基于MoldFlow的防水底座注射成型分析

孫世仁

（蚌埠依愛消防電子有限責任公司，安徽蚌埠 233000）

1 引言

消防電子行業(yè)所用的塑料結(jié)構(gòu)產(chǎn)品越來越復雜，種類越來越多，對產(chǎn)品的形狀和尺寸精度要求也越來越高，這就對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計人員、模具設計人員提出了更高的要求。傳統(tǒng)消防電子行業(yè)塑料產(chǎn)品的模具設計以及注射成型工藝設計大多數(shù)都是靠塑件結(jié)構(gòu)設計人員和模具設計人員經(jīng)驗反復調(diào)試和修改才能成功，這勢必增加生產(chǎn)成本。隨著CAE技術的快速發(fā)展，注射CAE技術在模具設計及塑件加工中的應用越來越廣泛。MoldFlow軟件能夠模擬塑件注射成型過程，進而產(chǎn)生虛擬試模的作用，降低生產(chǎn)成本，縮短模具設計周期。

以本公司生產(chǎn)的防水底座塑件為例，利用MoldFlow軟件對其注射成型過程進行數(shù)值模擬，預測塑件可能出現(xiàn)的缺陷，并提出解決方案，從而生產(chǎn)出合格的塑件。

2 CAD Doctor模型簡化

在三維軟件中繪制好防水底座三維模型圖紙，導出stp格式文件。將準備好的仿真模型文件stp格式導入CAD Doctor中進行模型簡化，如圖1所示，將簡化好的模型以udm格式導出。

圖1 模型簡化

3 成型工藝分析

3.1 工藝參數(shù)

圖2所示為防水底座的塑件結(jié)構(gòu)圖。該塑件用于在潮濕、有水霧的環(huán)境中固定本公司生產(chǎn)的煙感，防止煙感內(nèi)部進水，進而確保煙感正常功能。材料選用ABS塑料，其工藝參數(shù)設置如表1所示。

表1 ABS工藝參數(shù)設置

圖2 塑結(jié)構(gòu)圖

3.2 澆口位置及澆注系統(tǒng)

由于防水底座最大壁厚達到4.5mm，最小壁厚僅為0.8mm，平均壁厚1.5mm，壁厚不均勻，該塑件局部會有縮印等不良現(xiàn)象。該塑件采取一模一腔，流道類型選擇熱流道，澆口位于底面中心位置，分型面設在最大截面處（塑件底面），澆口位置及澆注系統(tǒng)所圖3所示。

圖3 澆口位置及澆注系統(tǒng)模型

3.3 冷卻系統(tǒng)

塑件冷卻通常占成型周期的絕大部分時間，因此控制成型周期提高產(chǎn)能、加快塑件冷卻是至關重要的。動、定模處設計2條水路，水管直徑為?8mm，冷卻系統(tǒng)模型如圖4所示。

圖4 冷卻系統(tǒng)模型

4 成型分析

工藝參數(shù)初步分析時采取系統(tǒng)默認設置，模具表面溫度50℃，熔體溫度250℃，速度/壓力切換為自動。通過對塑件注射成型過程數(shù)值模擬，獲得了充填時間、流動前沿溫度、鎖模力、氣穴、熔接線、速度/壓力切換時的壓力、縮痕，指數(shù)和填充壓力的各參數(shù)信息，從而了解塑件的成形狀況。

（1）充填時間。

如圖5所示，澆口的設置達到流動平衡效果，初次填充分析所用注射時間為1.550s。澆口處的塑件先充滿，紅色顯示位置最后充滿，充填流動狀況較好，充填時間較短，生產(chǎn)效率較高。

圖5 充填時間

（2）流動前沿溫度。

流動前沿溫度分布如圖6所示，顯示流動前沿溫度最高為250.4℃，最低為100℃，溫差150.4℃，溫差較大，塑件大部分流動前沿溫度均在250℃左右，但塑件兩個螺紋內(nèi)邊緣位置流動前沿溫度急劇下降至100℃左右，稍微高出頂出溫度，可能會發(fā)生短射、缺膠等情況。

圖6 流動前沿溫度

（3）鎖模力。

在注射成型過程中，注塑機需要足夠的鎖模力才能使塑件完全充滿模具型腔，而又避免飛邊的產(chǎn)生。如圖7所示，填充末端鎖模力最大約為20t，建議選擇鎖模力20t以上的注塑機。

