王一杰，孟 浩，張雨薇，郭苗苗，高中琦

（河南理工大學(xué)，河南 焦作 454002）

軸承為工程機(jī)械中必不可少的零件，人們對(duì)其的需求也越來(lái)越高。通常傳統(tǒng)注射模具設(shè)計(jì)過(guò)程異常復(fù)雜且缺少客觀高效的可模擬結(jié)果[1-3]。通過(guò)Moldflow 軟件模擬，進(jìn)而設(shè)計(jì)、修復(fù)、完善、模擬產(chǎn)品注塑整個(gè)過(guò)程，提高了設(shè)計(jì)生產(chǎn)的時(shí)效性，而且減少了經(jīng)濟(jì)資本投入。

相關(guān)學(xué)者們對(duì)Moldflow 軟件模擬優(yōu)化工藝參數(shù)進(jìn)行了大量研究。劉丹等[4]對(duì)汽車后視鏡座進(jìn)行優(yōu)化分析仿真，得出最佳澆口位置。通過(guò)以體積收縮率變化為參數(shù)的正交試驗(yàn)，獲得了最佳收縮率和冷卻劑收縮率均不會(huì)引起翹曲的塑件模型。

本文使用Moldflow 分析了軸承塑件的注塑全過(guò)程，通過(guò)調(diào)整控制工藝參數(shù)分析影響塑料軸承質(zhì)量的因素，針對(duì)分析結(jié)果預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的成型缺陷提出優(yōu)化方案，為后續(xù)相關(guān)制件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供指導(dǎo)作用。

1 軸承結(jié)構(gòu)分析

軸承三維結(jié)構(gòu)具體如圖1 所示，其外形尺寸為全長(zhǎng)64 mm，內(nèi)徑11.6 mm，外徑184 mm。采用solidworks 軟件進(jìn)行三維建模，采用ABS 進(jìn)行注塑。本文選用的ABS 材料型號(hào)為PA-717C。

圖1 塑件圖

2 澆口與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆口與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖2 所示。澆口的位置對(duì)塑料的質(zhì)量有很大的影響，直接影響零件的美觀和質(zhì)量，軸承結(jié)構(gòu)較短，因此模型中只設(shè)計(jì)一個(gè)最優(yōu)澆口位置，如圖2（a）所示。通過(guò)Moldflow 分析流動(dòng)阻力指示器和閘門的匹配，如圖2（b）所示。設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)對(duì)注塑零件的質(zhì)量有很大影響，而對(duì)冷卻系統(tǒng)的關(guān)注將直接導(dǎo)致清潔塑料零件出現(xiàn)。因此，應(yīng)適當(dāng)控制注塑周期，控制適當(dāng)?shù)睦鋮s時(shí)間。冷卻流道布置如圖2（c）所示。

圖2 澆口與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3 基于正交試驗(yàn)的軸承成型工藝參數(shù)優(yōu)化

在本文中，通過(guò)調(diào)整和控制模具溫度Tm、熔體溫度Tr、保壓壓力P、保壓時(shí)間t等工藝參數(shù)來(lái)優(yōu)化塑料零件的質(zhì)量，并根據(jù)材料的理論特性和塑料零件生產(chǎn)的實(shí)際情況選擇合理的因素和測(cè)試水平。通過(guò)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)確定工藝參數(shù)。試驗(yàn)因素有4 個(gè)，每個(gè)因素包含4 個(gè)水平，因素分別為A 模具表面溫度（20～50 ℃）、B 熔體溫度（230～260 ℃）、C 保壓壓力（80 MPa、95 MPa、110 MPa、125 MPa）、D 保壓時(shí)間（8 s、10 s、12 s、14 s）。當(dāng)模具表面溫度為40 ℃，熔體溫度為230 ℃，保壓壓力為125 MPa，保壓時(shí)間為8 s 時(shí)，體積收縮率為1.065%，最大翹曲為0.089 2 mm。

進(jìn)一步處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)缺點(diǎn)。為此，使用映射函數(shù)來(lái)加權(quán)分析，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)測(cè)試結(jié)果的重要性加權(quán)方法的區(qū)分，得知體積和翹曲加權(quán)值分別稱為λ1=65、λ2=35。綜合目標(biāo)表達(dá)如下：

式（1）中：i為測(cè)試序列號(hào)，值為1，表示體積收縮率；j為每個(gè)目標(biāo)的代碼，值為2，表示最大翹曲邊。試驗(yàn)結(jié)果的極差分析如表1 所示。

表1 試驗(yàn)結(jié)果的極差分析

分析以上結(jié)果可以得出結(jié)論，保存時(shí)間對(duì)通用塑料成型指數(shù)的影響最大，最佳的工藝參數(shù)為：模具表面溫度30 ℃、熔體溫度260 ℃、保壓壓力110 MPa、保壓時(shí)間14 s。相應(yīng)的體積收縮率為2.311%，翹曲最大值為0.092 7 mm。相比初始方案，體積收縮率和最大翹曲值分別降低54.75%、40.69%。

4 結(jié)論

本文中軸承是重要的研究對(duì)象，采用Moldflow 研究，根據(jù)分析結(jié)果，比較了兩種塑料的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇了ABS 作為注塑的材料，并在正交試驗(yàn)公式中找到了工藝參數(shù)的最佳組合為模具表面溫度30 ℃、熔體溫度260 ℃、保壓壓力110 MPa、保壓時(shí)間14 s。工藝參數(shù)的組合已重新引入Moldflow 進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明，塑料零件的體積收縮和最大翹曲得到了明顯改善，減少了54.75%、40.69%。