基于Moldflow的澆注系統(tǒng)對(duì)塑件翹曲的影響研究

劉淑芬，宋曉龍，楊勝，徐慧

（遼寧工業(yè)大學(xué)　機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，錦州 121001）

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基于Moldflow的澆注系統(tǒng)對(duì)塑件翹曲的影響研究

劉淑芬，宋曉龍，楊勝，徐慧

（遼寧工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，錦州 121001）

摘 要：針對(duì)注塑工藝中常見(jiàn)的由材料纖維取向引起的塑件翹曲變形，應(yīng)用Moldflow軟件對(duì)該問(wèn)題在不同澆注系統(tǒng)下進(jìn)行仿真研究，對(duì)比不同方案在相同翹曲起因下的翹曲程度，預(yù)測(cè)了塑件在不同澆注系統(tǒng)下由纖維取向引起的翹曲變形量，最終獲得了理想的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：注塑成型；翹曲；纖維取向；澆注系統(tǒng)；Moldflow軟件

0　引言

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一環(huán)，決定了熔料的流動(dòng)方向和流動(dòng)平衡性，對(duì)聚合物的分子取向及塑件的翹曲有很大影響。對(duì)由含玻璃纖維聚合物制造的塑件，其翹曲主要由于玻璃纖維的纖維取向引起，而澆注系統(tǒng)對(duì)材料的纖維取向有著決定性影響，合理的澆注系統(tǒng)可以有效降低制品翹曲。本文以某公司生產(chǎn)的汽車(chē)發(fā)電機(jī)端蓋為例，利用Moldflow軟件對(duì)面向該產(chǎn)設(shè)計(jì)的三種澆注系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)在一定注塑工藝條件下產(chǎn)品翹曲程度的分析比較，確定了最佳澆注系統(tǒng)方案，為模具設(shè)計(jì)者提供科學(xué)借鑒。

1　澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)前處理

1.1產(chǎn)品分析

產(chǎn)品模型如圖1所示，為黑色汽車(chē)發(fā)電機(jī)端蓋，平均壁厚為1.5mm，尺寸為直徑約124mm，高32mm的不規(guī)則圓柱形深腔端蓋，表面分布多個(gè)散熱孔，端蓋圓柱面部分區(qū)域形狀多且沒(méi)有加強(qiáng)筋；工藝要求：產(chǎn)品正面無(wú)明顯澆注痕跡，翹曲變形量控制在0.8mm以內(nèi)；產(chǎn)品生產(chǎn)原料：含30%玻璃纖維的尼龍66，材料牌號(hào)為：PA66-G30 B-01；考慮現(xiàn)有注塑機(jī)規(guī)格以及產(chǎn)品工藝要求，產(chǎn)品采用一模一腔三板倒裝模點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)。

圖1　產(chǎn)品模型圖

圖2　產(chǎn)品網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)及有限元網(wǎng)格模型

1.2產(chǎn)品三維模型的有限元網(wǎng)格

由于Moldflow為專(zhuān)業(yè)模流分析軟件，建模功能并不強(qiáng)大，故在UG中建立產(chǎn)品模型再導(dǎo)入Moldflow。該產(chǎn)品為薄壁圓柱形深腔型產(chǎn)品，故采用雙層面網(wǎng)格，經(jīng)過(guò)對(duì)網(wǎng)格調(diào)節(jié)長(zhǎng)徑比、調(diào)整單元取向、去除自由邊等處理后，得到如圖2所示的滿足模流分析要求的網(wǎng)格和產(chǎn)品網(wǎng)格模型。

表1　相關(guān)成型工藝參數(shù)

1.3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

產(chǎn)品由現(xiàn)有規(guī)格為最大注塑壓力120MPa，最大鎖模力100tonne的注塑機(jī)生產(chǎn)。結(jié)合產(chǎn)品工藝要求和模具設(shè)計(jì)的相關(guān)原則，設(shè)計(jì)共三套澆注系統(tǒng)方案。相關(guān)成型工藝參數(shù)如表1所示，Moldflow中“澆口位置”分析模塊很好的考慮了流動(dòng)的平衡性、型腔內(nèi)的流動(dòng)阻力與產(chǎn)品的形狀和壁厚等因素。利用該模塊輔助找出產(chǎn)品的最佳澆口位置并建立流道系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3　澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

