基于CAE分析的塑件產(chǎn)品注射成型澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

李錦妍 何敏紅 王濤

摘 ?要：以薄殼塑件注射成型過程為例，設(shè)計澆注系統(tǒng)對塑件進(jìn)行Moldflow填充結(jié)果仿真分析，根據(jù)塑料產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析填充效果，并進(jìn)行澆注系統(tǒng)二次優(yōu)化設(shè)計，得出系統(tǒng)優(yōu)化后的澆注系統(tǒng)尺寸參數(shù)保證塑件結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度，提高塑件成型質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：注射成型;澆注系統(tǒng);Moldflow

中圖分類號：TB33 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）02-0070-03

Abstract： Taking the injection molding process of thin shell plastic parts as an example， a gating system is designed to simulate and analyze the filling results of the plastic parts by Moldflow， and the filling effect is analyzed according to the structure of the plastic products， and the secondary optimization design of the gating system is carried out. It is concluded that the optimized gating system size parameters ensure the local strength of the plastic part structure and improve the molding quality of the plastic parts.

Keywords： injection molding; gating system; Moldflow

1 產(chǎn)品分析及有限元網(wǎng)格處理

本塑件為一款薄殼塑件，三維模型視圖如圖1所示，長145mm，寬55mm，高30mm，產(chǎn)品壁厚約1.5mm。塑件部分中空，有十字形細(xì)長結(jié)構(gòu)連接特征。注塑材料選擇Targor公司生產(chǎn)的PP，牌號PPU 1752 S1，其流動性能好，溫度變化對于熔體粘度的改變小，頂出溫度高，剪切速率高，是一種常見的注塑材料，其主要性能如表1所示[1]。

對產(chǎn)品進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，全局網(wǎng)格邊長2.5mm，修改網(wǎng)格缺陷，使三角形單元縱橫比在10以內(nèi)，匹配百分比大于85%[2-3]。

2 澆注系統(tǒng)設(shè)計及初次填充分析

型腔排列為一模兩腔，塑件中心間距90mm，兩腔180°鏡像對稱，型腔布局及澆注系統(tǒng)尺寸如圖4、圖5所示。

根據(jù)填充分析結(jié)果，塑件填充時間為1.309s，填充階段最大注射壓力為20.0925MPa，此時注射時間為1.2802s，填充體積為99.01%，熔體流動速率為30.85cm3/s，成型狀態(tài)由填充轉(zhuǎn)化為保壓。塑件細(xì)桿部位填充時間如圖6（a）所示，速度/壓力切換時的壓力（V/P轉(zhuǎn)變壓力）如圖6（b）所示。

由塑件的熔接痕及氣穴分析（圖7所示）可以看出，因?yàn)閭?cè)澆口設(shè)置，熔體塑料流動前沿匯合處溫度、方向不同而在塑件局部區(qū)域形成熔接痕[4-5]。細(xì)桿部位因其尺寸細(xì)長，波前交匯產(chǎn)生的V型缺口熔接痕類似裂紋（圖7熔接痕1、2、3處），容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，使此部位材料力學(xué)性能變差，成為裂紋潛伏區(qū)，同時此部位分子鏈運(yùn)動性降低，擴(kuò)散不足，易夾帶雜質(zhì)，生成針孔，使其局部強(qiáng)度降低約20%-30%。為轉(zhuǎn)移細(xì)桿部位熔接痕，提高強(qiáng)度，增長塑件整體使用壽命，對澆注系統(tǒng)進(jìn)行二次優(yōu)化設(shè)計。

3 澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及二次填充分析

根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及熔體塑料流動分析，細(xì)桿部位熔接線通過改變澆口位置進(jìn)行轉(zhuǎn)移，澆口位置設(shè)置在細(xì)桿部位中心，一模兩腔型腔排列，如圖8所示，澆注系統(tǒng)尺寸如圖9所示。

如圖10（a）（b）可以看出，優(yōu)化之后的三板模點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)注射成型，塑件填充時間1.532s，填充階段最大注射壓力作為31.41MPa，與兩板模設(shè)計相比注塑壓力較大。塑件十字形細(xì)桿部位幾何中心點(diǎn)澆口注射使熔接痕位置轉(zhuǎn)移（圖11），增加局部力學(xué)強(qiáng)度，提高塑件使用壽命，同時三板模結(jié)構(gòu)開模后澆口自行脫落，并且殘留痕跡小，生產(chǎn)便利。冷卻系統(tǒng)設(shè)計如圖12所示，6條冷卻水管道，入水口和出水口溫差0.39℃，塑件上下表面均勻冷卻，冷卻效率良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊海鵬.塑料成型工藝與模具設(shè)計[M].北京：北京大學(xué)出版社，2013.

[2]沈洪雷，劉峰.Moldflow注射成型過程模擬實(shí)例教程[M].北京：電子工業(yè)大學(xué)出版社，2014.

[3]王衛(wèi)兵，李金國.Moldflow中文版注塑流動分析案例導(dǎo)航視頻教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[4]袁海兵.玻纖增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料熔接痕性能的研究[J].廣東化工，2019，46（13）：23-25+20.

[5]常輝，樊曉紅，林榮川.基于Moldflow端蓋澆口位置優(yōu)化設(shè)計的研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（05）：117-121.