電飯煲底蓋的注塑加工工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化

田學(xué)軍，劉雪花

(嶺南師范學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 湛江 524037)

隨著各種性能優(yōu)越的工程塑料不斷開發(fā)，注塑工藝越來越多地被各個(gè)制造領(lǐng)域用以成型各種性能要求的制品.要高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出注塑制品，必須綜合考慮成型樹脂、注塑模具及注塑機(jī)的問題，注塑模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響成型制品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量及成本.

我國模具工業(yè)從起步到飛躍發(fā)展，歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，近幾年來，我國模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)相當(dāng)廣泛地得到應(yīng)用，并開發(fā)出了自主版權(quán)的模具CAD/CAE軟件.塑料模是應(yīng)用最廣泛的一類模具.近年來，我國塑料模有長足的進(jìn)步.

在注塑生產(chǎn)過程中，為了進(jìn)一步縮短生產(chǎn)周期，合理的注塑生產(chǎn)過程應(yīng)以經(jīng)濟(jì)和高效的途徑保證產(chǎn)品質(zhì)量，并降低生產(chǎn)成本.在本文中，優(yōu)先考慮使用了Moldflow軟件對電飯煲底蓋注塑過程進(jìn)行模擬分析，縮短試模時(shí)間，為實(shí)際批量生產(chǎn)工藝及工藝優(yōu)化提供理論依據(jù).

1 生產(chǎn)任務(wù)分析

1.1 產(chǎn)品概況

該產(chǎn)品為電飯煲底蓋，是普通家用電器塑料外殼，但該塑料制品要求材料具有較高強(qiáng)度、耐高溫、觀感好、安全、質(zhì)輕、高光澤、耐磨、耐洗滌、成本低性能.小家電外殼改性PP塑料，由于添加了滑石粉、增光劑等添加劑，其在保持原有的優(yōu)良注塑性能外，大大提高了剛性、強(qiáng)度等特性，因此作為本塑件的首選原材料.該原料主要注塑性能見表1.

表1 家電外殼改性PP主要注塑性能參數(shù)

本塑件總重量為202 g(其中澆注系統(tǒng)8 g)，直徑267 mm，平均厚度2.3 mm. 產(chǎn)品模型如圖1所示：

圖1 電飯煲底蓋產(chǎn)品圖

1.2 生產(chǎn)設(shè)備

1.2.1 注塑機(jī)的型號

經(jīng)UG軟件分析，結(jié)合該產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)(如面積、質(zhì)量、體積、注射壓力等)，選擇型號為JPH220C的注塑機(jī).

1.2.2 模具簡介

該產(chǎn)品要求一定的配合精度，故在模具的設(shè)計(jì)上有一定的要求，模具的設(shè)計(jì)精度、粗糙度等要求較高.模具采用兩板式頂桿頂出注塑模.對該塑件的生產(chǎn)工藝，模具的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤為重要.

澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注塑機(jī)噴嘴射出后到達(dá)型腔之前的模具內(nèi)流經(jīng)的通道.本塑件制品為碗狀的結(jié)構(gòu)，具有形狀對稱，分型面面積投影較大，壁厚較均勻，尺寸較大等特點(diǎn)，因此適合采用直接澆口的澆注系統(tǒng).同時(shí)因?yàn)橥庥^有要求，故把澆口設(shè)置在底蓋外表面的中央.其直澆口優(yōu)點(diǎn)：流程短，進(jìn)料速度快，澆口面積大，故壓力和熱量損失都少，保壓補(bǔ)縮作用強(qiáng).澆注系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)如圖2所示.

圖2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2 利用moldflow軟件進(jìn)行模擬分析

在注塑生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品經(jīng)常會出現(xiàn)缺料、氣穴、熔接線、縮痕等缺陷.針對本塑件的注塑工藝特點(diǎn)，我們利用moldflow軟件進(jìn)行模擬過程分析，方便發(fā)現(xiàn)問題并設(shè)計(jì)改良優(yōu)化工藝措施以解決這些缺陷.

基于所選材料的本身，并結(jié)合底蓋的形狀特征，在模擬的起初，通過經(jīng)驗(yàn)及查表的方式，對注塑成型工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖3所示.

圖3 參數(shù)初步設(shè)置

經(jīng)過塑料注塑過程流態(tài)模擬分析，在基于此參數(shù)的基礎(chǔ)上，不能滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量要求，會產(chǎn)生缺料、熔接線明顯、表面縮痕等現(xiàn)象.

