劉淑芬，宋曉龍，楊勝，徐慧

（遼寧工業(yè)大學(xué)　機(jī)械工程與自動化學(xué)院，錦州 121001）

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基于Moldflow的澆注系統(tǒng)對塑件翹曲的影響研究

劉淑芬，宋曉龍，楊勝，徐慧

（遼寧工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院，錦州 121001）

摘 要：針對注塑工藝中常見的由材料纖維取向引起的塑件翹曲變形，應(yīng)用Moldflow軟件對該問題在不同澆注系統(tǒng)下進(jìn)行仿真研究，對比不同方案在相同翹曲起因下的翹曲程度，預(yù)測了塑件在不同澆注系統(tǒng)下由纖維取向引起的翹曲變形量，最終獲得了理想的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：注塑成型；翹曲；纖維取向；澆注系統(tǒng)；Moldflow軟件

0　引言

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一環(huán)，決定了熔料的流動方向和流動平衡性，對聚合物的分子取向及塑件的翹曲有很大影響。對由含玻璃纖維聚合物制造的塑件，其翹曲主要由于玻璃纖維的纖維取向引起，而澆注系統(tǒng)對材料的纖維取向有著決定性影響，合理的澆注系統(tǒng)可以有效降低制品翹曲。本文以某公司生產(chǎn)的汽車發(fā)電機(jī)端蓋為例，利用Moldflow軟件對面向該產(chǎn)設(shè)計(jì)的三種澆注系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過對在一定注塑工藝條件下產(chǎn)品翹曲程度的分析比較，確定了最佳澆注系統(tǒng)方案，為模具設(shè)計(jì)者提供科學(xué)借鑒。

1　澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)前處理

1.1產(chǎn)品分析

產(chǎn)品模型如圖1所示，為黑色汽車發(fā)電機(jī)端蓋，平均壁厚為1.5mm，尺寸為直徑約124mm，高32mm的不規(guī)則圓柱形深腔端蓋，表面分布多個散熱孔，端蓋圓柱面部分區(qū)域形狀多且沒有加強(qiáng)筋；工藝要求：產(chǎn)品正面無明顯澆注痕跡，翹曲變形量控制在0.8mm以內(nèi)；產(chǎn)品生產(chǎn)原料：含30%玻璃纖維的尼龍66，材料牌號為：PA66-G30 B-01；考慮現(xiàn)有注塑機(jī)規(guī)格以及產(chǎn)品工藝要求，產(chǎn)品采用一模一腔三板倒裝模點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)。

圖1　產(chǎn)品模型圖

圖2　產(chǎn)品網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)及有限元網(wǎng)格模型

1.2產(chǎn)品三維模型的有限元網(wǎng)格

由于Moldflow為專業(yè)模流分析軟件，建模功能并不強(qiáng)大，故在UG中建立產(chǎn)品模型再導(dǎo)入Moldflow。該產(chǎn)品為薄壁圓柱形深腔型產(chǎn)品，故采用雙層面網(wǎng)格，經(jīng)過對網(wǎng)格調(diào)節(jié)長徑比、調(diào)整單元取向、去除自由邊等處理后，得到如圖2所示的滿足模流分析要求的網(wǎng)格和產(chǎn)品網(wǎng)格模型。

表1　相關(guān)成型工藝參數(shù)

1.3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

產(chǎn)品由現(xiàn)有規(guī)格為最大注塑壓力120MPa，最大鎖模力100tonne的注塑機(jī)生產(chǎn)。結(jié)合產(chǎn)品工藝要求和模具設(shè)計(jì)的相關(guān)原則，設(shè)計(jì)共三套澆注系統(tǒng)方案。相關(guān)成型工藝參數(shù)如表1所示，Moldflow中“澆口位置”分析模塊很好的考慮了流動的平衡性、型腔內(nèi)的流動阻力與產(chǎn)品的形狀和壁厚等因素。利用該模塊輔助找出產(chǎn)品的最佳澆口位置并建立流道系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3　澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

參考分析結(jié)果，設(shè)計(jì)如下：方案一考慮減小注塑壓力及澆注痕跡，澆口設(shè)計(jì)在產(chǎn)品背面的產(chǎn)品圓心節(jié)點(diǎn)N20158處，產(chǎn)品所需注塑壓力小，正面無澆注痕跡；方案二在產(chǎn)品背面采用兩點(diǎn)進(jìn)澆，澆口分別設(shè)計(jì)在節(jié)點(diǎn)N22281與N22253處，產(chǎn)品正面無澆注痕跡，所需注塑壓力小；方案三在產(chǎn)品背面采用三點(diǎn)進(jìn)澆，澆口分別設(shè)計(jì)在節(jié)點(diǎn)N22278、N22227、N22253處，產(chǎn)品正面無澆注痕跡。

