基于CAE的塑料件模具設(shè)計(jì)方案選擇

奚曉嬿

摘要：本文對(duì)一復(fù)雜塑件進(jìn)行了模具方案的選擇。通過模流分析，在單澆口和3澆口兩套模具設(shè)計(jì)方案中選擇了3澆口的模具結(jié)構(gòu)。然后又通過進(jìn)一步的注塑工藝參數(shù)改善，找到了成型塑件質(zhì)量較好時(shí)的注塑工藝參數(shù)最佳理論值。實(shí)踐證明，運(yùn)用CAE軟件進(jìn)行模流分析，可減少模具的設(shè)計(jì)周期，提高模具的結(jié)構(gòu)合理性及降低模具的成本。

關(guān)鍵詞：模流分析；模具設(shè)計(jì)；澆口；工藝參數(shù)；試模

1.塑件分析

塑件如圖1所示，該塑件長(zhǎng)175mm，寬427mm，最大高度為41mm，除局部加厚部位外基本壁厚為2.5mm。材料選用美國Monsanto Kaser公司生產(chǎn)的牌號(hào)為TFX-210的ABS材料，具有良好的耐腐蝕性、表面硬度和較高的抗沖擊強(qiáng)度。從圖中可以看出，該塑件為板型塑件，應(yīng)采用點(diǎn)澆口注塑，同時(shí)因塑件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，面上的通孔較多，考慮到一個(gè)澆口注塑未必能保證塑件的質(zhì)量，所以塑件成型模具的方案設(shè)計(jì)擬用兩套方案分析對(duì)比：第一套方案采用單澆口中心進(jìn)料，第二套方案采用3澆口圍繞中心3點(diǎn)進(jìn)料。采用華塑CAE軟件進(jìn)行模流分析，選擇更優(yōu)方案。

2.CAE分析對(duì)比

因?yàn)槭峭ㄟ^CAE分析兩套方案中哪套方案的塑件質(zhì)量更優(yōu)，所以兩套方案的注塑參數(shù)應(yīng)一致方能比較，故暫都采用軟件默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行分析，待方案選定后再對(duì)注塑參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。兩套方案的對(duì)比如表1所示：

對(duì)以上方案對(duì)比進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，方案一的充模時(shí)間為1.8s，要高于方案二的2.5s，這說明方案一料流在模具中的流動(dòng)的時(shí)間要更少，模具各部位的溫差要更小，這點(diǎn)從熔體最大溫差方案一為140℃、方案二為180℃上也得到了驗(yàn)證，說明方案一型腔末端的填充溫度要高于方案二，塑件的收縮不均要優(yōu)于方案二；方案一各澆口的凝固時(shí)間分別為10.0s、10.7s、10.2，說明澆口的設(shè)置地點(diǎn)合理，基本同時(shí)充模結(jié)束，型腔各部分的塑件性能均勻，而且3個(gè)澆口的補(bǔ)縮影響也要大于方案二的1個(gè)澆口，塑件質(zhì)量進(jìn)一步得到了提高；收縮指數(shù)兩者基本相同，而方案一無論是最大注射壓力、最大剪切力還是最大鎖模力都要小于方案二，所耗用的功率更省，塑件的內(nèi)應(yīng)力也更小，有利于節(jié)能和塑件的使用。

3.注塑參數(shù)優(yōu)化

為減小實(shí)際試模的次數(shù)和成本，可運(yùn)用CAE分析找出最佳注塑參數(shù)的理論值，在實(shí)際試模時(shí)圍繞最佳理論值嘗試可很快確定實(shí)際注塑參數(shù)。優(yōu)化后的注塑參數(shù)如下所示：

熔體溫度：240℃；模具溫度45℃；保壓時(shí)間：20s；保壓壓力59 Mpa；頂出溫度79℃。

圖2為模流分析后的氣穴顯示，可以看出在此工藝參數(shù)下產(chǎn)生的氣穴很少，并且都分別在塑件的邊緣或孔的邊緣，在成型時(shí)很容易排出。圖4為熔合紋的顯示，可以看出塑件上的熔合紋數(shù)量不多，且都分布在非主要受力使用的位置，也不影響塑件的使用。

應(yīng)力翹曲分析結(jié)果顯示：x方向長(zhǎng)度變化值為0.54mm，Y方向?yàn)?.5mm，z方向?yàn)?.03mm，局部縮水最大值為0.0318mm，三維各個(gè)方向的翹曲值都不大，局部縮水最大值也很小，對(duì)于這種體型的板類零件來說，這個(gè)翹曲值已經(jīng)是很小了，塑件的質(zhì)量非常好。

4.模具三維裝配圖

運(yùn)用UG軟件可繪制模具的三維結(jié)構(gòu)裝配圖如圖4所示，三維裝配圖相對(duì)于傳統(tǒng)的AUTOCAD繪制的二維裝配圖來說，更直觀、更具體，更能體現(xiàn)細(xì)節(jié)上的全方位觀測(cè)。

5.結(jié)論

對(duì)于較復(fù)雜及較大塑件來說，注塑成型的條件對(duì)于模具結(jié)構(gòu)有著決定性的作用。本文正是基于華塑CAE軟件的模流分析對(duì)一板型塑件進(jìn)行了單澆口和3澆口兩套方案的分析對(duì)比，通過模擬注塑分析的結(jié)果對(duì)比，選擇了3澆口的模具結(jié)構(gòu)方案。然后又通過進(jìn)一步的參數(shù)調(diào)整嘗試與分析，找到了成型塑件質(zhì)量較好時(shí)的注塑工藝參數(shù)最佳理論值，為提高實(shí)際試模的成功率和減少試模成本提供了很好的理論依據(jù)。最后運(yùn)用UG軟件做出了模具結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)圖，通過三維設(shè)計(jì)圖可以很好地提供模具結(jié)構(gòu)各部位的全方位觀測(cè)，并為模具裝配提供了圖紙依據(jù)。實(shí)踐證明，運(yùn)用CAE軟件進(jìn)行模流分析，對(duì)于模具的設(shè)計(jì)、試模都具有極大的指導(dǎo)意義，可減少模具的設(shè)計(jì)周期，提高模具的結(jié)構(gòu)合理性及降低模具的成本。