MOLDFLOW在遙控器面板注塑成型中的應(yīng)用

趙會娟，苗雅麗，劉 波，唐光胤，湯金金

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河南 濟(jì)源 459000)

MOLDFLOW在遙控器面板注塑成型中的應(yīng)用

趙會娟，苗雅麗，劉 波，唐光胤，湯金金

(濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河南 濟(jì)源 459000)

對遙控器面板進(jìn)行了工藝分析，針對產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷，擬定多種澆口位置方案和成型工藝參數(shù)方案，利用MOLDFLOW充填分析和流動+翹曲分析功能模擬成型熔接痕形成和翹曲變形情況，根據(jù)分析結(jié)果選擇模具結(jié)構(gòu)和成型工藝參數(shù)，確保得到合格的塑件。該方法有效地縮短了模具設(shè)計周期，降低了試模成本。

MOLDFLOW；遙控器面板；注塑成型；熔接痕；翹曲變形

在注塑成型生產(chǎn)過程中，塑料熔體在高壓下高速充填封閉的模具型腔，不同品種的塑料，流動性能各不相同，不同結(jié)構(gòu)的塑件，模具結(jié)構(gòu)相差甚遠(yuǎn)，生產(chǎn)工藝條件也要相應(yīng)變化。僅憑經(jīng)驗(yàn)和嘗試很難準(zhǔn)確地控制產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是對于大型、復(fù)雜、薄壁或精密產(chǎn)品的成型，可能會出現(xiàn)短射、氣穴、熔接痕、翹曲變形嚴(yán)重等缺陷，難免要進(jìn)行反復(fù)試模和修模甚至重新設(shè)計[1]，這種方式效率低、周期長、成本高，不利于新產(chǎn)品的研究和開發(fā)。

通過 CAE 技術(shù)模擬成型質(zhì)量，預(yù)知注塑件可能存在的缺陷并提出優(yōu)化方案，可以縮短開發(fā)周期，提高成型質(zhì)量。CAE分析軟件主要包括Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和 MAGMASOFT等。其中，Moldflow作為注塑模具設(shè)計的分析軟件可以通過建立流道系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等[2]，模擬塑料熔體在注塑成型過程中的流動、 保壓和冷卻過程，為模具設(shè)計和試模提供非常有參考價值的分析數(shù)據(jù)。本文將以遙控器面板的注射成型工藝分析為例，介紹利用Moldflow軟件優(yōu)化塑件質(zhì)量的過程。

一、問題的提出

遙控器面板如圖1所示，尺寸為51.2mm×122mm×17mm，壁厚1mm且非常均勻，要求無明顯表面質(zhì)量缺陷，下端面與遙控器盒底有裝配要求，要求控制翹曲變形量在0.2mm以下，批量生產(chǎn)。初選材料為Monsanto Kasei公司的TFX-210-EB，非結(jié)晶型材料，熔體密度0.949 33g/cm3，固體密度1.054 1 g/cm3，推薦模具溫度20℃～80℃，熔體溫度200℃～280℃。要得到合格的制品，有兩個主要問題需要解決：一是由于該塑件上存在多個按鈕孔和電池安裝孔，料流繞過型芯匯合時易產(chǎn)生熔接痕，需要控制熔接痕的位置、數(shù)量和強(qiáng)度；二是該塑件屬于薄壁件，易產(chǎn)生翹曲變形，需采取措施將變形量控制在要求范圍內(nèi)。

圖1 遙控器面板

Moldflow Plastic Insight具有模擬分析注射成型中的塑料流動形態(tài)、溫度分布、熔合線位置、產(chǎn)品體積收縮、冷卻時間和產(chǎn)品翹曲等功能[3]，所以在模具設(shè)計和加工前先用Moldflow模擬分析不同的塑料品種牌號、模具結(jié)構(gòu)和成型工藝參數(shù)形成的熔接痕和翹曲的情況，根據(jù)分析結(jié)果確定最終方案。

