框形零件澆口的優(yōu)化設(shè)計

袁小會 ，劉小寧，劉 兵，程婧璠，張 蓓

（武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430205）

0 引 言

澆口是熔體流入模具型腔的最后通道，是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分之一，其設(shè)計直接影響熔體在模具型腔內(nèi)的充填［1］.若設(shè)計不合理，塑件在注塑加工過程中容易出現(xiàn)熔體充填不均、熔接痕、質(zhì)脆和翹曲等缺陷.傳統(tǒng)的模具設(shè)計主要依據(jù)設(shè)計人員的經(jīng)驗，但隨著人們對塑膠產(chǎn)品的綜合要求越來越高以及模具行業(yè)本身的競爭日益激烈，僅依靠工程技術(shù)人員的經(jīng)驗，很難在短時間內(nèi)精確地設(shè)計出既可降低成本，又可提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率的最佳方案［2－6］.與傳統(tǒng)的模具設(shè)計相比，CAE（計算機輔助工程）技術(shù)無論在提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，還是在減輕勞動強度方面都具有很大的優(yōu)越性［7］.本文設(shè)計的塑件矩形框邊較窄且薄，熔接痕若出現(xiàn)在邊框上將嚴重影響塑件的強度；矩形邊框中間沒有支撐，成型過程中容易翹曲變形，不僅影響外形而且影響裝配.現(xiàn)利用Moldflow（具有注塑成型仿真工具的軟件）對不同澆口位置方案進行模擬，以找到最佳的澆口位置，優(yōu)化熔接痕的位置，減小翹曲變形量，提高產(chǎn)品的成型質(zhì)量.

1 模擬結(jié)果對比分析

1.1 數(shù)值模擬模型前處理

采用PROE軟件建立塑件模型，轉(zhuǎn)成IGES格式后導(dǎo)入Moldflow，采用雙層面網(wǎng)格進行劃分，得到的有限元分析模型如圖1所示.材料為聚丙烯，其主要性能參數(shù)［8－9］如表1所示.根據(jù)表1設(shè)置的工藝參數(shù)為：模溫27℃、熔體溫度202℃、保壓取最高填充壓力的85%和80%，保壓時間分別為1.2s和1s.

圖1 有限元模型Fig.1 Finite element mldel

表1 聚丙烯主要性能參數(shù)Table 1 The PP main performance parameters

1.2 模擬結(jié)果分析

1.2.1 充填時間 方案一總充填時間為0.47 s，方案二總充填時間為0.45s，方案三總充填時間為0.37s.通過Moldflow動態(tài)查看功能查看熔體的充填過程：方案一時間為0.4464s時，圖2（a）中灰色部分還未填充；方案二時間為0.3538s時，圖2（b）中灰色部分還未填充；方案三時間為0.3532s時，圖2（c）中灰色部分還未填充.這說明兩股料流在圖示灰色部位匯合，熔接痕可能出現(xiàn)在此位置.方案一熔接痕在矩形方框邊上，嚴重影響產(chǎn)品的強度，方案二和方案三熔接痕成功轉(zhuǎn)移到主體部位，提高了產(chǎn)品質(zhì)量.

圖2 動態(tài)填充Fig.2 dynamically filling

1.2.2 翹曲變形 塑件的翹曲變形不僅影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量而且影響裝配［10－11］，因此作為分析的重點.

圖3所示是塑件的總的翹曲變形情況：方案一變形呈下凹趨勢，最大變形量為0.5332mm，位置在離澆口最遠的地方，主要原因是保壓不充分；方案二變形呈外凸趨勢，最大變形量為0.4971mm，較方案一有所減??；方案三兩邊保壓效果基本一致，形狀出現(xiàn)大小頭的概率大大降低，最大變形量為0.4373mm.

圖3 總翹曲變形量Fig.3 total warpage

圖4所示是塑件X向變形情況：方案一為X方向變形最嚴重的部位變形量為0.5212mm，上小下大，兩邊收縮的形態(tài)不一樣，很難通過單一的縮水值改善，方框的形狀及尺寸公差無法保證；方案二為X方向變形最嚴重的部位變形量為0.4911mm，上大下小，與方案一相反，主要原因是上邊受到充分保壓，變形量縮小，下邊較細，受到保壓的程度有限，收縮量較大.方案三為X方向最大變形量為0.4115mm，收縮趨于一致，可以通過放縮水控制產(chǎn)品的尺寸精度和形狀精度.

圖5所示是塑件Y方向變形情況：方案一為Y方向翹曲變形：收縮一致的主體變形區(qū)（0.2148mm）可通過放縮水解決，矩形邊框下凹形（0.1987mm）無法利用放縮水解決；方案二為Y方向翹曲變形：主體變形區(qū)變形（0.3292mm）較方案一增大，可通過放縮水解決，矩形邊框上凸形（0.2098mm）無法利用放縮水解決；方案三為Y方向翹曲變形：矩形邊框兩邊平行度有了很大的提高，最大變形量為0.1966mm，可通過放縮水解決.

圖4 X向翹曲變形量Fig.4 The amount of X－warpage

圖5 Y向翹曲變形量Fig.5 The amount of Y－warpage

2 結(jié) 語

基于Moldflow軟件，運用注塑CAE技術(shù)對框式塑件3種不同方案的澆注系統(tǒng)進行了模擬分析：方案一熔接痕出現(xiàn)在方框上，產(chǎn)品強度較低，產(chǎn)品下凹，總變形量0.5332mm；方案二熔接痕偏離方框，使其出現(xiàn)在主體位置上，增加了產(chǎn)品的強度，但產(chǎn)品外凸，總變形量0.4971mm，較方案一有所減?。环桨溉劢雍勖撾x了矩形的四條邊，轉(zhuǎn)移到了主體部位，且方框兩邊大小基本一致，可通過放縮水解決.通過對三種方案的模擬結(jié)果進行比較，最終選用方案三進行成型，在生產(chǎn)中提高了試模成功率，大大提高了產(chǎn)品的開發(fā)效率和成型質(zhì)量.

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