關(guān)于模流分析在解決含嵌件塑件微裂紋中的應(yīng)用

張小利

摘要：含有金屬的嵌件安全帶扣經(jīng)過(guò)注塑之后成型，如果有開(kāi)裂的現(xiàn)象產(chǎn)生，就意味著存在質(zhì)量問(wèn)題，其主要的原因是技術(shù)不過(guò)關(guān)。塑件被注塑成型之后分析帶金屬嵌件需要采用模流分析技術(shù)，明確不是熔接痕之處開(kāi)裂，而是由于不均勻收縮導(dǎo)致的，此時(shí)引起熱應(yīng)力，導(dǎo)致開(kāi)裂。所以，更改塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常必要的，以有效解決含金屬嵌件塑件的裂紋問(wèn)題，成型周期縮短，生產(chǎn)效率有所提高。本論文著重于研究模流分析在解決含嵌件塑件微裂紋中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：模流分析;解決;含嵌件塑件;微裂紋;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ320.662? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）24-0115-02

0? 引言

在進(jìn)行注塑成型的過(guò)程中將金屬嵌件加入，就等于是在模具中裝配，與傳統(tǒng)的塑膠成型技術(shù)相比較，不良模式依然存在，不良率也沒(méi)有下降。為有效控制生產(chǎn)中的不良率，對(duì)成型缺陷采用模流分析技術(shù)，可以起到預(yù)測(cè)的作用，使得制品的不良率大大降低。通過(guò)對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行深入研究，關(guān)于這方面問(wèn)題的研究，重點(diǎn)分析注塑件缺陷的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外人員針對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行研究，對(duì)于解決開(kāi)裂缺陷問(wèn)題，已經(jīng)獲得了成果。

1? 研究綜述

國(guó)內(nèi)對(duì)含嵌件塑件微裂紋的解決方案進(jìn)行研究已經(jīng)獲得一定的成果。

肖國(guó)華等人針對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行研究，明確將模流分析技術(shù)充分利用起來(lái)，優(yōu)化設(shè)計(jì)塑件的結(jié)構(gòu)，使得某汽車(chē)安全卡扣帶鋼制嵌件注塑產(chǎn)品所存在的開(kāi)裂問(wèn)題得到解決，主要采用的解決方法是充填法。

王瑞歌等人針對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行研究，在分析的過(guò)程中采用了Moldflow軟件，針對(duì)帶玻璃嵌件的塑件注塑成型情況進(jìn)行分析，明確采用預(yù)變形量可以對(duì)變形的問(wèn)題以及開(kāi)裂問(wèn)題予以解決。其中，Moldflow軟件是最為專(zhuān)業(yè)的注塑成型軟件之一，該軟件的界面流暢，處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候速度是很快的，與其他的仿真類(lèi)軟件存在相似之處，其功能是非常強(qiáng)大的。Moldflow軟件為全自動(dòng)化操作，采用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，驗(yàn)證注塑模具的流程和注塑成型流程，使得企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量有所保證，生產(chǎn)效率大大提高。

阮育煌等人針對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行研究，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)對(duì)帶金屬嵌件的薄壁塑件注塑成型方面的問(wèn)題進(jìn)行分析，優(yōu)化注塑成型過(guò)程，通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)予以調(diào)節(jié)使得塑件的變形問(wèn)題得以解決。

林權(quán)等人針對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行分析，采用正交試驗(yàn)方法分析帶金屬嵌件塑件形成的問(wèn)題，重點(diǎn)研究手機(jī)面板所存在的翹曲變形問(wèn)題。

國(guó)外對(duì)這方面問(wèn)題的研究更加深入一些。

Miklavec等人針對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行研究，將汽車(chē)制動(dòng)踏板作為主要的研究對(duì)象，在其研究結(jié)構(gòu)中將帶金屬嵌件的塑件所存在的連接問(wèn)題予以解決。Jin等人針對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行研究，采用軟件組合的方式，即將Moldflow軟件、Abaqus軟件和Deforrn軟件相互結(jié)合，對(duì)手機(jī)框架采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行分析，特別是含金屬嵌件，在注塑成型的過(guò)程中經(jīng)過(guò)保壓過(guò)程和冷卻過(guò)程之后，會(huì)有殘余應(yīng)力產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)對(duì)注塑成型方面的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)，變形情況等同于試驗(yàn)結(jié)果，而且對(duì)于工藝予以?xún)?yōu)化。

