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        基于MoldFlow的汽車導(dǎo)風(fēng)板注射模優(yōu)化設(shè)計

        2021-02-28 10:25:08王尚英秦宇志
        模具制造 2021年1期
        關(guān)鍵詞:設(shè)置變形分析

        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。

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