參考分析結(jié)果，設(shè)計(jì)如下：方案一考慮減小注塑壓力及澆注痕跡，澆口設(shè)計(jì)在產(chǎn)品背面的產(chǎn)品圓心節(jié)點(diǎn)N20158處，產(chǎn)品所需注塑壓力小，正面無(wú)澆注痕跡；方案二在產(chǎn)品背面采用兩點(diǎn)進(jìn)澆，澆口分別設(shè)計(jì)在節(jié)點(diǎn)N22281與N22253處，產(chǎn)品正面無(wú)澆注痕跡，所需注塑壓力??；方案三在產(chǎn)品背面采用三點(diǎn)進(jìn)澆，澆口分別設(shè)計(jì)在節(jié)點(diǎn)N22278、N22227、N22253處，產(chǎn)品正面無(wú)澆注痕跡。

2　澆注系統(tǒng)方案分析比較

2.1翹曲變形

翹曲是由注射過(guò)程中塑件收縮率不均勻引起，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1）塑件不同區(qū)域的收縮率不同；2）塑件沿厚度方向收縮不均勻；3）材料分子取向平行和垂直方向上收縮不均勻。Moldflow中的翹曲模塊用于分析塑件的翹曲變形，通過(guò)該模塊可以模擬塑件成型過(guò)程，對(duì)成型結(jié)果的翹曲變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而制定設(shè)計(jì)方案。翹曲分析模塊將翹曲起因解析為以下三點(diǎn)：1）由冷卻不均引起的翹曲；2）由收縮不均引起的翹曲；3）由取向效應(yīng)引起的翹曲。

2.2翹曲分析結(jié)果

按照表1中各方案工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行翹曲仿真分析。方案一翹曲分析結(jié)果如圖4所示。

圖4　方案一翹曲分析結(jié)果

方案二翹曲分析結(jié)果如圖5所示。

圖5　方案二翹曲分析結(jié)果

方案三翹曲分析結(jié)果如圖6所示。

圖6　方案三翹曲分析結(jié)果

圖4（a）、圖5（a）、圖6（a）冷卻不均引起的翹曲；

圖4（b）、圖5（b）、圖6（b）收縮不均引起的翹曲；

圖4（c）、圖5（c）、圖6（c）取向效應(yīng)引起的翹曲；

圖4（d）、圖5（d）、圖6（d）所有效應(yīng)的翹曲變形。

圖4～圖6為三種設(shè)計(jì)方案翹曲分析研究的結(jié)果，將該結(jié)果列入圖7。由曲線圖可知：三個(gè)設(shè)計(jì)方案中，冷卻不均引起翹曲變形極為微小，不是翹曲的主要起因；收縮不均引起的翹曲變形分布在0.64mm到0.74mm之間，方案之間差異微?。蝗∠蛐?yīng)引起的翹曲變形，方案二翹曲最大值為0.72m，相比方案一、三分別減小了31% 和22%；整體翹曲變形中，方案二為0.63mm，相比方案一、三分別減小了50%和47%，滿足了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求。通過(guò)以上分析結(jié)果比較，最終澆注系統(tǒng)在綜合考慮改善纖維取向、降低生產(chǎn)成本等因素下，選擇方案二。

圖7　不同方案翹曲分析對(duì)比曲線圖

3　結(jié)論

澆注系統(tǒng)在模具設(shè)計(jì)中極為重要，使用Moldflow軟件對(duì)發(fā)電機(jī)端蓋的四種澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)不同澆注系統(tǒng)對(duì)材料纖維取向的影響，確定最佳設(shè)計(jì)方案，證明在注塑工藝中合理的澆注系統(tǒng)能有效改善纖維取向從而減小塑件的翹曲，但并不是澆口越多越好。

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Effect Study of gating system on plastic parts warping based on Moldflow

LIU Shu-fen， SONG Xiao-long， YANG Sheng， XU Hui

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ320.66；TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-0134（2016）05-0024-03

收稿日期：2016-01-11

作者簡(jiǎn)介：劉淑芬（1972 -），女，遼寧鐵嶺人，副教授，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械CAD/CAM/CAE。