基于Moldex3D的微動(dòng)開關(guān)澆口設(shè)計(jì)優(yōu)化

摘要：基于Moldex3D模流分析軟件，對(duì)某種微動(dòng)開關(guān)殼體成型效果進(jìn)行了仿真預(yù)測(cè)，并針對(duì)成型問題，找出了設(shè)計(jì)缺陷予以優(yōu)化。模具優(yōu)化后，再次仿真分析確定，通過優(yōu)化澆口位置及澆口形式，改善了保壓效果以及成型材料纖維取向問題，使得塑件翹曲程度降低。實(shí)際生產(chǎn)后，塑件翹曲狀況與模流分析結(jié)果一致，證明Moldex3D模流分析軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)成型過程的精確模擬及預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真;模流分析;澆口設(shè)計(jì);注塑成型

0 引言

傳統(tǒng)注塑成型工藝依靠設(shè)計(jì)人員長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行塑件的結(jié)構(gòu)及模具設(shè)計(jì)，再在實(shí)際工況下反復(fù)試模，逐漸完善設(shè)計(jì)方案，整個(gè)過程用時(shí)較長(zhǎng)、成本巨大，且仍難以獲得最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，大大限制了注塑成型工藝的發(fā)展。近年來，得益于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，該問題有望得到根本解決。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)通過對(duì)注塑成型過程的高度模擬，在設(shè)計(jì)之初即可預(yù)測(cè)方案的成型效果，并幫助研發(fā)人員準(zhǔn)確找出方案的不合理之處加以改善，快速完成最優(yōu)設(shè)計(jì)，從而大幅縮短了塑件產(chǎn)品研發(fā)周期，提升了塑件產(chǎn)品研發(fā)效率。

目前注塑成型領(lǐng)域使用的計(jì)算機(jī)仿真成型軟件主要有兩種，即臺(tái)灣科盛出品的Moldex3D和美國Autodesk研發(fā)的moldflow。其中，Moldex3D性價(jià)比較高，適合中小企業(yè)應(yīng)用。本文采用Moldex3D模流分析軟件對(duì)塑件進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)與分析。

1 塑件產(chǎn)品分析

本案例的塑件為一種微動(dòng)開關(guān)殼體，選用PA66+GF50材料成型，該塑件結(jié)構(gòu)如圖1所示，塑件尺寸為23.8 mm×14.2 mm×7.2 mm，塑件平均壁厚為1.12 mm，各部分厚度不均，兩長(zhǎng)邊厚度差異尤其明顯，一側(cè)厚度為2.35 mm，另一側(cè)厚度僅為0.76 mm，極易產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象。作為一種開關(guān)按鍵，如翹曲度過大，會(huì)因卡死而喪失原有功能，因此需要嚴(yán)格控制塑件翹曲度。

2 初步設(shè)計(jì)方案成型效果及分析

2.1 ? ?初步設(shè)計(jì)方案成型效果

該塑件初步設(shè)計(jì)方案如圖2所示，模具選擇一模兩腔形式，平衡布置，選用直徑1.2 mm的潛伏式澆口進(jìn)膠，澆口位置選擇塑件長(zhǎng)邊厚度較厚一側(cè)。將該設(shè)計(jì)方案導(dǎo)入Moldex3D軟件進(jìn)行模流仿真分析，成型條件設(shè)定如表1所示。

塑件翹曲分析結(jié)果如圖3所示，塑件兩長(zhǎng)邊出現(xiàn)過度翹曲變形，較厚一側(cè)最大位移為0.145 mm，較薄一側(cè)最大位移為0.138 mm，其中沿X、Z兩方向位移較少，沿Y方向位移較多。沿X、Y、Z 3個(gè)方向的位移如表2所示。

2.2 ? ?翹曲原因分析

本文基于Moldex3D仿真分析數(shù)據(jù)，對(duì)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)存在3點(diǎn)問題：

（1）塑件厚度差異大導(dǎo)致冷卻不均。

塑件溫度分布如圖4所示，塑件長(zhǎng)邊兩側(cè)厚度差異過大，導(dǎo)致冷卻過程結(jié)束時(shí)，各部分存在較大溫度差，壁厚較大側(cè)，溫度明顯較高，塑件必然因收縮率不均而出現(xiàn)翹曲。