二、準(zhǔn)備工作

圖2 網(wǎng)格統(tǒng)計結(jié)果

用三維軟件創(chuàng)建好遙控器面板的3D模型，輸出為igs格式。將igs文件導(dǎo)入到CAD Doctor中，先在Translation模塊下對自由邊、面間隙等缺陷進(jìn)行檢查并修復(fù)，再在Simplification模塊下對邊緣的小圓角作出簡化處理，最后導(dǎo)出為udm文件。將該udm文件導(dǎo)入Moldflow新方案中并劃分雙層面網(wǎng)格，設(shè)網(wǎng)格邊長1.5mm，對重疊單元和縱橫比過大等各種網(wǎng)格缺陷修復(fù)后得到網(wǎng)格統(tǒng)計結(jié)果如圖2所示，縱橫比最大值5.98，匹配百分比達(dá)93.6%，符合Moldflow各項(xiàng)分析對網(wǎng)格模型的要求。

三、CAE模擬分析

1.熔接痕

熔接痕是由于注射過程中多股料流在型腔中分流匯合，在熔接界面熔合不完全，從而在制品表面形成了線狀痕跡。熔接痕中間層的結(jié)合強(qiáng)度影

響注塑產(chǎn)品的力學(xué)性能，表層熔接痕跡影響產(chǎn)品表觀性能[4]，所以應(yīng)盡量避免或減少熔接痕的數(shù)量、盡可能提高其結(jié)合強(qiáng)度。塑件中的熔接痕有三種基本類型：一是冷接痕，由于塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或尺寸較大，為減小熔體流程設(shè)置了2個及以上的澆口，從不同澆口進(jìn)入型腔的熔體前鋒相遇時形成； 二是熱接痕，由于塑件結(jié)構(gòu)上有孔或需要安放嵌件等引起熔體分開再匯合而形成；三是當(dāng)塑件不同部位壁厚相差懸殊時，熔體流經(jīng)不同位置所受阻力不同，從而以不同流速匯合，也會在最終匯合處形成熔接痕[5]。按熔接痕的匯合角又可將熔接痕分為兩種，匯合角小于135°的稱為對接痕，大于135°的稱為合并痕；后者的性能明顯優(yōu)于前者[6]。

模具中澆口的數(shù)量、位置、尺寸及排氣系統(tǒng)的設(shè)計以及注射成型工藝參數(shù)如熔體溫度、模具溫度、注射壓力和保壓壓力都直接影響熔接痕的形成和質(zhì)量。本文所討論的遙控器面板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了該塑件中會形成前兩類熔接痕，故通過設(shè)定不同的澆口數(shù)量和位置來模擬分析各方案中形成的熔接痕數(shù)量、位置及熔接角度，現(xiàn)擬訂五種澆口方案，見表1。

選定材料TFX-210-EB并設(shè)定注射位置后，在每種方案中設(shè)定分析序列為“充填”，工藝參數(shù)設(shè)置窗口中設(shè)定模具溫度74.5℃，熔體溫度275.9℃，注射時間0.306 1s。(該組工藝參數(shù)下成型塑件質(zhì)量最好，數(shù)據(jù)由Moldflow的成型窗口分析獲得)其余參數(shù)用軟件默認(rèn)值，打開分析結(jié)果中的熔接痕項(xiàng)，查看各方案的熔接痕分布情況，如圖3所示。

表1 五種設(shè)定澆口的方案

圖3 熔接痕分布圖

可以看出，在5個小孔處，每種方案都形成了熔接痕，其中方案五形成的熔接痕數(shù)量最長，性能最差；其余幾種方案所形成熔接痕都較短，匯合角也較大，對性能影響不大，外觀可通過電鍍或噴漆彌補(bǔ)；在下沉的方孔上表面處，只有方案一沒有形成熔接痕，其余四種方案都有或長或短的熔接痕。 綜上所述，澆口方案選用方案一，分析日志顯示，注射時間0.33s，V/P切換發(fā)生在充填體積達(dá)97.22%處，最大注射壓力45.12MPa。