Jin等人對(duì)這方面的問(wèn)題進(jìn)行研究，對(duì)含金屬嵌件的智能電話基板進(jìn)行分析，明確工藝鏈中從鑄造到注塑的內(nèi)容。如果塑件產(chǎn)生微裂紋，熱應(yīng)力是重要的引發(fā)原因。所謂的“熱應(yīng)力”，就是在改變溫度的時(shí)候，物體受到外在約束的影響以及內(nèi)部各部分之間所儲(chǔ)存在的相互約束的影響，由于其無(wú)法完全自由脹縮，就會(huì)有應(yīng)力產(chǎn)生。這種應(yīng)力也被稱(chēng)為“變溫應(yīng)力”。由于約束程度不同，熱應(yīng)力也存在不同，而IE隨著約束程度的增加，熱應(yīng)力也相應(yīng)地增大。材料存在線膨脹系數(shù)，彈性模量會(huì)隨著溫度的變化產(chǎn)生變化，泊桑比也會(huì)隨著溫度的變化而有所變化。

Chen等人針對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究，主要采用模型分析法，其將無(wú)定型塑料的熱應(yīng)力分析模型構(gòu)建起來(lái)，當(dāng)塑件被頂出之后，處于常溫環(huán)境中逐漸冷卻，就會(huì)有熱應(yīng)力，此時(shí)在塑件的內(nèi)部有殘余應(yīng)力存在并已經(jīng)重新分布，就會(huì)導(dǎo)致塑件變形，嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致塑件開(kāi)裂的問(wèn)題存在。如果不及時(shí)處理，會(huì)導(dǎo)致不良后果。

使用含金屬嵌件的塑件的時(shí)候會(huì)有微裂紋產(chǎn)生。為了將這個(gè)問(wèn)題有效解決，采用Moldflow分析軟件，使得微裂紋問(wèn)題得以有效解決[1]。

2? 模型的建立

在構(gòu)建模型的時(shí)候需要將幾何模型和網(wǎng)格模型建立起來(lái)，對(duì)帶金屬嵌件塑件進(jìn)行分析。在構(gòu)建模型的時(shí)候，需要考慮到零件的產(chǎn)量和注塑機(jī)所具備的能力，使用的模具結(jié)構(gòu)為一模四件的。包括金屬嵌件在內(nèi)的零件規(guī)格是29mm×61mm×15mm。零件的厚度分布非常不均勻，零件最厚之處是8mm，零件最薄之處是0.5mm。在構(gòu)建模型的時(shí)候采用3D模型。使用Hypermesh軟件和MPI軟件建立模流分析模型，具體而言，是將CAD模型傳輸?shù)紿ypermesh軟件當(dāng)中，使用Manufactu-ring Solutions中的Molding模塊建立模型，Molding模塊與MPI軟件之間有用于接線的接口。在Hypermesh軟件當(dāng)中，通過(guò)修整幾何模型，將其劃分為網(wǎng)格，之后將udm的格式輸出，將改文件格式向MPI軟件導(dǎo)入，在MPI軟件中所使用的網(wǎng)格在規(guī)格上與Hypermesh中的網(wǎng)格等同，而且確保網(wǎng)格質(zhì)量與規(guī)定相符合要求，之后3D網(wǎng)格形成。part insert是金屬嵌件的部分網(wǎng)格屬性。這種零件金屬嵌件材料是$304，塑料部分的材料是ABS。材料的性能見(jiàn)圖1。

按照原始的設(shè)計(jì)方案將模流分析模型建立起來(lái)，應(yīng)用3D實(shí)體網(wǎng)格，使用冷流道澆口進(jìn)澆模具和潛伏式澆口進(jìn)澆模具。

3? 微裂紋產(chǎn)生的原因

在檢查金屬嵌件的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)塑件有微裂紋出現(xiàn)，主要是由于塑件承受了很大的應(yīng)力，或者應(yīng)力過(guò)于集中在一個(gè)位置，不能及時(shí)分散，這個(gè)時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)這種質(zhì)量缺陷。如果注塑產(chǎn)品的造型的設(shè)計(jì)存在不合理之處，對(duì)于模具沒(méi)有合理設(shè)計(jì)，采用不正確的成型工藝條件，或者沒(méi)有選擇適當(dāng)?shù)淖⑺軝C(jī)，就會(huì)使得產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。產(chǎn)品存在內(nèi)應(yīng)力是由很多因素導(dǎo)致的，非常復(fù)雜，在分析的時(shí)候需要結(jié)合試驗(yàn)的方法進(jìn)行，對(duì)內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因準(zhǔn)確定位，采取相應(yīng)的技術(shù)措施處理。

為了控制好工藝成本，需要對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)整予以考慮，比如，將澆口的位置進(jìn)行更改，如果在這項(xiàng)操作中受到模具結(jié)構(gòu)的限制，可以采用微調(diào)法確定澆口位置。但是，這種方法也存在缺陷，即不能從根本上解決問(wèn)題，最終決定采用更改產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法。將設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，改變工藝方法，才能使得微裂紋缺陷問(wèn)題得以徹底解決。具體的工作中，需要對(duì)熔接痕位置加以驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證的結(jié)果對(duì)注塑制品設(shè)計(jì)修改。修改完畢還要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，做好調(diào)試工作，直到各項(xiàng)指標(biāo)合格為止。

