基于CAE技術(shù)注射模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王曉曉

(江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214153）

0 引言

注射模具經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)都有了標(biāo)準(zhǔn)的程式，但澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)卻因塑件結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性而各不相同，它直接影響了塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率[1]，澆口位置決定了聚合物的流動(dòng)方向和流動(dòng)的平衡性，塑件質(zhì)量可以通過(guò)澆口的優(yōu)化設(shè)計(jì)得到顯著提高，特別是對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的注射件具有重要的應(yīng)用價(jià)值[2]；傳統(tǒng)澆口設(shè)計(jì)多憑經(jīng)驗(yàn)及多次試模確定，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)；本文借助MoldFlow技術(shù)，對(duì)安全扣塑件進(jìn)行充填模擬分析，并結(jié)合試模情況確定其澆口數(shù)量。

1 安全扣工藝分析

（1）外形分析。如圖1所示，該塑件的材料為PC料；塑件上壁厚明顯不均勻，因此澆口的設(shè)計(jì)要合理。

（2）尺寸及表面質(zhì)量分析。該塑件的總體尺寸為41×43×11 mm，可以在250 g注射機(jī)上成型。如圖1所示，該塑件的①處允許有痕跡，其余表面均有一定的表面質(zhì)量要求。

2 模流分析的數(shù)學(xué)模型

圖1 安全扣塑件

注射成型充模流動(dòng)過(guò)程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的物理過(guò)程。非牛頓的高溫塑料熔體在壓力的驅(qū)動(dòng)下通過(guò)流道，澆口向較低溫度的型腔充填，熔體一方面由于模具傳熱而快速冷卻，另一方面因高速剪切產(chǎn)生熱量，同時(shí)伴隨有熔體固化、體積收縮、分子取向及可能的結(jié)晶過(guò)程[3]。在工程實(shí)際中，注射成型加工的部件一般都是薄壁件，沿厚度方向的尺寸一般較其它兩個(gè)方向的尺寸小得多，因此在開(kāi)發(fā)注射模擬軟件時(shí)僅限于這種狹縫型腔中的流動(dòng)，對(duì)流動(dòng)過(guò)程作相應(yīng)地簡(jiǎn)化[4]，塑料熔體在三維薄壁型腔內(nèi)的流動(dòng)可采用廣義的Hele-Shaw流動(dòng)模型來(lái)描述：

式中：u、v分別是x、y方向的速度分量；P、T、ρ；Cp分別是壓力、溫度、密度、比熱?？紤]到塑料熔體剪切變稀行為，粘度模型可采用與溫度相關(guān)的Cross粘度模型。

3 安全扣模流分析

（1）安全扣網(wǎng)格劃分。在UG軟件中導(dǎo)出STL格式并導(dǎo)入MoldFlow，進(jìn)行塑件的網(wǎng)格劃分、檢查、修改等工作，具體如圖2所示。

圖2 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)

（2）安全扣澆口數(shù)量分析及結(jié)論。理論上，單澆口熔接線少，但充填壓力較大，充模時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致效率低、成本高；多澆口則成型壓力相對(duì)要低，充填速度快，但會(huì)出現(xiàn)保壓不足等現(xiàn)象，導(dǎo)致開(kāi)裂、變形、縮痕等現(xiàn)象。

圖3 澆注系統(tǒng)

如圖3所示，方案一采用單點(diǎn)進(jìn)料，方案二采用雙點(diǎn)進(jìn)料。通過(guò)對(duì)兩種方案進(jìn)行模擬分析，根據(jù)分析結(jié)果綜合比較，最終確定澆口數(shù)量方案。

圖4 充填時(shí)間

從圖4中可以看出，方案一的充填時(shí)間分別為2.391 s，方案二的充填時(shí)間為2.480 s，方案一比方案二的充填時(shí)間短0.089 s。

圖5 氣穴

如圖5所示，圖中箭頭所示部分為氣穴所在位置，兩方案氣穴的位置基本相同，且都處在較容易排氣的位置。

圖6 熔接線

如圖6所示，圖中箭頭所示為熔接線的位置，從中可以看出，兩方案的熔接痕出現(xiàn)在氣穴的位置。

如圖7所示，方案一的變形量為0.3491 mm，方案二的變形量為0.3585 mm，方案一比方案二的變形量要小0.0094 mm。

圖7 變形預(yù)測(cè)

通過(guò)上述分析比較，方案一略優(yōu)于方案二且加工更方便，因此采用澆口的數(shù)量采用方案一。

4 試模

從試模的結(jié)果來(lái)看（如圖8所示），采用單點(diǎn)進(jìn)料方式生產(chǎn)出來(lái)的安全扣質(zhì)量符合要求。

5 結(jié)論

（1）對(duì)安全扣塑件進(jìn)行模流分析，從充填時(shí)間、氣穴預(yù)測(cè)、熔接線預(yù)測(cè)、變形預(yù)測(cè)等多個(gè)方面進(jìn)行分析比較，建議采用單點(diǎn)進(jìn)料的方式進(jìn)料。

（2）根據(jù)試模的情況，進(jìn)而確定了單點(diǎn)進(jìn)料方式注射出來(lái)的產(chǎn)品符合要求。

圖8 試模后的產(chǎn)品

[1]李德群，唐志玉.中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典（第2卷）[M].南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2]翟明，顧元憲，申長(zhǎng)雨.注射模澆口數(shù)目和位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].化工學(xué)報(bào)，2003，54(8)：1141～1145.

[3]陳連峰，田中，注射模流動(dòng)分析的有限元和有限差分法[J].中州大學(xué)學(xué)報(bào)，1999(2)：78～80.