薛春娥

分線盒塑件成型流動分析及注塑模具設計

薛春娥

（長江職業(yè)學院 機電學院，武漢 430074）

本文對分線盒注塑模具進行了設計。首先分析了塑件的外形和成型工藝特點，并利用Moldflow軟件對成型過程進行了有限元模擬，分析成型工藝的主要缺陷，如：氣穴、熔接痕、翹曲變形等；然后根據(jù)模擬分析結(jié)果，對該塑件的成型工藝和模具結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。這種設計方法大大縮短了模具開發(fā)周期，提高了生產(chǎn)效率。

注塑模；Moldflow；優(yōu)化設計；熔接痕

0　引言

近年來，CAD/CAM/CAE技術(shù)越來越廣泛地應用于模具工業(yè)，收效顯著，廣受企業(yè)青睞。而Moldflow是注塑模具CAE最具代表性的軟件之一［1-2］。本文借助該軟件，分析了分線盒注塑模具的澆口位置、充模時間、翹曲變形、氣穴及熔接痕等，基于此進行了模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，實踐證明，該設計對提高一次試模成功率、降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期具有重要意義。

1　塑件產(chǎn)品的工藝分析

1.1塑件結(jié)構(gòu)分析

分線盒主要用于通訊、網(wǎng)絡等的分線管接線，要求具有高的電絕緣性和難燃、阻燃特性，并且具有防塵防潮功能，由于硬聚氯乙烯（HPVC）具備上述性能，尤其是較好的阻燃材料［3］，因此選擇HPVC作為分線盒的成型材料。HPVC還具有其他優(yōu)勢，如貨源充足、價格合理等。HPVC的收縮率為 0.6%～1.5%，溢邊值為0.06 mm，可滿足成型工藝要求。 圖1為四通分線盒，有4個通路口，通路口與分線管相配，Φ64±0.2 mm尺寸與分線盒蓋相配，這2組尺寸精度要求較高，其余尺寸精度只作一般要求。塑件上4個Φmm的通路孔為側(cè)孔，為便于開模取件，模具必須設計側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)。

1.2塑件的原材料分析

塑件的原材料硬聚氯乙烯（HPVC）屬熱塑性塑料，使用性能方面，有較好的抗拉、抗壓、抗彎及抗沖擊性能，電氣絕緣性能良好；成型性能方面，熱穩(wěn)定性較差，長時間加熱易分解，放出氯化氫氣體，必須加入穩(wěn)定劑，并嚴格控制溫度及熔料的滯留時間，模具澆注系統(tǒng)宜粗短，進料口截面宜大，模具應有冷卻裝置。

1.3分型面選擇及型腔布置

根據(jù)塑件特點和表面質(zhì)量要求，采用平面分型面，有利于模具的加工制造，也易于塑件脫模。分型面的位置如圖2所示。

一般來說，大中型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔［4-5］，該產(chǎn)品屬于精度要求一般的小型塑件，但由于其形狀具有一定的特殊性，因此本設計也采用一模一腔的形式［6］。為了節(jié)約模具成本，該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)、直澆口、單分型面結(jié)構(gòu)。

2　塑件的Moldflow分析

圖1　分線盒二維圖Fig.1 Two-dimensional image of junction box

圖2　分型面的設計Fig.2 Design of parting surface

2.1分線盒模型前處理

利用UG軟件設計塑件的幾何模型，并將模型導入Moldflow。選擇網(wǎng)格類型為表面模型，按全局網(wǎng)格邊長為10 mm進行網(wǎng)格劃分，進行網(wǎng)格數(shù)據(jù)統(tǒng)計，網(wǎng)格數(shù)量4498，無自由邊，無交叉邊。由于進行翹曲變形分析需進行網(wǎng)格的縱橫比診斷，調(diào)整最大網(wǎng)格縱橫比為20，然后進行網(wǎng)格配向診斷、連通性診斷、自由邊診斷等，確保均沒有問題。

2.2澆口位置分析

本例設計時，利用Moldflow軟件的流動充模模擬功能［7］，對澆口位置進行了優(yōu)化設計。雙擊Moldflow左邊任務欄的填充，選擇分析類型為“澆口位置”，選擇材料為“HPVC”，牌號為87322，雙擊任務欄的“立即分析”，查看分析結(jié)果，如圖3所示，藍色顯示的即為最佳澆口位置，可見，澆口設計在塑件端部的中心最好。

2.3成型收縮與變形分析

圖3　最佳澆口位置分析Fig.3 Gate location analysis

修改分析類型為“流動+翹曲”，進行工藝參數(shù)的設置。在冷卻設置中，設置模具表面溫度為50℃；熔體溫度200℃，開模時間5s，注射+保壓+冷卻時間為自動，查看頂出條件為頂出溫度93℃，頂出凍結(jié)百分比為100%；在流動設置中，參數(shù)均為自動；在翹曲設置中，勾選分離翹曲原因復選框。分析結(jié)果顯示：最大注塑機鎖模力為18噸；最大注射壓力為1.8 MPa，充填時間為2.4s，在充填階段的1.08s，流動速率為18.56cm3/s時，發(fā)生速度與壓力的切換，保壓階段從2.5s開始，在12.48s時，壓力完全釋放，在32.63s保壓結(jié)束。

