        (編輯 小 前)

        TH162;TQ320

        A

        1000-4998(2015)06-0076-03

        2015年2月

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