2.翹曲變形

翹曲變形是指塑件的形狀偏離了模具型腔的形狀，根本原因在于塑件的不均勻收縮[7]。不均勻收縮來源于三個方面：一是塑件不同部分的收縮不均勻，二是沿塑件厚度方向的收縮不均勻，三是與分子取向平行和垂直方向的收縮不均勻。影響翹曲的因素包括成型材料、塑件結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)四個方面[8]。既定的塑件結(jié)構(gòu)保持不變，現(xiàn)從其他三個方面擬定以下五種方案，見表2，模擬分析每種方案所產(chǎn)生的翹曲變形量，分析結(jié)果如圖4所示。

表2 五種用于模擬翹曲變形的方案

注：GK 6752 rot/SOZ rot(RPVC) 非結(jié)晶型材料，熔體密度1.300 8g/cm3，固體密度1.433 7 g/cm3，推薦模具溫度30℃～50℃，熔體溫度200℃～210℃。

圖4 翹曲變形分析結(jié)果圖

可以看出，方案一變形量達(dá)0.510 6mm，方案二在方案一的基礎(chǔ)上添加冷卻回路后變形量略有減小，為0.506 6mm，說明因冷卻不均勻造成的翹曲變形量非常?。环桨溉诜桨敢坏幕A(chǔ)上改變了保壓曲線，由保持恒壓80%注射壓力持續(xù)10s調(diào)整到前4s內(nèi)保持恒壓100%注射壓力，6s內(nèi)保壓力逐漸降低為0，塑件各處因過保壓造成的翹曲變形有所減小，總變形量為0.416 4mm；方案三在方案二基礎(chǔ)上降低了模具溫度、熔體溫度，提高了注射速度，翹曲變形量有所增加，達(dá)到0.437 0mm；方案五將材料為GK 6752 rot/SOZ rot(RPVC)，因PVT屬性不同，翹曲變形量減小為0.149 9mm，小于允許上限值0.2mm。綜上所述，最終決定采用方案五。

四、結(jié)論

根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)推斷出成型時容易熔接痕和翹曲變形兩種缺陷。擬定了5種澆口位置方案，通過MOLDFLOW的充填分析模擬分析出每種方案可能出現(xiàn)的熔接痕分布情況，確定采用第一種澆口位置方案。根據(jù)影響翹曲變形量的因素擬定了五種流動+翹曲分析方案，根據(jù)分析結(jié)果確定采用第五種方案作為最終的成型方案。

MOLDFLOW等CAE分析軟件能有效地模擬出注射成型過程中可能出現(xiàn)的問題，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整方案后再行模擬，依此PDCA循環(huán)，最終確定出可生產(chǎn)出合格塑件的模具結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)。該方法作為模具設(shè)計的輔助手段，可有效縮短設(shè)計周期，減少試模成本。

[1] 王波.Moldflow模流分析在注塑過程中的應(yīng)用[J].塑料科技，2015，(6).

[2]楊曉紅，陳淵，劉偉，等.基于Moldflow的三通管注塑模澆注系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化[J].中國塑料,2016,(1).

[3]張金標(biāo).注塑CAE及Moldflow軟件應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[4]王夢寒，董晶晶，耿佩. 基于差溫控制策略及熔接痕性能的空調(diào)面板澆口優(yōu)化設(shè)計[J]. 塑料工業(yè),2011,(9).

[5]周雪峰.注塑件熔接痕的形成及控制[J]. 常熟理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)), 2012,(2).

[6]曾令琴，游小紅.注射制品熔接痕影響因素與改善措施[J].模具工業(yè),2008,(6).

[7]高月華,王希誠.注塑制品的翹曲優(yōu)化設(shè)計進(jìn)展[J].中國塑料，2006,(11).

[8]趙苗，辛勇.注塑制品翹曲變形的研究進(jìn)展[J].中國塑料，2012,(4).

2095-4654(2016)12-0089-04

2016-06-14

TQ320.662 ;TP391.72

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