3.1 熔接痕位置驗(yàn)證

將熔接痕的位置確定下來(lái)之后，根據(jù)原模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)熔接痕的位置與微裂紋的位置不在一處，而是存在一定的距離，而且熔接痕處塑料熔體的溫度不會(huì)超過(guò)塑料的熔融溫度，熔接痕符合設(shè)計(jì)要求，由此可以判定，熔接痕不是導(dǎo)致產(chǎn)品開(kāi)裂的主要原因。

3.2 注塑制品設(shè)計(jì)修改

由于體積溫度應(yīng)力的存在，使得帶金屬嵌件產(chǎn)生開(kāi)裂。體積溫度應(yīng)力是在制件冷卻的過(guò)程中產(chǎn)生的不均勻收縮。當(dāng)帶金屬嵌件的塑件成型的時(shí)候，由于兩種材料的線膨脹系數(shù)不相等，就會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，使用預(yù)熱金屬嵌件就可以使得應(yīng)力降低。但是，如果零件設(shè)計(jì)缺乏合理性，就不能通過(guò)預(yù)熱金屬嵌件解決熱應(yīng)力問(wèn)題[2]。

4? 結(jié)果和討論

對(duì)于原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行冷卻分析，對(duì)更改的設(shè)計(jì)方案也進(jìn)行冷卻分析，將兩者的分析結(jié)果予以比較。當(dāng)冷卻時(shí)間相同而且其他的工藝參數(shù)相同的時(shí)候，對(duì)設(shè)計(jì)前頂出時(shí)零件的溫度與設(shè)計(jì)后頂出時(shí)零件的溫度分析情況進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)前零件溫度的最高值是180.70℃，零件溫度的最低值是51.56℃，將設(shè)計(jì)更改之后，零件溫度的最高值是130.30℃，溫度的最低值是31.37℃，設(shè)計(jì)更改之后，不僅零件的溫度有所降低，溫差也明顯減少。按照原來(lái)的設(shè)計(jì)方案，由于零件的內(nèi)部溫度與外部溫度之間的差值比較大，內(nèi)部收縮與外部收縮存在不均勻的現(xiàn)象，就會(huì)有體積溫度應(yīng)力產(chǎn)生，導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

當(dāng)設(shè)計(jì)被更改之后，零件截面上溫度均勻分布，更改之后的設(shè)計(jì)溫度與原設(shè)計(jì)溫度相比較要小很多。

另外，當(dāng)零件100%冷卻的過(guò)程中，頂出溫度已經(jīng)達(dá)到8℃的時(shí)候，對(duì)更改之前的設(shè)計(jì)與更改之后的設(shè)計(jì)進(jìn)行冷卻分析，比較分析的結(jié)果，可以明確，更改之前的設(shè)計(jì)冷卻時(shí)間為110s，更改之后的設(shè)計(jì)冷卻時(shí)間是65s，可見(jiàn)，更改之后的設(shè)計(jì)冷卻時(shí)間縮短了45s。更改之后的設(shè)計(jì)不僅使得塑件內(nèi)部的溫度差減小，而且冷卻的時(shí)間也大大縮短，使得成型周期縮短，生產(chǎn)效率提高了，產(chǎn)品的質(zhì)量也大大提高[3]。

5? 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上面的研究可以明確，含金屬嵌件的塑件如果存在裂紋，造成這種缺陷的原因有很多，要確定問(wèn)題的根源，就需要深入分析，將解決辦法提出來(lái)。在查找裂縫原因的時(shí)候應(yīng)用模流分析技術(shù)，以分析結(jié)果作為依據(jù)，就可以將解決問(wèn)題提出來(lái)。本文的研究中，明確更高帶金屬嵌件的塑件設(shè)計(jì)，使得裂紋問(wèn)題得以有效解決，塑件的成型周期縮短了，生產(chǎn)效率有所提高。在對(duì)于模流分析技術(shù)，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的階段就要引入使用該技術(shù)預(yù)測(cè)缺陷，可以避免走彎路，廢品率也會(huì)相應(yīng)地減少，模具設(shè)計(jì)成本和生產(chǎn)制造中所投入的成本也相應(yīng)地減少，有效規(guī)避開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。本文的研究中，采用更改塑件設(shè)計(jì)的范式，零件的厚度減小了，冷卻時(shí)間大大縮短，解決了塑件裂紋缺陷，保證最終生產(chǎn)的制品質(zhì)量合格。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬松，朱建新，呂寶林，等.微裂紋群損傷的超聲非線性評(píng)價(jià)數(shù)值仿真[J].無(wú)損檢測(cè)，2020（04）：50-55.

[2]鄧文華.監(jiān)護(hù)儀殼體上金屬嵌件立柱開(kāi)裂的分析研究[J].醫(yī)藥衛(wèi)生（全文版），2016（11）：182-183.

[3]林權(quán)，陳麗軍.金屬嵌件對(duì)注射成型件翹曲變形的影響[J].塑料，2017（04）：93-97.