生成分析報告：選擇需要的分析內(nèi)容并添加生成報告，結(jié)果如圖4所示。制品在冷卻過程中，體積會向厚壁的中心部位逐漸收縮而造成表面凹陷。據(jù)圖4分析報告得出：需要改進冷卻系統(tǒng)，在四個圓筒周圍增加冷卻水路或降低水溫。

2.4充模時間分析

充模時間是衡量成型工藝的重要參數(shù)之一，通常要求各充模行程的末端同時充滿，且充模時間短，這樣可以保證填充均勻和成型效率。充模時間取決于塑料的成型性能、模具結(jié)構(gòu)及成型工藝參數(shù)。原材料選定后，其成型性能不可改變，所以通常采用優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)和成型工藝參數(shù)來保證填充質(zhì)量和成型效率。模具結(jié)構(gòu)方面，一般采用成型模擬軟件對澆注系統(tǒng)及模具整體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計［8，9］；成型工藝方面，目前主要是通過優(yōu)化成型工藝參數(shù)來達到目的，但也有通過在成型時對塑料熔體施加振動載荷來提高其流動性能的工藝措施［10，11］。本例采用Moldflow軟件對模具的充填過程進行了數(shù)值模擬分析，圖5顯示的是充填分布情況，總的填充時間為2.5s。旋轉(zhuǎn)塑件，選擇塑件上不同的點，發(fā)現(xiàn)充填時間的差值不超過0.2 s，可見，成型過程中，型腔的填充比較均勻，表明澆注系統(tǒng)和型腔布置合理。

2.5氣穴位置分析

通過對成型過程中的氣穴及其分布情況分析，得出圖6所示結(jié)果。由圖可知，產(chǎn)生氣穴的位置均在分型面上或者左右滑塊縫隙、杯口邊緣位置處，易于排氣，所以該模具直接利用分型面的間隙及滑塊配合間隙排氣，不再設計排氣系統(tǒng)。

2.6熔接痕分析

熔接痕的產(chǎn)生是因為熔體分流匯合時因料溫下降，或因制品局部太薄，導致匯合處熔接不良，熔接痕會導致塑件強度降低甚至影響產(chǎn)品的外觀。本例在前述工藝條件下分析了熔接痕的分布情況，如圖7所示。圖中可以看出4個管體位置有明顯的熔接痕產(chǎn)生，本例通過修正工藝參數(shù)進行改進。

圖4　收縮、變形分析Fig.4 Shrinkage and deformation analysis

圖5　充填時間分析Fig.5 The fill time analysis

圖6　氣穴分布情況Fig.6 The distribution of air void

根據(jù)以上成型充模流動分析結(jié)果，本例對模具結(jié)構(gòu)和成型工藝方案進行了優(yōu)化，如加強澆口附近的冷卻，適當弱化四個側(cè)型芯周圍的冷卻力度；調(diào)試模具時，采用增大流速、溫度、壓力等方法，以減小翹曲變形，降低熔接痕的影響。

3　模具總體結(jié)構(gòu)及工作原理

本例設計出的模具總體結(jié)構(gòu)如圖8所示，其工作原理和工作過程如下：

開模時，動模部分向后移動，分型面打開，滑動堵頭在斜銷的作用下完成側(cè)向抽芯，同時實現(xiàn)定模成型桿和定模型芯的抽芯。然后注射機頂桿推動脫模機構(gòu)，推桿推動塑件完成脫模。合模時，注射機驅(qū)使動模部分向前移動，分型面開始合攏，同時，滑動堵頭在斜銷的作用下完成復位，推桿在復位桿的作用下完成復位。

圖7　熔接痕分析Fig.7 Weld mark analysis

圖8　模具裝配圖Fig.8 Assembly drawing of the mold

4　結(jié)語

針對分線盒塑件產(chǎn)品的模具設計過程，首先分析塑件的外形和工藝特點，在設計過程中，利用Moldflow軟件對成型過程進行了有限元分析，有效地評估該模具設計的優(yōu)劣，找出不足，對模具結(jié)構(gòu)和工藝過程進行了優(yōu)化，縮短了設計周期、降低了成本。

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Molding Flow Analysis and Mold Design of Junction Box

XUE Chun-e

（Electromechanical institute， Changjiang Professional College， Wuhan 430074， China）

Process of junction box mold design was introduced. Firstly， the appearance and character of molding process of the plastic part was analyzed and a finite element simulation for the forming process has been done by using the software Moldflow， the main injection defects of the molding process， such as: air pockets， weld mark， warping deformation， etc. were analyzed； and then the forming process and die structure were optimized according to the results of the simulation analysis. This design method has greatly shortened the mold development cycle， improved the production efficiency.

Injection molding； Moldflow； Optimal design； Weld mark

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.08.007

XUE Chun-e. Molding Flow Analysis and Mold Design of Junction Box［J］. The Journal of New Industrialization，2016，6（8）: 49-53.

薛春娥（1971-），女，副教授，高級工程師，研究方向：模具設計與制造

本文引用格式：薛春娥.分線盒塑件成型流動分析及注塑模具設計［J］. 新型工業(yè)化，2016，6（8）：49-53.