（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 中德工程學(xué)院，江蘇 太倉 215411）

基于HSCAE的銑刀盒注塑模成型工藝分析

王洪磊

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 中德工程學(xué)院，江蘇 太倉 215411）

介紹了某銑刀盒的材料和性能，采用HSCAE軟件對該產(chǎn)品的熔合紋、氣穴、冷卻系統(tǒng)和溫度場展開了合理分析，并進行了模具三維設(shè)計及制造，成型出合格的產(chǎn)品。實踐證明，采用CAE 技術(shù)可大幅縮短模具制造時間，提高試模成功率和降低模具生產(chǎn)成本。

注塑模；成型工藝；產(chǎn)品缺陷；HSCAE分析

影響注塑模成型加工的因素很多，主要有塑料的成型工藝、原材料特性、模具設(shè)計制造以及注塑機操作等多方面的因素，在眾多影響因素制約下，塑料制品很容易產(chǎn)生缺陷，因此在模具設(shè)計前有必要通過CAE技術(shù)進行模擬分析。圖1所示為銑刀盒產(chǎn)品，其材料為PE，拔模斜度30′。在模具初步方案確定后，采用HSCAE軟件進行流動、保壓、冷卻和翹曲分析，為模具設(shè)計與制造提供參考。

圖1 銑刀盒

1 產(chǎn)品工藝分析

1.1 產(chǎn)品材料及性能

銑刀盒產(chǎn)品的材料為聚乙烯塑料，簡稱HDPE，該材料的產(chǎn)品在注射成型時需考慮如下因素。

（1）HDPE不易吸水，一般塑料只要存放適當(dāng)，不用進行干燥即可進行注射成型。

（2）HDPE屬于剪敏性塑料，通過提高注射速度可有效改變?nèi)廴谒芰系恼扯?，通過其流動性。

（3）鑒于HDPE較大的收縮率（1.5%～2%）且各向異性明顯，制品成型易于變形、翹曲。

（4）HDPE具有較高的結(jié)晶度，成型冷卻應(yīng)均勻，保持其結(jié)晶密度一致性。

在模具設(shè)計時，澆口位置的選擇對制品的質(zhì)量影響尤為重要，而且由于HDPE流動性好，要防止熔融塑料產(chǎn)生溢流。一般可利用分型面和頂針間隙進行排氣槽，如需開設(shè)深度小于0.03mm的排氣槽。

1.2 產(chǎn)品功用、結(jié)構(gòu)分析

銑刀盒主要用于存放銑刀，其尺寸精度要求不高，屬于一般普通制件，但產(chǎn)品厚度較薄，僅為1mm，且深度為77mm，屬于薄壁深腔類零件，在成型過程中塑件填充和頂出是重點考慮因素。

2 HSCAE模流分析和驗證

2.1 驗證流動平衡

根據(jù)確定的型腔布局、數(shù)目，首先利用三維軟件根據(jù)相應(yīng)尺寸構(gòu)建三維模型，導(dǎo)入至HSCAE，通過HSCAE進行相關(guān)數(shù)據(jù)分析處理后，可實時分析三維流動模擬動畫。由如圖2所示流動結(jié)果可知，最開始的型腔和澆口數(shù)據(jù)設(shè)計，其流動填充極不平衡，到達型腔末端的流動前沿時間并不一致。這是由于熔融塑料同時到達型腔的時間不一致造成的，可通過多次修改各澆口尺寸的大小，實現(xiàn)熔融塑料同時到達型腔末端并保證流動平衡。

圖2 流動平衡分析

由于澆口尺寸越小，其流動阻力就會越大，可使靠近主流道端的澆口略比遠(yuǎn)離端的澆口尺寸大0.05～0.08mm，以此類推，逐級增加相應(yīng)級別尺寸。通過多次修改調(diào)整，最終實現(xiàn)如圖3所示的流動平衡，最后把最終確定的澆口尺寸作為實際模具的澆口尺寸。

2.2 驗證熔合紋和氣穴情況

圖3 流動平衡修改

熔合紋在塑料注射成型時是不可避免的，但可以通過改變其澆口的位置和數(shù)量來減少熔接痕數(shù)量，或者通過改變?nèi)酆霞y的位置，使其遠(yuǎn)離受力敏感區(qū)或表面質(zhì)量要求高的部位。通過HSCAE三維實時模擬分析，可看到氣穴的位置，從而在此位置通過開設(shè)排氣槽等方式進行排氣。如圖4所示，產(chǎn)品氣穴的分型面位置，而熔合紋幾乎沒有。

圖4 熔合紋及氣穴驗證

3 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 冷卻水管布局

在滿足冷卻所需傳熱面積和模具結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，設(shè)計冷卻回路和冷卻通道孔徑大小。由本模具結(jié)構(gòu)形式所知，細(xì)長型芯注塑模具的主要冷卻部位為細(xì)長型芯和型腔以及各部分的澆注系統(tǒng)上。

3.2 溫度場分析

HSCAE在分析產(chǎn)品的溫度是根據(jù)其厚度方向進行取向的，分析原理是從距離產(chǎn)品表面厚度為零開始直到最大厚度值，溫度隨厚度而變化，故分析完成后通過取溫度的平均值來作為熔體溫度。通過熔體溫度可分析產(chǎn)品產(chǎn)生缺陷的原因，如局部熔體溫度過熱會使制品表面產(chǎn)生黑點、黑條紋等；熔體溫度過低則引起制品填充不足等，此外通過熔體溫度還可控制產(chǎn)生熔合紋處的熔合程度。本產(chǎn)品的溫度場分析結(jié)果如圖5所示。

4 模具與注塑機相關(guān)工藝參數(shù)校核

產(chǎn)品成型前，需要校對該模具成型所需的最大注射量、最大鎖模力、注射壓力等參數(shù)與所選的注射機是否相適應(yīng)。圖6所示為該產(chǎn)品的注射成型參數(shù)分析結(jié)果。

圖5 溫度場分析

圖6 鎖模力曲線圖

5 模具三維設(shè)計及制造

根據(jù)HSCAE模擬分析和驗證，結(jié)合實際經(jīng)驗設(shè)計出模具結(jié)構(gòu)如圖7所示，并最終對確定好的模具進行加工制造，得到模具實物如圖8所示。實踐證明，該模具設(shè)計合理，成型的產(chǎn)品質(zhì)量良好。

圖7 模具三維設(shè)計

圖8 模具實物

6 結(jié)語

借助HSCAE對產(chǎn)品的成型工藝進行模流分析，可以快捷、直觀形象地對塑件產(chǎn)品的缺陷進行可行性分析。經(jīng)實際驗證，采用模具CAE 技術(shù)可使模具制造時間縮短約30%，一次試模成功率提高約50%，成本下降約10%，具有很好的應(yīng)用推廣價值。

[1]張爽華. 基于HSCAE的薄殼塑件澆注系統(tǒng)有限元分析[J].九江學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版), 2016, 31(1):35-38.

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