左繼紅,劉麗麗,蔡 頌

(1. 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學院機車車輛學院,湖南 株洲 412001;2. 湖南工業(yè)大學機械工程學院,湖南 株洲 412001)

模具加工前,設(shè)計師往往會借助CAE軟件(Moldflow、 C-Mold、 Z-Mold等)對整個注塑成型過程進行模擬,分析塑料熔體在模具內(nèi)的充填及冷卻過程,包括充填時間、應力分布、纖維取向及翹曲變形[1-3]。Moldflow分析報告可以指導設(shè)計工程師在開模前盡早發(fā)現(xiàn)問題,以便及時修改模具設(shè)計,提高生產(chǎn)效率、節(jié)省試模成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量[4-10]。

本文利用Moldflow軟件對某電器塑料外殼進行分析,設(shè)計了兩種澆口位置方案,并對這兩種方案進行充填、流動、翹曲分析。研究結(jié)果表明：模流分析可以指導模具澆口位置的設(shè)計、提高制品質(zhì)量、縮短塑件成型的周期。

1 塑件特點

本品是某電器部件的塑料外殼,三維圖如圖1所示。外形尺寸為93.38 mm×56.0 mm×43.85 mm,壁厚度為1.6 mm(圖2),單邊上有加強筋,四角各有兩個定位螺釘?shù)耐?結(jié)構(gòu)簡單。材料為PC(EVA/J2525),顏色為白色,本制品表面粗糙度為Ra1.6,公差MT5,精度要求不高。

(a) 正面

(b) 反面

(a) 正面

(b) 反面

2 塑件進膠方案設(shè)計

根據(jù)本制品外形特點,塑件冷流道采用兩點進膠,澆口設(shè)置加強筋處可作為熔體流動的通道,并盡量縮短熔料的流動距離。進膠位置設(shè)計單邊進膠(圖3)和雙邊對角進膠(圖4)2種方案。主流道截面形狀為矩形,寬度為6 mm和高度為5 mm;分流道為圓形,直徑為2.5 mm。澆口設(shè)置為非錐體的矩形,寬度為4 mm,高度為0.8 mm。

(a) 正面

(b) 反面

(a) 正面

(b) 反面

3 Moldflow結(jié)果分析

3.1 充填時間分析

由圖5可知,方案1單邊雙點進膠充填時間2.284 s,如圖5(a)所示;方案2雙邊對角進膠充填時間2.143 s,如圖5(b)所示。兩種方案產(chǎn)品充填流速基本均衡,未出現(xiàn)困氣、短射、滯流等現(xiàn)象,兩種方案充填時間相差不大。

3.2 注射壓力分析

兩種方案注射速度/壓力(V/P)轉(zhuǎn)換時刻壓力都是137.5 MPa(圖6),注射位置流道處壓力最大,型腔內(nèi)壓力梯度分布均勻,塑件的95%可以通過速度填充完成,未填充區(qū)域為圖6中灰色處?？梢钥闯龇桨?未填充區(qū)域較小,且發(fā)生在遠離澆口位置側(cè);方案2未填充區(qū)域較大,且發(fā)生在加強筋附近,這樣會造成產(chǎn)品飛邊較多。

3.3 纖維取向張量分析

由纖維取向張量分析(圖7)可知：方案1單邊雙點進膠,中間區(qū)域纖維取向程度較高,達到0.877 6,纖維在指定的主方向上對齊的可能性很大,收縮翹曲較小,如圖7(a)所示;方案2雙邊對角進膠,中間部分區(qū)域取向度不到0.5,邊緣處取向也較低,如圖7(b)所示。

(a) 單邊雙點進膠

(b) 雙邊對角進膠

(a) 單邊雙點進膠

(b) 雙邊對角進膠

(a) 單邊雙點進膠

3.4 熔接線分析

由圖8可知：單邊雙點進膠,在制品正面端部有1條熔接線對外觀有一定的影響,制品反面熔接線主要出現(xiàn)筋條處,對塑件的力學性能影響不大。由圖9可知：雙邊對角進膠熔接線,在制品正面及反面中間均出現(xiàn)1條近乎貫穿熔接線,對制品的外觀和力學性能影響較大。