2　澆注系統(tǒng)方案分析比較

2.1翹曲變形

翹曲是由注射過程中塑件收縮率不均勻引起，主要表現(xiàn)在以下三個方面：1）塑件不同區(qū)域的收縮率不同；2）塑件沿厚度方向收縮不均勻；3）材料分子取向平行和垂直方向上收縮不均勻。Moldflow中的翹曲模塊用于分析塑件的翹曲變形，通過該模塊可以模擬塑件成型過程，對成型結(jié)果的翹曲變形進(jìn)行預(yù)測，從而制定設(shè)計(jì)方案。翹曲分析模塊將翹曲起因解析為以下三點(diǎn)：1）由冷卻不均引起的翹曲；2）由收縮不均引起的翹曲；3）由取向效應(yīng)引起的翹曲。

2.2翹曲分析結(jié)果

按照表1中各方案工藝參數(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行翹曲仿真分析。方案一翹曲分析結(jié)果如圖4所示。

圖4　方案一翹曲分析結(jié)果

方案二翹曲分析結(jié)果如圖5所示。

圖5　方案二翹曲分析結(jié)果

方案三翹曲分析結(jié)果如圖6所示。

圖6　方案三翹曲分析結(jié)果

圖4（a）、圖5（a）、圖6（a）冷卻不均引起的翹曲；

圖4（b）、圖5（b）、圖6（b）收縮不均引起的翹曲；

圖4（c）、圖5（c）、圖6（c）取向效應(yīng)引起的翹曲；

圖4（d）、圖5（d）、圖6（d）所有效應(yīng)的翹曲變形。

圖4～圖6為三種設(shè)計(jì)方案翹曲分析研究的結(jié)果，將該結(jié)果列入圖7。由曲線圖可知：三個設(shè)計(jì)方案中，冷卻不均引起翹曲變形極為微小，不是翹曲的主要起因；收縮不均引起的翹曲變形分布在0.64mm到0.74mm之間，方案之間差異微?。蝗∠蛐?yīng)引起的翹曲變形，方案二翹曲最大值為0.72m，相比方案一、三分別減小了31% 和22%；整體翹曲變形中，方案二為0.63mm，相比方案一、三分別減小了50%和47%，滿足了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求。通過以上分析結(jié)果比較，最終澆注系統(tǒng)在綜合考慮改善纖維取向、降低生產(chǎn)成本等因素下，選擇方案二。

圖7　不同方案翹曲分析對比曲線圖

3　結(jié)論

澆注系統(tǒng)在模具設(shè)計(jì)中極為重要，使用Moldflow軟件對發(fā)電機(jī)端蓋的四種澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真分析，預(yù)測不同澆注系統(tǒng)對材料纖維取向的影響，確定最佳設(shè)計(jì)方案，證明在注塑工藝中合理的澆注系統(tǒng)能有效改善纖維取向從而減小塑件的翹曲，但并不是澆口越多越好。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 朱興建，俞建新，徐以國，向良明，等.基于Moldflow的汽車內(nèi)飾件翹曲變形優(yōu)化方法［J］.塑料，2014，43（05）：102-105.

［2］ 周桂云.基于MPI的注塑件澆口優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.塑料，2012，41（5）：110-112，99.

［3］ 曹將棟，陸立新.基于Moldflow平臺的電吹風(fēng)外殼注塑模具優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.塑料，2010，39（1）：122-125.

［4］ 展迪優(yōu).UG NX 8.0模具設(shè)計(jì)教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：4.

［5］ 張強(qiáng)，祝鐵麗.基于Mold FIow軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)注塑制件的澆口位置［J］.塑料制造，2006，（12）：58-61.

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［6］ 王樹勛.基于CAE分析的注塑模具澆口位置研究［J］.制造業(yè)自動化，2011，33（5）：35-36.

［7］ 齊衛(wèi)東.簡明塑料模具設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2008：2.

［8］ 王剛，單巖.Moldflow模具分析應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［9］ LV Xun，金楊福，LI Gan.吹風(fēng)機(jī)注塑模具澆口的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.塑料，2008，37（4）：90-93.

［10］ 左大平，張益華，芮玉龍.玻璃纖維增強(qiáng)PA66制品翹曲變形的研究［J］.工程塑料應(yīng)用，2005，33（12）：23-25.

［11］ 陳艷霞.Moldflow2015模流分析從入門到精通［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2015：3.

Effect Study of gating system on plastic parts warping based on Moldflow

LIU Shu-fen， SONG Xiao-long， YANG Sheng， XU Hui

中圖分類號：TQ320.66；TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-0134（2016）05-0024-03

收稿日期：2016-01-11

作者簡介：劉淑芬（1972 -），女，遼寧鐵嶺人，副教授，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械CAD/CAM/CAE。