王尚英，秦宇志，周 川

（長安汽車產(chǎn)品開發(fā)一部內(nèi)外飾開發(fā)所，重慶 401120）

1 引言

塑料制品的廣泛應(yīng)用為注塑機行業(yè)的發(fā)展提供了不竭動力，MoldFlow模流分析仿真已經(jīng)成為模具設(shè)計過程中一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。它與傳統(tǒng)的分析手段相比，采用了CAE技術(shù)，通過把連續(xù)的塑件離散化進行有限元分析，模擬熔體在模具型腔內(nèi)的流動，從而確定模具的最佳方案。大多數(shù)模具廠定方案時都以經(jīng)驗確定澆口數(shù)量，人為因素不可控，從而忽略了澆注系統(tǒng)對模具的影響。

本文以汽車導(dǎo)風(fēng)板為例，通過MoldFlow軟件模擬，依次對其進行填充分析、保壓分析和翹曲分析，通過對比3種方案的工藝參數(shù)，為模具和工藝設(shè)計提出理論指導(dǎo)。

2 塑件結(jié)構(gòu)分析與材料特性

2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析

圖1所示汽車導(dǎo)風(fēng)板總尺寸是520×140mm，主壁厚1.8mm，邊界局部壁厚1.2mm，最大壁厚2.5mm，最小壁厚0.8mm。壁厚分布較為均勻，塑件兩端有安裝點，其它地方用于遮蔽。

圖1 汽車導(dǎo)風(fēng)板3D數(shù)據(jù)圖

此塑件為長條形，形狀較為簡單，沒有明顯的結(jié)構(gòu)凸起或凹陷，通過考慮模具經(jīng)濟性，整體采用一模兩腔排布。通過CADDoctor修復(fù)轉(zhuǎn)換，導(dǎo)入MoldFlow軟件，選擇全局網(wǎng)格邊長為4mm的方案對其進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格類型為Fushion，網(wǎng)格數(shù)量為41,802個，最大縱橫比是9.8，平均縱橫比2.06，最小縱橫比1.16，匹配百分比為92.2%，相互匹配率為90.6%。

2.2 材料特性

根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、性能以及用途等影響因素，此導(dǎo)風(fēng)板采用聚丙烯（PP）+三元乙丙橡膠（EPDM）+15%滑石粉（TD15）材料，參數(shù)如表1所示。

表1 PP+EPDM+TD15推薦工藝參數(shù)

3 分析步驟

根據(jù)模具設(shè)計流程，擬定分析方法如下：

（1）網(wǎng)格模型完成劃分后，根據(jù)塑件大小以及材料屬性確定澆口數(shù)量，然后進行澆口位置分析，通過云圖平衡區(qū)域，對澆口和流道樣式進行分析。

（2）填充分析。根據(jù)不同澆口方案，進行填充分析。

（3）保壓分析。設(shè)置保壓參數(shù)（通常按最大注塑壓力80%），進行保壓分析。

（4）翹曲分析。通過填充和保壓分析得到較優(yōu)參數(shù)后進行翹曲分析，再根據(jù)關(guān)注區(qū)域變形量進行工藝參數(shù)優(yōu)化或數(shù)據(jù)調(diào)整，進行翹曲優(yōu)化。

4 模流分析

4.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

（1）澆口位置的確定。

通過對塑件大小、材料屬性以及模具預(yù)算等進行綜合評判，以不同澆口數(shù)為主，對其進行對比填充分析，最終確定適合本塑件注射成型的最佳澆口方案。為了精確分析不同澆口數(shù)量的結(jié)果，本文提出3個澆口方案。

方案一設(shè)計為1個澆口，方案二設(shè)計為2個澆口，方案三設(shè)計為3個澆口。根據(jù)表1，設(shè)置模具表面溫度為60℃，熔體溫度設(shè)置為225℃，冷卻時間設(shè)置為20s。

通過填充分析得知：①方案一的填充時間為2.897s，最大填充壓力64.42MPa（見圖2）；②方案二的填充時間為2.851s，最大填充壓力35.94MPa（見圖3）；③方案三的填充時間為2.950s，最大填充壓力46.16MPa（見圖4）。

