改善制品變形缺陷的模具調(diào)整方法研究

0 引 言

采用注射工藝成型的制品，受塑料熔體收縮特性影響，成型制品的尺寸與模具型腔對應尺寸產(chǎn)生差異的同時，制品還會產(chǎn)生變形缺陷。變形產(chǎn)生的根本原因是收縮不均，當制品內(nèi)部由收縮產(chǎn)生的內(nèi)應力超過制品的剛度或屈服強度，會引起制品的翹曲變形。理想狀態(tài)下如果制品能均勻收縮，則制品的尺寸會均勻減小，但不會發(fā)生翹曲變形；如果制品的剛度足夠強，在較大的內(nèi)應力下不會產(chǎn)生變形。因此控制制品的變形可以從降低收縮差異和增加制品剛度2 個方面考慮，這就需要CAE 模流分析工程師在制品前期設計階段對制品的結(jié)構(gòu)、壁厚及材料進行定性定量分析，提供可行方案，減小成型制品的收縮，調(diào)整制品的筋位及壁厚分布，改善制品的變形問題。在制品設計階段優(yōu)化其技術參數(shù)，防止制品產(chǎn)生變形缺陷，保證制品成型后的變形量控制在允許范圍。

在制品研制過程中，會遇到分析結(jié)果與實際試模結(jié)果不一致的情況，分析顯示制品的變形量較小，可以達到客戶要求，而實際試模樣件的變形量較大，影響制品使用功能或無法裝配，遇到這種問題一般先從收縮不均方面分析，主要因素包括制品結(jié)構(gòu)設計、模具設計、生產(chǎn)條件、材料等。

制品設計方面查看實際樣件的壁厚和造型是否與分析數(shù)據(jù)一致；模具設計方面查看流道和澆口位置是否與分析數(shù)據(jù)一致，冷卻水路是否排布合理；生產(chǎn)條件方面查看試模工藝是否合理；試模材料是否與分析材料一致等。通過以上分析找出成型制品變形的主要原因，并再次進行CAE 模流分析，根據(jù)分析結(jié)果制定改模方案?，F(xiàn)以商用空調(diào)接水盤制品為例，為解決制品翹曲變形缺陷提供可行的指導方法。

1 問題描述

制品造型及壁厚分布如圖1 所示，制品大面壁厚為3.0 mm，外形尺寸為1 510 mm×291mm×276 mm，材料為ABS，制品為商用空調(diào)主機的功能件，變形尺寸要求嚴格，銷孔處（圖1 所示圓圈處）和軸心處偏差需控制在0.5 mm 以內(nèi)，主裝配邊變形量需控制在2 mm 以內(nèi)。如果變形量超出允許范圍將導致裝配困難，同時還影響制品的使用性能。

在模具設計階段，運用CAE 模流分析軟件進行變形分析，如圖2所示，銷孔處變形可控制在0.5 mm以內(nèi)，主裝配邊變形基本在1.5 mm 以內(nèi)，從分析數(shù)據(jù)上看可以滿足客戶要求。

在空間方面，計算域也進行了相應的剖分，網(wǎng)格為正方形，控制在100 m×100 m，從平面上來看，評價區(qū)在東西方向上有著160行的剖分，南北方向上有著160列的剖分，共25 600個單元格，將2013年8月—2014年7月做為模型驗證期。計算的時間間隔為30 d，識別期和驗證期分別為12個時段。本次數(shù)學模型采用Visual MODFlow軟件[5，7]進行求解。

2 原因分析

對增加輔助流道后的制品進行CAE 模流分析，如圖9 所示，增加輔助流道后制品脫模方向的變形得以改善，脫模方向最大變形量由原8 mm 減小至3.7 mm，改善較大，表明增加輔助流道可有效改善制品的變形，但仍未達到客戶要求的變形量范圍，需進一步改善。

3 解決方案

制品結(jié)構(gòu)形狀是影響剛度性能的重要因素之一，如果制品結(jié)構(gòu)是平面，剛度性能低，可通過添加側(cè)壁加強筋、增加壁厚、拱形造型等方案增強制品的剛度。制品剛度越大，它對內(nèi)應力的承受能力也越強，在較大的內(nèi)應力下也不會產(chǎn)生變形。在不影響制品功能的前提下，增加2條加強筋，提高此區(qū)域剛性以達到減小此區(qū)域變形的目的，加強筋位置如圖6所示。

3.1 增加加強筋以提升制品結(jié)構(gòu)剛度

由于收縮不均是成型制品發(fā)生變形的主要原因，當制品內(nèi)部由收縮不均產(chǎn)生的內(nèi)應力超過制品的剛度或屈服強度后引起制品翹曲變形，在不改變現(xiàn)有模具結(jié)構(gòu)、盡量減少模具改動的前提下，需要從提升制品結(jié)構(gòu)剛度如增加加強筋，或減小制品區(qū)域之間的收縮不均如調(diào)整壁厚等方面考慮，以減小成型制品變形量。

對增加加強筋后的制品進行CAE 模流分析，如圖7 所示，顯示主裝配邊的變形量由8 mm 減小至4.8 mm 左右，稍有改善但未達到客戶要求的變形量指標，而且成型加強筋工藝復雜，模具零件需要進行電火花加工，改模費用高、時間長，因此考慮采用減小收縮差異、調(diào)整制品壁厚的方法解決。

3.具有基本讀寫能力的成年人。該項培訓是國家教育部負責的成人掃盲計劃。根據(jù)法國國家掃盲機構(gòu)2011年的調(diào)查結(jié)果，法國有250萬年齡在18歲到65歲之間的人口只具備基本的讀寫技能，占這個年齡段人口的7%。1998年，法國首次將成人掃盲列為國家優(yōu)先事項。2000年，法國成立了國家掃盲機構(gòu)，該機構(gòu)的主要作用是協(xié)調(diào)和支持來自政府、公共機構(gòu)和私人機構(gòu)的參與者更有效地進行掃盲。

