基于moldflow相機(jī)外殼注塑成型優(yōu)化設(shè)計(jì)

韓雷雷，張惠敏

（青島科技大學(xué)，山東青島，266061）

1.引言

相機(jī)外殼要求造型美觀，強(qiáng)度高，裝配精度也要求較高，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)中，只能憑借經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)模具，制造出模具后進(jìn)行試模，不合理地方進(jìn)行調(diào)整，不僅質(zhì)量難以保證，且成本較高。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，在產(chǎn)品外殼造型設(shè)計(jì)使用CAE分析技術(shù)，在電腦上對塑件進(jìn)行注塑成型模擬分析。它在計(jì)算機(jī)上建立數(shù)學(xué)模型，并對注塑成型過程進(jìn)行仿真和分析，把仿真及分析的結(jié)果用圖形顯示出來[1]。模擬預(yù)測相機(jī)外殼注塑成型缺陷，模具設(shè)計(jì)缺陷和成型窗口，從而優(yōu)化工藝參數(shù)，有效縮短試模時(shí)間，提高產(chǎn)品成型質(zhì)量。

本文采用moldflow/MPI對相機(jī)外殼進(jìn)行模擬分析，確定并優(yōu)化澆口位置及數(shù)量的設(shè)計(jì)方案，并減少翹曲變形量優(yōu)化工藝參數(shù)，從而得到合理的成型工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.塑件建模

首先用pro/e軟件進(jìn)行外殼三維建模，相機(jī)外殼模型圖形如圖1所示。相機(jī)外殼尺寸為108mm×60mm×17mm,壁厚為1mm，材料為Cycoloy C6200（PC+ABS）。然后將相機(jī)外殼模型導(dǎo)入moldflow軟件中，利用moldflow軟件對塑件先先進(jìn)行優(yōu)化澆口分析與優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化。

圖1 相機(jī)外殼模型

3.澆口優(yōu)化

3.1澆口設(shè)計(jì)

該塑件采用一模兩腔的模具設(shè)計(jì)，對澆口位置設(shè)計(jì)兩種澆口設(shè)計(jì)方案，如圖2所示。

圖2 澆口設(shè)計(jì)

3.2 模擬分析

3.2.1 熔接痕分布

熔接痕形成是熔料的細(xì)流分叉并又連接到一起的地方，大多數(shù)情況下，工藝調(diào)試不可能完全避免熔接痕。澆口的數(shù)量和位置決定了熔接痕的數(shù)量和位置，流體前鋒相遇的角度越小，結(jié)合縫越明顯。細(xì)小的熔接痕不會影響塑件的強(qiáng)度。方案一是一個澆口，溶解痕相對較少，方案二熔接痕細(xì)小，不會影響塑件強(qiáng)度。

圖3 熔接痕分布

3.2.2 流動前沿處的溫度分析

流動前沿處的溫度是指塑料熔體流動到型腔內(nèi)各處的溫度，溫度差越大對塑件的翹曲變形影響越大，塑件越容易產(chǎn)生斷裂等缺陷。如圖4方案一所示，流動前沿溫度最高值是268.4℃，最低溫度是256.4℃，溫度差為12℃。方案二，流動前沿溫度最高值是268.0℃，最低溫是257.2℃，溫度差為10.8℃。由于方案二的溫度差較小些，且溫度分布均勻，故對塑件的翹曲變形影響較小。

3.2.3 速度和壓力切換時(shí)的壓力、頂出是對體積收縮率，體積收縮率分析

通過型腔被充滿瞬間的壓力分布情況看，如圖5方案一成型所需的注射壓力為82.88Mpa，方案二成型所需的注射壓力為78.67 Mpa，方案一壓力下降不均勻，會導(dǎo)致注塑壓力明顯升高而充不滿型腔，而方案二有了改善[2]。由頂出時(shí)體積收縮率看出，如圖6方案一為6.982%，方案二是6.562%，即方案二的頂出時(shí)體積收縮率低，發(fā)生變形翹曲較小。由此可以看出，兩個澆口注塑壓力小，而且頂出時(shí)體積收縮率也小。體積收縮率表示了每個單元相對于自身原始體積的收縮率[3]。塑件的體積收縮率如圖7方案一是7.235%，方案二是7.248%，對于兩種方案體積收縮率基本一致。