（2）澆口位置影響保壓強(qiáng)度。

塑件澆口位置如圖5所示，初步設(shè)計(jì)方案的澆口位置恰好對(duì)準(zhǔn)抽芯件，當(dāng)保壓強(qiáng)度過大時(shí)，會(huì)造成抽芯件變形。另一方面，為避免抽芯件變形，則需要降低保壓強(qiáng)度，有可能因保壓不足而加劇塑件翹曲度。

（3）塑件玻纖取向明顯。

本文中塑件采用PA66+GF50材料成型，必須考慮此類改性材料的玻纖取向問題。塑件玻纖取向如圖6所示，塑件在X方向的取向性為0.314，在Y方向的取向性為0.275，在Z方向的取向性為0.410，顯然在X和Z方向上玻纖取向較強(qiáng)，Y方向較弱。因此，塑件沿X、Z方向收縮較少，沿Y方向收縮較多，不均勻收縮將導(dǎo)致翹曲現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3 改善方案及結(jié)果

本文基于軟件分析結(jié)果，著手制定改善方案。因塑件結(jié)構(gòu)不可更改，厚度差問題無法改善，只能針對(duì)澆口位置以及玻纖取向進(jìn)行優(yōu)化。塑件改善方案如圖7所示，為了避開抽芯件，將澆口由原位置上移，同時(shí)為減弱X、Z兩方向的玻纖取向性，將澆口更換為尺寸較大的3 mm×0.8 mm的側(cè)澆口。

將塑件改善方案導(dǎo)入Moldex3D進(jìn)行模流仿真分析，成型條件仍按表1設(shè)置。改善后的塑件翹曲如圖8所示，塑件長(zhǎng)邊較厚一側(cè)最大位移為0.116 mm，較薄一側(cè)最大位移為0.134 mm，沿X、Y、Z 3個(gè)方向位移如表3所示。

改善前后塑件位移對(duì)比如表4所示，從結(jié)果上看較厚一側(cè)有較大改善，而較薄一側(cè)效果不明顯。究其原因，改善方案主要是在較厚一側(cè)優(yōu)化澆口位置及澆口形狀，使得該區(qū)域保壓?jiǎn)栴}得到了改善，并且一定程度上降低了該區(qū)域的玻纖取向性，促使收縮趨于均勻，因而有效控制了翹曲狀況，而較薄側(cè)因遠(yuǎn)離澆口位置，改善措施對(duì)其影響甚少，因而效果不佳。在此基礎(chǔ)上，下一步將嘗試尋找更合理的澆口位置，并配合成型工藝參數(shù)優(yōu)化，嘗試獲得更優(yōu)的改善效果。

使用改善方案實(shí)際試模生產(chǎn)，得到實(shí)物樣品如圖9所示，其翹曲情況與計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果一致，說明Moldex3D模流仿真分析對(duì)實(shí)際成型過程實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)模擬及預(yù)測(cè)。

4 結(jié)語

本塑件設(shè)計(jì)案例在研發(fā)過程中引入了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，因而在實(shí)際試模生產(chǎn)前即預(yù)知了設(shè)計(jì)方案的成型效果，并且基于計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果快速找出了設(shè)計(jì)缺陷并予以優(yōu)化，使塑件順利投入生產(chǎn)。最終實(shí)際成型塑件與仿真結(jié)果一致，證明了計(jì)算機(jī)仿真對(duì)塑件的成型過程實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)模擬及預(yù)測(cè)，借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，縮短了注塑工藝的研發(fā)周期，使得注塑件結(jié)構(gòu)及成型模具設(shè)計(jì)更加快速、準(zhǔn)確，大幅提升了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)了注塑工業(yè)的發(fā)展。

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收稿日期：2020-08-25

作者簡(jiǎn)介：韓國聲（1984—），男，貴州人，講師，從事注塑模設(shè)計(jì)、高分子材料成型方面研究工作。