3.2 調(diào)整壁厚改善變形

根據(jù)發(fā)生的時點和確定方法的不同，施工安全管理成本分為實際安全成本Ca、實際安全保障水平Sa、計劃安全成本Cp和計劃安全保障水平Sp。

（2）制品靠近主裝配邊的面壁厚由3.0 mm 增至3.5 mm，減小與較厚處的壁厚差異以降低收縮差異，達到改善變形的目的，制品增厚區(qū)域如圖10表示。

通過排查分析，模具設計、生產(chǎn)條件、材料等方面均按照設計數(shù)據(jù)設置，對比制品設計方面，發(fā)現(xiàn)實際制品造型與分析數(shù)據(jù)局部造型不一致，主裝配邊處壁厚較厚，最厚處可達5.235 mm，如圖5 所示，通過確認數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，制品造型后期更改沒有重新進行CAE 分析。為了確認導致制品變形的主要原因，使用更改后的制品數(shù)據(jù)進行CAE 模流分析，發(fā)現(xiàn)分析的變形結(jié)果與試模樣件一致，確認制品造型更改是導致脫模方向變形加大的主要原因。根據(jù)制品結(jié)構(gòu)要求，此處裝配要求嚴格，不能更改造型，所以模具的改模只能在現(xiàn)有的造型基礎上進行優(yōu)化，解決變形超差問題。

通過調(diào)整壁厚減小區(qū)域之間的收縮差異有2個方案：一是增加輔助流道，加強主裝配邊的保壓，使該區(qū)域成型更致密，減小區(qū)域的收縮，進而減小與大平面的收縮差異；二是制品靠近主裝配邊附近的大平面壁厚加厚，減小因壁厚差異造成的收縮不均。

（1）待成型制品從澆口處向主裝配邊方向增加輔助流道，傳遞更高的注射壓力給主裝配邊，增強保壓效果。輔助流道形狀如圖8 所示，寬50 mm，深0.5 mm，與大平面壁厚相交處設計漸變壁厚過渡。

但制品的實際試模結(jié)果與分析結(jié)果出現(xiàn)較大差異，裝配邊的變形量較大，約為8 mm左右，銷孔處軸心偏差導致制品無法裝配，如圖3、圖4 所示。通過現(xiàn)場各種工藝調(diào)整，如保壓壓力、水溫分布等，均無法將變形量控制在合格范圍內(nèi)，模具需要制定改模方案，重新調(diào)整。

機器人的位姿估計是移動機器人要實現(xiàn)自主導航的一個重要環(huán)節(jié)。移動機器人的位姿是指移動機器人的位置和姿態(tài)，需要解決移動機器人定位和姿態(tài)獲取問題。

對更改后制品進行CAE 分析，如圖11 所示，采用此方案制品脫模方向的變形得到進一步改善，主裝配邊脫模方向最大變形量由方案一的3.7 mm 減小至3.0 mm。為了減小變形量，進一步擴大制品壁厚增厚的區(qū)域，如圖12所示。CAE 模流分析結(jié)果如圖13 所示，制品脫模方向的變形問題得到解決，脫模方向最大變形量減小至2.0 mm，銷孔處軸心差值控制在0.5 mm 以內(nèi)，達到客戶要求的技術指標，且此方案改模工藝簡單，改模成本和工期都得到客戶認可，確定為最終改模方案。

財政體制即政府間財政關系，通過不同層級之間政府的事權(quán)、財權(quán)、支出責任劃分以及配以科學的轉(zhuǎn)移支付制度，實現(xiàn)不同層級政府之間的權(quán)責配置，推進政府間治理的現(xiàn)代化。中國在從高度集中的計劃經(jīng)濟體制邁向現(xiàn)代市場經(jīng)濟體制的過程中，財政體制相應進行了一系列改革，從計劃經(jīng)濟時期的政府間關系的調(diào)整，到改革開放以來行政性改革的探索，再到適應市場經(jīng)濟體制改革要求的分稅制改革，核心問題是在探索政府間權(quán)責劃分的問題，總體上是由原來的部門“條條”決策為主轉(zhuǎn)向擴大地方“塊塊”的自主權(quán)，從行政性分權(quán)到經(jīng)濟性分權(quán)，從收入端自有財力的自主決策到支出端自主權(quán)的訴求，逐步完善政府間治理體制機制。

4 試模驗證

按照上述最終改模方案修改后進行試模驗證，制品主裝配邊的變形量控制在1.8 mm 以內(nèi)，滿足制品裝配要求，銷孔與銷軸偏差控制在0.2 mm 以內(nèi)，轉(zhuǎn)動配合的銷軸可以裝配到位，轉(zhuǎn)動順暢，試模樣件如圖14所示。經(jīng)試模驗證，模具更改方案解決了制品的變形量超差問題，滿足制品裝配的各項技術要求。

5 結(jié)束語

模具研制具有個性化定制的特點，制品結(jié)構(gòu)不同，模具結(jié)構(gòu)也隨之變化，因此模具設計、制造過程中經(jīng)常會產(chǎn)生一些異常問題，需要技術人員制定合理的方案進行解決。針對改善變形缺陷的模具調(diào)整首先通過CAE 模流分析進行模擬仿真，排查缺陷產(chǎn)生的原因，制定多種解決方案，根據(jù)分析結(jié)果的趨勢判斷方案的可行性，最終形成模具調(diào)整方案，原則上要求最終方案盡量簡單，易于實現(xiàn)，更改成本較低。

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