3.5 翹曲分析

3.5.1X方向產(chǎn)品收縮變形

比例因子放大10倍,觀察X方向產(chǎn)品變形情況,如圖10所示,單邊雙點進膠X向變形量為0.248 5 mm,雙邊對角進膠X向變形量為0.256 2 mm,X方向產(chǎn)品變形影響產(chǎn)品在X向收縮變形(縱向長短),單邊雙點進膠比雙邊對角進膠X方向變形量小0.007 7 mm,采用雙邊對角進膠對縱向裝配質(zhì)量有一定的影響。

(a) 正面

(b) 反面

(a) 正面

(b) 反面

(a) 單邊雙點進膠

(b) 雙邊對角進膠

3.5.2Y方向產(chǎn)品收縮變形

比例因子放大10倍,觀察Y方向產(chǎn)品收縮變形情況,如圖11所示,單邊雙點進膠Y向變形量為0.243 2 mm,雙邊對角進膠Y向變形量為0.248 6 mm,Y方向產(chǎn)品變形影響產(chǎn)品的Y向收縮變形(橫向收縮),單邊雙點進膠比雙邊對角進膠Y方向變形量小0.005 4 mm,雙邊對角進膠對橫向裝配質(zhì)量有一定的影響。

3.5.3Z方向產(chǎn)品翹曲變形

比例因子放大10倍,觀察Z方向產(chǎn)品翹曲變形情況,如圖12所示,單邊雙點進膠Z向翹曲變形量為0.166 6 mm,雙邊對角進膠Z向翹曲變形量為0.279 5 mm,Z方向產(chǎn)品翹曲變形影響產(chǎn)品的裝配質(zhì)量及外觀,影響產(chǎn)品視覺效果,單邊雙點進膠比雙邊對角進膠Z方向產(chǎn)品翹曲小0.112 9 mm,采用雙邊對角進膠翹曲變形較大,制品外觀不夠挺拔,產(chǎn)品裝配間隙不均勻。

(a) 單邊雙點進膠

(b) 雙邊對角進膠

(a) 單邊雙點進膠

(b) 雙邊對角進膠

3.5.4 全部翹曲因素分析

比例因子放大10倍,分析兩種方案總的翹曲變形量,如圖13所示,單邊雙點進膠總的翹曲變形量為0.275 0 mm,雙邊對角進膠總的翹曲變形為0.321 8 mm,單邊雙點進膠比雙邊對角進膠Z向總的翹曲變形量小0.046 8 mm。采用雙邊對角進膠時,產(chǎn)品4個角的安裝孔翹曲變形較大,對安裝有一定影響。

4 總 結(jié)

1) 根據(jù)本制品外形特點,塑件冷流道采用兩點進膠,澆口設(shè)置加強筋處可作為熔體流動的通道,并盡量縮短熔料的流動距離。進膠位置設(shè)計單邊進膠和雙邊對角進膠兩種方案。

2) 從充填結(jié)果分析可知,單邊雙點進膠和雙邊對角進膠兩種方案充填時間相差不大,但雙邊對角進膠方案在加強筋區(qū)域充填壓力較大,會造成產(chǎn)品飛邊較多。

3) 對比單邊雙點進膠和雙邊對角進膠兩種方案的纖維取向張量,雙邊對角進膠中間部分區(qū)域纖維取向張量分析取向度較低,收縮比較嚴重;單邊雙點進膠一致性較好。

4) 對比單邊雙點進膠和雙邊對角進膠兩種方案的熔接線,雙邊對角進膠在制品正面及反面中間均出現(xiàn)一條近乎貫穿熔接線,對制品的外觀和力學性能影響較大;單邊雙點進膠比雙邊對角進膠產(chǎn)品質(zhì)量較好。

(a) 單邊雙點進膠

(b) 雙邊對角進膠

5) 對比分析單邊雙點和雙邊對角翹曲進膠,單邊雙點進膠比雙邊對角進膠在X,Y,Z及總的翹曲變形要小,特別是Z向翹曲,單邊雙點進膠比雙邊對角進膠的變形量小0.112 9 mm,差距較大,雙邊對角進膠會引起產(chǎn)品裝配間隙不均勻。

綜合分析,采用單邊雙點進膠注射壓力較小、不影響塑件的外觀,產(chǎn)品質(zhì)量較好,纖維在指定的主方向上對齊的可能性很大,收縮較小,翹曲總體變形也在公差允許范圍內(nèi)。