2.1 缺料現(xiàn)象及改良措施

模擬發(fā)現(xiàn)缺料發(fā)生在該塑件的邊緣及部分薄壁加強(qiáng)筋位置.造成缺料現(xiàn)象可以是因素，主要因素有壓力過低、融料溫度過低、模具排氣不良等.通過利用moldflow軟件進(jìn)行分析，由于產(chǎn)品壁厚較大，發(fā)現(xiàn)注射過程原料溫度下降較小，但流速較慢.因此產(chǎn)品缺料主要通過提高壓力來解決.將注射壓力從50MPA提高到55MPA，并適當(dāng)增大主流道尺寸，缺料的問題得到了很好的改善.

2.2 熔接線及改良措施

熔接線是注塑成型過程中一種產(chǎn)品表觀質(zhì)量缺陷，一般較難避免，但應(yīng)盡量減弱.模擬過程發(fā)現(xiàn)塑件的熔接線出現(xiàn)的位置如圖4.

圖4 熔接線位置示意圖

該熔接痕的明顯承擔(dān)不但影響產(chǎn)品外觀，而且導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度降低，底蓋使用過程容易開裂.造成熔接線原因也是有多方面的.通過分析發(fā)現(xiàn)，該塑件發(fā)生熔接線的位置對應(yīng)模具都是采用鑲嵌型芯設(shè)計(jì)，模具排氣不良的可能性較小.模擬將料筒和注塑噴嘴的溫度提高5°，同時(shí)降低冷卻液的流速流量，保證模溫在70°，熔接線基本上變短且不明顯，雖然這些熔接線難以全部清除，但總體上不影響外觀.

2.3 縮痕及改良措施

縮痕是指注塑件在模腔內(nèi)冷卻凝固時(shí)，由于注塑件壁厚不均等原因，凝固快慢不同，在注塑件表面所產(chǎn)生的凹陷或出現(xiàn)收縮現(xiàn)象.模擬過程發(fā)現(xiàn)在直澆口附近有較明顯的表面收縮，如圖5所示.該區(qū)域壁厚均勻，因此產(chǎn)生的主要原因注塑保壓時(shí)間太短，并且該區(qū)域在主流道附近，與邊緣位置的冷卻速度相差較大.由于該模具流道位置不能改變，我們通過延長2 s保壓時(shí)間,并適當(dāng)增大背壓的方法有效減少縮痕現(xiàn)象.

圖5 塑件縮痕位置

2.4 剪切應(yīng)力模擬結(jié)果

圖6 應(yīng)力分布圖

如果塑件剪切應(yīng)力超過了材料的允許值，那么制品表面質(zhì)量將較差，同時(shí)，如果剪切應(yīng)力被凍結(jié)在制品中形成殘余應(yīng)力，會導(dǎo)致后變形，嚴(yán)重的甚至開裂.圖6為底蓋的剪切應(yīng)力分布情況.可以看到該塑件注塑過程應(yīng)力較小，已達(dá)到設(shè)計(jì)要求.

3 優(yōu)化后的其它關(guān)鍵工藝

3.1 速度/壓力切換點(diǎn)

螺桿停止，注射流動停止；聚合物在壓力作用下繼續(xù)在型腔中流動，期間不會出現(xiàn)短射，直到各個(gè)位置的壓力均達(dá)到零.如圖7所示，在13 s附件壓力達(dá)到零.

圖7 速度壓力切換

3.2 螺桿速度

螺桿速度與流動前沿面積成比例，推薦的螺桿速度是使流動前沿的速度保持恒定的注射曲線，因?yàn)楹愣ǖ牧鲃铀俣扔欣谙N曲.底蓋模擬結(jié)果螺桿速度如圖8.

圖8 螺桿速度模擬圖

3.3 填充時(shí)間

優(yōu)化工藝后模擬填充時(shí)間顯示為3.2 s左右，保壓時(shí)間為5 s,模擬顯示底蓋注射飽滿.

4 小 結(jié)

通過建模分析產(chǎn)品的具體特征，利用Moldflow軟件進(jìn)行模流分析，可直觀發(fā)現(xiàn)在注塑中產(chǎn)品出現(xiàn)問題，然后再對此對癥下藥，找到優(yōu)化的方法.Moldflow軟件的應(yīng)用，縮短了注塑生產(chǎn)的周期，減少了試模具時(shí)間，得到最優(yōu)的工藝參數(shù)組合.本文中所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為電飯鍋底蓋，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在模具方面要使用到了側(cè)向抽芯，多個(gè)盲孔的設(shè)計(jì)等，通過模擬分析，使得注塑生產(chǎn)高效順利進(jìn)行，也盡可能降低該塑料制品生產(chǎn)對注射機(jī)的性能要求.

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