Moldflow在安全帽注塑成型工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黃永程，楊斌，王鵬程，李俏

（廣東理工學(xué)院，廣東肇慶526100）

Moldflow在安全帽注塑成型工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黃永程，楊斌，王鵬程，李俏

（廣東理工學(xué)院，廣東肇慶526100）

隨著高分子材料的發(fā)展，注塑產(chǎn)品的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，這對(duì)注塑成型工藝要求也越來(lái)越高，尤其是注塑成型薄壁、曲面、強(qiáng)度等要求較高的產(chǎn)品，除了保證其使用要求外還需要其美觀。安全帽質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到工地員工的生命。因此，針對(duì)合理的注塑成型工藝在安全帽制品成型中的重要性，利用M oldflow軟件，通過(guò)調(diào)整注射時(shí)間、熔料溫度、模具溫度、保壓壓力等注塑工藝參數(shù)來(lái)制定恰當(dāng)成型工藝的方法，從而獲得最佳成型工藝參數(shù)，進(jìn)而保證安全帽的質(zhì)量。

高分子材料；成型工藝；M old flow；注塑工藝參數(shù)

塑料制品的主要成型方法是注塑成型加工，而注塑成型的種類(lèi)越來(lái)越多，產(chǎn)品的質(zhì)量和精度越來(lái)越高，這對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)技術(shù)很大程度上是靠理論和設(shè)計(jì)師實(shí)際經(jīng)驗(yàn)積累相結(jié)合，所以傳統(tǒng)方法使開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、精度低和容易造成材料浪費(fèi)等問(wèn)題，這勢(shì)必會(huì)增加生產(chǎn)成本[1]。CAE技術(shù)提供了從制品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)以及后續(xù)的完整解決方案，極大地縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低了生產(chǎn)成本[2，3]。本文通過(guò)調(diào)整注射時(shí)間、熔料溫度、模具溫度、保壓壓力等注塑工藝參數(shù)來(lái)制定恰當(dāng)成型工藝的方法，進(jìn)而獲得最佳成型工藝參數(shù)，保證安全帽的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

1基于Mold flow的注塑成型工藝

Moldflow軟件是Moldflow公司的系列產(chǎn)品，該公司一直主導(dǎo)CAE軟件市場(chǎng)，用戶(hù)可以通過(guò)Moldflow軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的選擇、制品的形狀結(jié)構(gòu)、模具設(shè)計(jì)及成型工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最常用MPI進(jìn)行注塑過(guò)程模擬，從而得到最佳的澆口位置和數(shù)量，合理的冷卻系統(tǒng)和流道，并對(duì)澆口尺寸、型腔尺寸、冷卻系統(tǒng)尺寸和流道尺寸進(jìn)行優(yōu)化，還可對(duì)注塑成型工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化[4-6]。

1.1 幾何建模

本文分析的安全帽是在Pro/E中建好實(shí)體模型并另存為IGS格式anquanmao.igs，導(dǎo)入Moldflow CAD Doctor查看是否有缺失部分，經(jīng)過(guò)修改后的模型另存為anquanmao_out，后導(dǎo)入到Moldflow軟件中進(jìn)行分析。

1.2 網(wǎng)格劃分

Moldflow軟件能根據(jù)實(shí)體模型自動(dòng)地生成網(wǎng)格，其邊長(zhǎng)值取決于制件厚度，一般為制件厚度的1.5～2倍，為了使分析精度更準(zhǔn)確，該制品厚度為3mm，網(wǎng)絡(luò)邊長(zhǎng)取6 mm，經(jīng)過(guò)多次修改，最終修改后的網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)和網(wǎng)格劃分模型如圖1所示。

圖1 網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)和網(wǎng)格劃分模型

1.3 澆口位置的確定

選用PP作為分析材料，該原料選用Generic Default生產(chǎn)的PP系列材料，牌號(hào)為Generic PP，澆口位置分析結(jié)果如圖2所示。其中中心圈起處部位即為較佳澆口區(qū)域，最佳澆口節(jié)點(diǎn)為N4481，采用在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置單澆口作為本次分析的澆口設(shè)置方案。

圖2 最佳澆口區(qū)域

2注塑成型工藝分析

Moldflow依據(jù)材料的選取推薦的初始注塑條件，具體為熔料溫度250℃、模具溫度60℃、注塑時(shí)間1 s、保壓時(shí)間10 s，其它采取自動(dòng)。本次分析采用Moldflow軟件推薦值前后的值來(lái)分析各個(gè)成型工藝參數(shù)的變化對(duì)安全帽成型質(zhì)量的影響，進(jìn)而得出較為合理的成型工藝參數(shù)。

（1）注射時(shí)間的分析

由表1、表2的數(shù)據(jù)可知：當(dāng)注射時(shí)間設(shè)定為1.5 s時(shí)，注射時(shí)達(dá)到的最高溫度、容積收縮率和縮痕指數(shù)與前兩者差別不大，最大壓力、最大剪應(yīng)力和最大剪應(yīng)變率都比前兩者小，最大合模力，平均速度和殘余應(yīng)力也最小，所以選擇注射時(shí)間為1.5 s較為恰當(dāng)。