圖2 方案一填充分析

圖3 方案二填充分析

圖4 方案三填充分析

3個方案填充時間差別不大，填充壓力相差較為明顯。

a.方案一。1個澆口，塑件左右填充不均勻，因塑件正中間位置有圓形特征，澆口不能搭在正中間，分析填充壓力較大，模具排布一模兩腔，型腔壓力過大，模具受力也較大。

b.方案二。2個澆口，填充較為均勻，填充壓力在可控范圍內(nèi)，但兩個澆口同時開啟，塑件中間會存在一條明顯的熔接線。

c.方案三。3個澆口，澆口順序開啟，因中間澆口未在塑件正中間位置，填充末端有些滯留，填充壓力在可控范圍內(nèi)，塑件表面無熔接線。

（2）成型窗口的分析。

成型窗口分析用于不同計算方案的最佳初步工藝設(shè)置，通過成型窗口分析可以得到一些確切的填充參數(shù)。

對3個方案進行成型窗口分析，參數(shù)如表2所示。

表2 成型窗口參數(shù)表

由表2可知，方案三的最大剪切速率偏高，不適用生產(chǎn)，方案一的注射壓力和鎖模力偏高，對模具品質(zhì)及注塑機要求較高，綜合評判方案二各項參數(shù)均處于中間可控范圍內(nèi)，更為合理。

（3）澆口、流道的確定。

此塑件為非外觀件，側(cè)澆口側(cè)搭方便進澆，可減小型腔壓力，且模具采用一模兩腔的排布方式，所以采用側(cè)澆口進澆。流道系統(tǒng)主要分為主流道、支流道、熱澆口和冷澆口組成。

如圖5所示，塑件大部分剪切應(yīng)力為0MPa，澆口處的最大剪切應(yīng)力是0.23MPa；如圖6所示，填充末端總體溫度主要分布在220℃，溫度隨壁厚分布，顯示較為合理，部分主面和筋位處因壁厚較薄溫度較低，但不影響整體成型。

圖5 剪切應(yīng)力分析

圖6 填充末端總體溫度分析

（4）外觀分析。

此澆口方案會導(dǎo)致塑件中間會有熔接線產(chǎn)生（見圖7），且塑件兩端安裝結(jié)構(gòu)附近筋位會有縮痕產(chǎn)生（見圖8），此塑件為非外觀件，外觀問題均在可控范圍內(nèi)。

通過對比不同成型參數(shù)，如鎖模力、注射壓力、熔接線等，方案二合理。

圖7 產(chǎn)生熔接線分析

圖8 產(chǎn)生縮痕分析

4.2 保壓分析

方案二的注射時間為2.82s，最大注射壓力36.06MPa，冷卻時間按照MoldFlow設(shè)置默認參數(shù)20s，保壓時間設(shè)置4s，保壓壓力設(shè)置為最大注射壓力的80%，整個成型周期填充、保壓和冷卻26.82s，對于此塑件來說設(shè)置較為合理。

4.3 翹曲分析

注射成型塑件產(chǎn)生翹曲的原因一般分為收縮不均、冷卻不均、取向效應(yīng)以及角效應(yīng)4個因素。其中收縮不均主要受塑件的結(jié)構(gòu)、壁厚以及工藝參數(shù)影響；冷卻不均主要受模具冷卻系統(tǒng)排布導(dǎo)致型芯、型腔溫度差異影響；取向效應(yīng)主要受塑料材料的分子取向影響；角效應(yīng)主要受塑件的結(jié)構(gòu)或形狀影響。通過填充、保壓和翹曲分析，此塑件主要變形來源于收縮變形，得出結(jié)果如圖9所示。

圖9 翹曲變形分析

此塑件翹曲的最大變形是4.352mm，主要原因是塑件收縮不均導(dǎo)致；回放收縮塑件安裝點變形0.3～0.4mm，塑件主要是下榻變形，且此塑件為柔性件，裝配間隙可控。

5 總結(jié)

運用MoldFlow模流分析仿真對此汽車導(dǎo)風(fēng)板進行模擬，通過對比不同澆口數(shù)量和不同澆口位置分析確定了澆口樣式，并通過標(biāo)準(zhǔn)流道的尺寸確定，構(gòu)建了澆注系統(tǒng)，同時還對塑件進行了保壓分析和翹曲分析。最終用了2個開放式澆口方案，保壓壓力設(shè)置選取最大注射壓力的80%，即28.848MPa，保壓時間為4s，分析成型周期26.82s，通過翹曲變形結(jié)果得出塑件變形在可控范圍內(nèi)。

通過填充、保壓和翹曲分析后，外觀問題及塑件變形問題可先以模流分析表現(xiàn)出來，預(yù)先回避量產(chǎn)時可能出現(xiàn)的問題。除此之外，更可將傳統(tǒng)的修模，試模動作以模擬分析進行，驗證對策的有效性后再進行實際的修模、試模，縮短模具開發(fā)周期。在汽車模具領(lǐng)域，更是必不可少，必要時通過MoldFlow對塑件進行預(yù)變形，更是可以很好的改善模具成型相關(guān)問題，減少試模時間，降低模具隱形成本，加快產(chǎn)品研發(fā)，提高企業(yè)效率。