劉一聰，鐘璞，王小明

（1.常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164；2.昆山康而學(xué)精密電子科技有限公司，江蘇 蘇州 215300）

0 引言

在注塑模具開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如果單純依靠經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)品的特點(diǎn)制定注塑工藝參數(shù)，很難保證產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，在模具設(shè)計(jì)和注塑過(guò)程中引入計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)是當(dāng)前常用的做法，也是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，模型結(jié)構(gòu)的CAE分析已成為模具設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)[1]。通過(guò)CAE分析，可提前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷，預(yù)測(cè)模具設(shè)計(jì)中的潛在問(wèn)題，進(jìn)而通過(guò)方案對(duì)比，多次試驗(yàn)，制定出較為優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。Moldflow是一款專(zhuān)業(yè)模流分析軟件，能夠幫助驗(yàn)證和優(yōu)化注塑成型流程，為生產(chǎn)過(guò)程提供指導(dǎo)。通過(guò)模擬熔體在模具中的流動(dòng)，在模具制造之前實(shí)現(xiàn)模流分析，從而提前優(yōu)化結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)塑件的填充、冷卻等成型過(guò)程起指導(dǎo)作用[2]，從而保證制品質(zhì)量，提高產(chǎn)品合格率。本文研究了某快接閥注塑過(guò)程，對(duì)其注塑進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，優(yōu)化注塑過(guò)程。通過(guò)制品的模流分析，預(yù)先發(fā)現(xiàn)注塑中的缺陷，為后期的實(shí)際生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)信息，優(yōu)化生產(chǎn)周期。

1 產(chǎn)品信息

1.1 產(chǎn)品外觀

快接閥是一種不需要工具就能實(shí)現(xiàn)管路連通或斷開(kāi)的接頭。常用于氣壓、液壓工具、氣缸、液壓缸、金屬模具相關(guān)機(jī)械的附屬裝置，具有連接方便，省時(shí)省力的特點(diǎn)，多數(shù)由鑄造成型，要求具有剛性強(qiáng)，耐磨損，連接處精度高等特性，因此在注塑過(guò)程中需考慮其材料變形等因素。本研究對(duì)象三維圖如圖1。

圖1 產(chǎn)品外觀

1.2 材料特性

PP通稱(chēng)聚丙烯，其抗折斷性能較好，含金屬添加劑的PP廣泛應(yīng)用在汽車(chē)工業(yè)和日用器械,如擋泥板、通風(fēng)管、風(fēng)扇、干燥機(jī)通風(fēng)管、洗衣機(jī)框架及機(jī)蓋、冰箱門(mén)襯墊等）。本產(chǎn)品即采用含金屬添加劑的PP材料進(jìn)行注塑，通過(guò)查詢(xún)手冊(cè)得到其成型工藝參數(shù)如表1。

表1 PP成型工藝參數(shù)如表

1.3 注塑設(shè)置

對(duì)注塑機(jī)的選用沒(méi)有特殊要求，由于PP具有高結(jié)晶性。需采用注射壓力較高及可多段控制的電腦注塑機(jī)。鎖模力一般按4～5t/m2來(lái)確定，注射量20%～85%即可。模具及澆口設(shè)計(jì)模具溫度50～90℃，對(duì)于尺寸要求較高的用高模溫。型芯溫度比型腔溫度低5℃以上，流道直徑4～7mm，針形澆口長(zhǎng)度1～1.5mm，直徑可小至0.7mm。邊形澆口長(zhǎng)度越短越好，約為0.7mm，深度為壁厚的一半，寬度為壁厚的兩倍，并隨模腔內(nèi)的熔流長(zhǎng)度逐肯增加。模具必須有良好的排氣性，排氣孔深0.025mm～0.038mm，厚1.5mm，要避免收縮痕，就要用大而圓的注口及圓形流道，加強(qiáng)筋的厚度要?。ɡ缡潜诤竦?0～60%）。通過(guò)查詢(xún)可知PP熔融段溫度最好在240℃左右。

2 注塑方案設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)格劃分

有限元網(wǎng)格劃分是Moldflow進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算的基礎(chǔ)，利用UGNX10完成快接閥的三維建模，并導(dǎo)出通用格式，在CAE分析之前，需要先對(duì)快接閥模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，一般經(jīng)過(guò)多次的“合并節(jié)點(diǎn)”和“插入節(jié)點(diǎn)”來(lái)進(jìn)行網(wǎng)格的修，直至符合分析要求。圖2為所得的網(wǎng)格劃分結(jié)果。從圖2中可以看出，模型共劃分了1598313個(gè)四面體網(wǎng)格，從縱橫比的分析結(jié)果來(lái)看，其最大值為32.88，平均2。61，最小為1.13，網(wǎng)格匹配百分比 86.0%，相互百分比88.3%，網(wǎng)格劃分結(jié)果符合要求，達(dá)到了Moldflow分析條件。