表1 注射時(shí)間對(duì)充模階段影響

表2 注射時(shí)間對(duì)保壓階段影響

（2）熔料溫度的分析

由表3、表4的數(shù)據(jù)可知：當(dāng)熔料溫度設(shè)定為255℃時(shí)，注射時(shí)達(dá)到的最高溫度、容積收縮率和縮痕指數(shù)和前兩者差別不大，最大壓力、最大剪應(yīng)力和最大剪應(yīng)變率均最小強(qiáng)度比前兩者高，當(dāng)溫度為255℃時(shí)殘余應(yīng)力最小，所以選擇255℃作為熔料溫度較為恰當(dāng)。

表3 熔料溫度對(duì)充模階段影響

表4 熔料溫度對(duì)保壓階段影響

（3）模具溫度的分析

由表5，表6的數(shù)據(jù)可知：當(dāng)模具溫度設(shè)定為70℃時(shí)最大剪應(yīng)力、最大剪應(yīng)變率、平均速度和容積收縮率都相差不大，最大壓力、最大合模力和殘余應(yīng)力最小，所以選擇70℃作為模具溫度較為恰當(dāng)。

表5 模具溫度對(duì)充模階段影響

表6 模具溫度對(duì)保壓階段影響

（4）保壓壓力的分析

由表7的數(shù)據(jù)可知：當(dāng)保壓壓力為注塑壓力的80%時(shí)最大容積收縮率達(dá)到最小，和100%時(shí)的最大容積收縮率相差不大，且當(dāng)保壓壓力和注塑壓力相等時(shí)可以使產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定及力學(xué)性能較好，當(dāng)保壓壓力設(shè)定為注射壓力的100%時(shí)，殘余應(yīng)力和縮痕指數(shù)最小，該產(chǎn)品的強(qiáng)度高，所以設(shè)定保壓壓力與注射壓力一致。

表7 保壓壓力對(duì)保壓階段影響

經(jīng)分析可知各個(gè)參數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力的影響趨勢(shì)，在實(shí)際注塑成型過(guò)程中，對(duì)于制件質(zhì)量的要求是多方面的，因此在找最優(yōu)工藝參數(shù)時(shí)應(yīng)使多方面要求都達(dá)到最佳，對(duì)于安全帽而言，要求表面光滑、沒(méi)裂紋和殘余應(yīng)力最小。最后可以確定該制品比較合理的工藝參數(shù)是：注射時(shí)間1.5 s，模具溫度70℃，熔料溫度255℃，保壓壓力與注塑壓力均為32MPa.

3結(jié)論

使用Moldflow軟件對(duì)安全帽的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以在設(shè)計(jì)階段找出未來(lái)產(chǎn)品可能出現(xiàn)的問(wèn)題，避免了模具試制、修模等繁瑣工作，從而提高了一次試模成功率，縮短了模具制造周期，大大降低了生產(chǎn)成本。當(dāng)然各個(gè)成型工藝參數(shù)對(duì)于復(fù)雜制品成型質(zhì)量的關(guān)系通常是有綜合影響的。本次分析只是分析了各個(gè)參數(shù)單獨(dú)變化對(duì)制品成型質(zhì)量的影響關(guān)系，但是各個(gè)工藝參數(shù)綜合變化對(duì)制品成型質(zhì)量的影響分析較為復(fù)雜，有待進(jìn)一步研究解決。

[1]李基洪，李軒.注塑成型技術(shù)問(wèn)答[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]賈宸，高雨茁.基于CAE的保鮮盒注塑成型模擬與分析[J].塑料工業(yè)，2012（40）：152-156.

[3]金敦水.電器殼蓋的注塑模具設(shè)計(jì)[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（02）：68-70.

[4]賀華波，鄧益民.Moldflow在塑料齒輪成型工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].輕工機(jī)械，2007（05）：60-65.

[5]陳艷霞，陳如香，昊盛金.Mold flow 2010完全自學(xué)與速查手冊(cè)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[6]蔣曉.Pro/ENGINEERWildfire 4.0中文版標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

The Application ofMold flow in Injection Molding of the Helmet

HUANG Yong-cheng，YANG Bin，WANG Peng-cheng，LIQiao
（Guangdong Polytechnic College，Zhaoqing Guangdong 526100，China）

With the development of polymer materials，application scope and injection molding products more widely，the increasingly high requirements of injection molding technology，especially injection molding，surface strength，higher requirements of products，in addition to ensure the requirements also need its appearance.The quality of the safety helmet is directly related to the life of the workers in the field.Therefore，in view of the importance of injection molding products in reasonable safety capmolding，using the Moldflow software，by adjusting the injection time，melt temperature，mold temperature，maintaining appropriate and molding pressure of injection molding process parameters to themethod，the best process parameters，and ensure quality and safety cap.

polymermaterial；molding process；moldflow；injection molding process parameters

TQ320.52

B

1672-545X（2016）12-0075-03

2016-09-05

廣東理工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目（ZYGG2015001）

黃永程（1989-），男，安徽宿州人，碩士，助教，研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)與制造；楊斌（1970-），男，遼寧撫順人，碩士，主任，研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制。