圖7 鎖模力曲線

（4）氣穴。

氣穴一般產(chǎn)生在流動前沿與型腔壁之間，因形成漩渦并擠壓便會產(chǎn)生氣穴（常說的“氣泡”），通常的結(jié)果是在塑件表面形成小孔或瑕疵。在極端情況下，這種擠壓將使溫度升高到引起塑料降解或燃燒的水平。不管塑件的流動性有多好，總會在充填末端產(chǎn)生氣穴。本案例塑件的氣穴效果圖如圖8所示，總的來看，氣穴產(chǎn)生在分型面、螺紋、加強筋末端位置區(qū)域，分型面處氣穴借助前后模合模間隙易于排氣，螺紋處氣穴借助絞牙間隙易于排氣，但加強筋末端處是封閉空間難于排氣，可能出現(xiàn)燒焦缺陷。

圖8 氣穴

（5）熔接線。

熔接線表達了兩個流動前沿相遇時合流的角度。熔接線的顯示位置可以標識結(jié)構(gòu)弱點或表面瑕疵。從圖9所示的熔接線分布圖可以看出，熔接線主要集中在分型面、螺紋位置，數(shù)量較多?？梢赃m當加大熔融體溫度、注射速度或保壓壓力，能更好地解決熔接線的問題。

圖9 熔接線

（6）速度/壓力切換時的壓力。

速度/壓力切換時的壓力的結(jié)果如圖10所示。從圖10中可以看出最大注射壓力為11.29MPa，出現(xiàn)在澆口位置。充填末端的壓力降為0MPa，塑件可能出現(xiàn)未充滿缺陷。

圖10 速度/壓力切換時的壓力

（7）縮痕及指數(shù)。

縮痕是由于塑件冷卻不均勻而在表面產(chǎn)生的凹陷。從圖11縮痕，指數(shù)結(jié)果來看，塑件壁厚較大的位置，產(chǎn)生的縮痕較嚴重，會影響塑件的外觀。

圖11 縮痕、指數(shù)

（8）填充壓力。

充模壓力分布是否平衡，可以通過充填結(jié)束時壓力分布來判斷。如圖12所示，塑件的最大填充壓力為27.15MPa，最后充滿部位壓力較低，但大部分充模壓力是平衡的。

圖12 填充壓力

針對分析中提出的缺陷問題，下面為優(yōu)化分析給出合理建議：通過設置工藝參數(shù)，調(diào)整注射壓力、注射速度、注射時間、冷卻時間、模具溫度、熔體溫度、保壓壓力等值。

5 模具結(jié)構(gòu)

圖13所示是根據(jù)MoldFlow注射成型分析結(jié)果，繪制的模具結(jié)構(gòu)圖。圖14a是模具結(jié)構(gòu)的定模部分，圖14b是模具結(jié)構(gòu)的動模部分。模具結(jié)構(gòu)采取一模一腔，流道類型為熱流道。注塑機選擇螺桿式，鎖模力160t（大于模擬的最大鎖模力20t）。

圖13 模具結(jié)構(gòu)圖

圖14 模具成型部分結(jié)構(gòu)

6 防水底座注射成型實驗驗證

圖15a是初次試模塑件，從圖15a可以看出，加強筋末端出現(xiàn)了燒焦缺陷，螺紋內(nèi)邊緣位置出現(xiàn)缺膠缺陷，底部產(chǎn)生了縮痕缺陷，驗證了MoldFlow分析的可靠性。通過不斷地調(diào)整工藝參數(shù)，并多次地進行分析，以此得到符合實際生產(chǎn)要求的分析結(jié)果。圖15b為經(jīng)過優(yōu)化后，實際生產(chǎn)的防水底座，由圖15b可以看出，塑件沒有出現(xiàn)注射成型缺陷。

圖15 防水底座

7 結(jié)論

通過運用CAD Doctor軟件對防水底座三維模型進行模型簡化，再導入MoldFlow軟件進行注射成型過程數(shù)值模擬，獲得了充填時間、流動前沿溫度、鎖模力、氣穴、熔接線、速度/壓力切換時的壓力、縮痕，指數(shù)和填充壓力的準確信息，預測防水底座在注射成型過程中可能產(chǎn)生的缺陷。根據(jù)分析結(jié)果有針對性的提出優(yōu)化方案，并進行實際試模驗證，得到合格的塑件，縮短模具設計制造周期。