不同制件組合型腔的澆注系統(tǒng)平衡優(yōu)化方法探究

劉玲，廉蒙蒙，張勇

（1.安陽(yáng)工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河南安陽(yáng) 455000；2.北京市汽車(chē)工業(yè)高級(jí)技工學(xué)校，北京 100000）

不同制件組合型腔的澆注系統(tǒng)平衡優(yōu)化方法探究

劉玲1，廉蒙蒙1，張勇2

（1.安陽(yáng)工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河南安陽(yáng) 455000；2.北京市汽車(chē)工業(yè)高級(jí)技工學(xué)校，北京 100000）

通過(guò)組合型腔模具設(shè)計(jì)時(shí)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，利用理論計(jì)算與計(jì)算機(jī)軟件相結(jié)合的辦法進(jìn)行澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出最優(yōu)的澆注系統(tǒng)的尺寸。利用理論公式計(jì)算出理論值，然后利用Moldflow MPI軟件在理論值的基礎(chǔ)上進(jìn)行逼近模擬分析，最后得出合理的分流道尺寸和澆口尺寸，降低了模具成本，設(shè)計(jì)出更為合理的模具。

組合型腔，澆注系統(tǒng)，平衡，模擬仿真

引言

塑料制件成型時(shí)，若模具中各個(gè)型腔能夠同時(shí)充滿(mǎn)，成型后能夠獲得尺寸穩(wěn)定、性能良好的塑料件。對(duì)于設(shè)計(jì)時(shí)非平衡式的型腔布置，由于分流道長(zhǎng)度不相等，或者型腔的體積不等，熔體充滿(mǎn)各個(gè)型腔的時(shí)間存在偏差，不能保證各型腔的壓力、熔料量及傳遞的一致性，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。怎樣才能保證設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)滿(mǎn)足平衡進(jìn)料，傳統(tǒng)的方法是通過(guò)BGV值的計(jì)算得出澆口尺寸，制造時(shí)按照尺寸進(jìn)行加工，生產(chǎn)時(shí)根據(jù)所得制件的質(zhì)量進(jìn)行修整，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而隨著CAE技術(shù)的發(fā)展，利用CAE軟件可以對(duì)制件進(jìn)行成型仿真分析，進(jìn)而確定合理的澆注系統(tǒng)的尺寸，節(jié)省了試模修整的時(shí)間和成本。

1 研究對(duì)象

要分析的塑料制件為塑料插座板，形狀如圖1所示。制件材料為低密度聚乙烯（LDPE），生產(chǎn)時(shí)采用多模腔的組合型腔，根據(jù)制件的使用情況采用側(cè)澆口進(jìn)料，制件成型模具的型腔結(jié)構(gòu)布局如圖2所示。

2 澆注系統(tǒng)尺寸的平衡計(jì)算

對(duì)于一般情況下側(cè)澆口的尺寸計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式如下：

式中b為側(cè)澆口的寬度，mm；A為塑件的外側(cè)表面積，mm；h為側(cè)澆口的深度，mm。

由三維軟件（Pro/E）可知插座A的外側(cè)表面積：

同樣由三維軟件（PRO/E）可知插座B的外側(cè)表面積：

而澆口的長(zhǎng)度L都取為1.0mm。

對(duì)于圓形截面分流道直徑可以用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中D為分流道的直徑，mm；G為塑件質(zhì)量，g；L為分流道長(zhǎng)度，mm。

由分析軟件可知四個(gè)制品的總質(zhì)量約為7.55g；

則由型腔二維布局圖和澆口位置及長(zhǎng)度可知最長(zhǎng)分流道的長(zhǎng)度：

對(duì)于組合型腔澆注系統(tǒng)的尺寸計(jì)算主要是保證各型腔容納的塑料熔體的質(zhì)量或體積與其型腔澆口對(duì)應(yīng)的BGV值成正比。即

式中M為型腔的塑料熔體的填充量，g；K為澆口平衡系數(shù)，S為澆口橫截面積，mm2；L為澆口的長(zhǎng)度，mm；a為由主流道到型腔澆口的距離，mm。

由三維軟件（PrO/E）可知型腔B的體積約為3767mm2，型腔A的體積約為1236mm2，則可知制品A與制品B的質(zhì)量比約為1:3。由以上的澆口經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和實(shí)際加工結(jié)合取插座A側(cè)澆口尺寸：

代入上式計(jì)算得插座B側(cè)澆口尺寸：L= 1.00mm，b=2.46mm，h=0.82mm。

3 仿真分析前的準(zhǔn)備

由Pro/E軟件繪制的模型轉(zhuǎn)化為stl格式文件導(dǎo)入Moldflow軟件中，劃分網(wǎng)格，修改網(wǎng)格直到網(wǎng)格單元匹配率大于85%，達(dá)到了翹曲分析的要求[2]，如圖3所示。