圖4 流動前沿處的溫度

圖5 速度/壓力轉(zhuǎn)換時(shí)的壓力

圖6 頂出時(shí)的體積收縮率

表1 成型工藝參數(shù)初始方案

表2 成型工藝參數(shù)優(yōu)化后方案

圖7 體積收縮率

圖8 整體翹曲變形量（放大10倍）

3.2.4 翹曲變形分析

翹曲變形是指塑料未按照設(shè)計(jì)的形狀成型，表面發(fā)生扭曲，是塑件常見的缺陷之一，作為評定產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[4]。翹曲變形不僅影響塑件的外觀形狀，還會影響塑件的力學(xué)性能，因此應(yīng)盡量減小塑件的翹曲變形。由圖8（a）可知，方案一翹曲變形量為0.5327mm，由圖8（b）知，方案二的翹曲變形量為0.5222mm。方案二的翹曲變形總量較小，澆口數(shù)量對翹曲變形有一定的影響。

綜上所述，兩個澆口的方案較好，故該塑件采用兩個澆口方案注塑成型，下面對兩個澆口方案進(jìn)行成型工藝優(yōu)化。

4 成型工藝優(yōu)化

表1初始工藝參數(shù)，其保壓為一恒定值，這對成型產(chǎn)品不利，根據(jù)型腔壓力變化情況，設(shè)置了三段不同的保壓曲線，如圖表2所示。詳細(xì)數(shù)據(jù)如圖8所示。優(yōu)化前保壓壓力值恒為80Mpa，保壓時(shí)間10s，如圖9（a）,優(yōu)化后保壓壓力分為三個階段，前8s保壓壓力是90Mpa，降到60Mpa保壓5s，后3s壓力降為0,如圖9（b）。分段保壓可以減小產(chǎn)品凹陷，減少翹曲變形。

圖9 保壓壓力圖

4.1 速度和壓力切換時(shí)的壓力、頂出時(shí)的體積收縮率、體積收縮率分

優(yōu)化后方案速度/壓力切換時(shí)的壓力為92.17Mpa，比方案二壓力大，型腔填充均勻，如圖10（a）所示。優(yōu)化后方案頂出時(shí)體積收縮率為5.497%，體積收縮率是5.541%，如圖10（a）（b）所示，均比優(yōu)化前有所減小，使塑件的翹曲變形減小。

圖10 兩個澆口優(yōu)化后方案

4.2 翹曲變形分析

通過翹曲分析模擬塑件成型過程，對成型結(jié)果的翹曲變形進(jìn)行預(yù)測，確定改進(jìn)方案。從圖11可以看出，綜合因素影響下的塑件總變形由方案二中的0.5222mm下降到0.4110mm。由此可見，保壓曲線的調(diào)整對翹曲變形有直接影響[4]。通過分離翹曲原因，可以看出收縮因素影響下的塑件翹曲變形量最大，這表明引起塑件的翹曲變形的主要原因是熔體的不均勻收縮，與優(yōu)化前方案比較，變形量已有所下降。

圖11 整體翹曲變形量（放大10倍）

5.結(jié)論

基于moldflow軟件對相機(jī)外殼的模擬注塑分析，可以大大縮短由模型到模具，到產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，從而更適應(yīng)市場的需求。

（1）通過優(yōu)化澆口數(shù)量和位置，預(yù)測注塑時(shí)可能產(chǎn)生的各類缺陷，確保模具設(shè)計(jì)合理性，提高塑件質(zhì)量。

（2）在優(yōu)化后方案中，在保壓階段優(yōu)化保壓曲線，可以降低翹曲變形。通過模擬分析，為模具設(shè)計(jì)提供了重要的參考數(shù)據(jù)，保證模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。

[1]許勤周，郭志忠.CAE技術(shù)在數(shù)碼相機(jī)注塑模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].塑料，2005,34(4):1-4

[2]章躍洪，李銀海，方仁.基于moldflow對突變壁厚塑件的注塑成型優(yōu)化方案的研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2012,3(119):1-4

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[4]陳艷霞，陳如香，吳盛金.moldflow2012中文版完全學(xué)習(xí)手冊[M].北京：電子工藝出版社，2012