圖2 網(wǎng)格劃分信息

2.2 澆口流道設(shè)置

澆口位置和形狀尺寸在注塑過(guò)程之至關(guān)重要，澆口是熔體進(jìn)入模具型腔入口，在設(shè)計(jì)中要考慮后期在成品上的留痕，盡量控制在較小的尺寸。澆口的形狀、尺寸、位置都會(huì)直接影響熔體的流動(dòng)狀態(tài)和塑件質(zhì)量[3]。基于模型的形狀結(jié)構(gòu)、材料屬性及工藝參數(shù)等進(jìn)行澆口位置分析，得到最佳澆口位置[4]。本產(chǎn)品在注塑設(shè)計(jì)中采用一模兩腔的設(shè)計(jì)，以提升注塑產(chǎn)品產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。通過(guò)模流分析軟件可以分析出快接閥最佳的澆口位置位于快接閥側(cè)面，流道分一條主流道和兩次分流道，以對(duì)稱(chēng)方式連接兩腔。如圖3所示。

圖3 澆口流道設(shè)置

2.3 填充分析

填充分析的目的是驗(yàn)證設(shè)置的注射位置是否能實(shí)現(xiàn)熔體在填充中平衡流動(dòng)。通過(guò)分析從注射開(kāi)始到熔體充滿整個(gè)型腔的充填時(shí)間和熔接痕的位置，熔體在型腔內(nèi)的充填情形，從而獲知熔體的充填是否平衡、充滿等[5]。由圖4可以看出最大填充時(shí)間為1.288s，兩個(gè)腔體填充時(shí)間一致，在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)，填充未出現(xiàn)滯留、短射等現(xiàn)象，填充結(jié)果符合制品要求。

圖4 填充時(shí)間

2.4 注射壓力分析

塑料在注塑成型過(guò)程中，根據(jù)注塑機(jī)型號(hào)性能，設(shè)置合適的注射壓力。除此之外，注射壓力在設(shè)定是還需要考慮注塑材料的性能、模具溫度、流動(dòng)阻力、塑件形狀及精度等等。注射壓力會(huì)影響模具的充填速度和流動(dòng)距離，進(jìn)而影響塑件的成型質(zhì)量[6]。而保壓壓力在制品成型中也至關(guān)重要，它將直接影響后期制品的質(zhì)量。通常注射后期的保壓壓力充填壓力最高值的80 %，以此完成注塑過(guò)程的最后填充。從圖5可以看出，澆口速度/壓力切換時(shí)的最大壓力值為28.72MPa，符合工藝要求，避免了注塑過(guò)程中出現(xiàn)短射現(xiàn)象。

圖5 澆口速度/壓力切換時(shí)的壓力

2.5 流動(dòng)前沿溫度

流動(dòng)前沿溫度是熔體充填一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)的中間流溫度，代表的是截面中心的溫度，其溫控控制的好壞將直接影響熔接線的質(zhì)量。如圖6所示，是快接閥流動(dòng)前沿溫度示意圖，從圖中可以看出，注塑制品流動(dòng)前沿溫度控制合理，分布均勻，最小值為270.8℃，高于材料推薦的最低溫度220℃?？梢员ＷC溶體在注塑過(guò)程中的流動(dòng)性，避免困氣出現(xiàn)。

圖6 流動(dòng)前沿溫度

2.6 變形與收縮率分析

由圖7可以看出，通過(guò)軟件仿真分析，制品注塑完成后，其變形量控制在相對(duì)較好的程度，大部分區(qū)域變形量在0.1到0.16之間，在小接口末端稍高，其變形量在0.17左右，基本符合制品要求。體積收縮率是中間數(shù)據(jù)結(jié)果，它顯示制件在保壓和冷卻過(guò)程中收縮率的變化，主要用于檢測(cè)制品的縮痕，均勻的體積收縮可以減少制品的翹曲變形[7-9]。對(duì)其作出收縮率分析可以看出，接口末端和大平面四周收縮率較大，數(shù)值在7.17左右，與圖7的變形分析位置基本吻合。

圖7 變形分析

圖8 體積收縮率

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文采用Moldflow模流分析軟件對(duì)某快接閥進(jìn)行了注塑前的工藝仿真分析，以仿真結(jié)果確定了最終的注塑工藝參數(shù)，選擇一模兩腔，一個(gè)主流道，兩個(gè)分流道的澆注方案，分析了制品的填充過(guò)程及注射壓力，通過(guò)流動(dòng)前沿溫度分析，把模具溫度設(shè)置為65 ℃，熔體溫度設(shè)定為315 ℃，最終模擬仿真出制品的最終成型的變形量和收縮率。在產(chǎn)品注塑前通過(guò)CAE軟件進(jìn)行模流分析，得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)，以此為參考設(shè)計(jì)模具，能有效的縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高制品合格率，降低生產(chǎn)成本，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。