在此基礎(chǔ)上分析出最佳澆口位置如圖4所示，圖中橢圓標(biāo)記為最佳澆口位置。

4 澆注系統(tǒng)平衡優(yōu)化分析

4.1 澆口尺寸模擬優(yōu)化分析

按照組合型腔澆注系統(tǒng)平衡計(jì)算公式計(jì)算得出的澆口（記為方案1）計(jì)算進(jìn)行模擬分析，分析結(jié)果如圖5所示。

由圖中可以看出由于型腔B比型腔A提前完成填充，則出現(xiàn)過(guò)保壓現(xiàn)象，使型腔B受到的壓力增大。故可知方案1澆口尺寸不能平衡。

根據(jù)以上分析結(jié)果對(duì)澆口尺寸進(jìn)行優(yōu)化，為了使四個(gè)型腔同時(shí)完成填充，要減少型腔B或增加型腔A的澆口尺寸。結(jié)合實(shí)際情況應(yīng)減少型腔B的澆口尺寸。經(jīng)過(guò)不斷的遞減澆口尺寸并進(jìn)行模擬分析，最后方案的相關(guān)尺寸（方案2）：插座A側(cè)澆口尺寸：l=1.00mm，b=1.50mm，h=0.50mm；插座B側(cè)澆口尺寸：l=1.00mm，b=1.80mm，h=0.60mm；

方案2的模擬分析結(jié)果如圖6所示。

兩種方案其他缺陷分析結(jié)果如圖7所示。

從結(jié)果可以看出，兩種方案翹曲和熔接痕幾乎是相同的，所以方案二滿(mǎn)足兩種型腔同時(shí)填充，是最佳澆口尺寸。

4.2 分流道直徑模擬優(yōu)化分析

分流道直徑在平衡分析計(jì)算公式中并沒(méi)有出現(xiàn)，認(rèn)為對(duì)流動(dòng)分析的結(jié)果影響不大，但具體采用什么數(shù)值最優(yōu)，在計(jì)算尺寸的基礎(chǔ)上，在公差范圍內(nèi)取值進(jìn)行模擬分析比較，確定最優(yōu)的分流道直徑[3]。由前文中計(jì)算結(jié)果可知分流道的基本尺寸為2.33mm，模具加工時(shí)采用IT7級(jí)，公差值為± 0.32mm，故有下面3種分析方案如表1所示。

以上3種方案模擬分析的結(jié)果如圖8,9,10所示。

表1 3種方案相關(guān)尺寸

由填充動(dòng)態(tài)圖可以看出：分流道的直徑在允許的加工誤差的范圍內(nèi)的不同分流道直徑的澆注系統(tǒng)對(duì)型腔內(nèi)部熔體在填充的最后一刻均能完全同時(shí)充滿(mǎn)，但完成填充的時(shí)間有微小的變化。方案3、4、5中型腔內(nèi)部熔體由于流動(dòng)的平衡，則型腔內(nèi)部的壓力分布是比較均勻的。

可以看出藍(lán)色部位為變形最小的地方，而紅色部位為變形最大的地方。此制品3種方案在圖9上顯示的效果可以看出變形位置分布的基本上差不多，都主要是型腔B制品的邊緣部分?？梢钥闯龃酥破返倪吔切?yīng)和收縮差異是引起翹曲的主要因素，為了降低邊角效應(yīng)的影響，建議調(diào)整過(guò)工藝參數(shù)時(shí)參照推薦的螺桿轉(zhuǎn)速，有助于獲得平穩(wěn)的物料前沿，減少殘余應(yīng)力，從而改善翹曲缺陷[4]。

5 結(jié)論

從以上分析可知，澆注系統(tǒng)平衡設(shè)計(jì)分流道尺寸可以按公式計(jì)算數(shù)值來(lái)加工，但澆口尺寸卻有一些差別，故加工時(shí)可以先加工小澆口，通過(guò)試模得出合理的澆口尺寸，而通過(guò)模流分析軟件卻省去了試模的過(guò)程，降低了成本，而得出合理的澆口尺寸，故模流分析軟件的應(yīng)用對(duì)澆注系統(tǒng)的平衡優(yōu)化帶來(lái)方便，是一個(gè)不錯(cuò)的方法。

[1]楊永順，郭俊卿.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[2]陳為國(guó)，李和平.非平衡澆注系統(tǒng)的人工平衡設(shè)計(jì)與數(shù)值仿真[J].模具工業(yè)，2006(5)：39

[3]駱志高,楊虎振,周士沖.基于CAE技術(shù)的注塑模組合型腔流動(dòng)平衡優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].塑料工業(yè)，2006(11):31.

[4]王剛，單巖.Moldflow模具分析應(yīng)用實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005．

The Gating System Balance Optimization Method Exploration to Different Combination of Parts Cavity

LIU Ling1，LIAN Mengmeng1，ZHANG Yong2
（1.Department of Mechanical Engineering Anyang Institute of Technology,Anyang 455000,China; 2.BAIC TECH School,Beijing 10000,China）

This method is introduced that using combination of the theoretical calculation and computer software for optimization to design gating system and obtain the optimal size of the gating system,for the problems existing of the combination of cavity die design of design.With the theoretical formula to calculate the theoretical value, and then using Moldflow MPI software in theoretical value on the basis of approximation simulation analysis,and finally draw reasonable shunt way size and gate size,reduce the die cost,design a more reasonable mould.

combination cavity;gating system;balance;simulation

TP29

A

1673-2928（2015）06-0001-06

(責(zé)任編輯：郝安林）

2015-07-17

劉玲（1977-），女，開(kāi)封人，安陽(yáng)工學(xué)院講師，主要研究材料加工專(zhuān)業(yè)模具方向。