基于Moldflow的冷柜門框注塑方案對比分析

榮晉巖 陳 丹 王陳雪 孫肖霞* 劉恩虎

（1.宿遷學(xué)院 機電工程學(xué)院，宿遷 223800；2.江蘇雙鹿電器有限公司，宿遷 223800）

冷柜門的外觀品質(zhì)和尺寸穩(wěn)定性非常重要。傳統(tǒng)成型工藝采用上、下及兩側(cè)邊框分別成型后裝配，單個零件的生產(chǎn)工藝較簡單，但裝配后有明顯的接縫。一體成型的新型門框保留了復(fù)雜截面、大徑向尺寸以及多筋條等特征，外觀更加光順，但生產(chǎn)中的熔接線和翹曲變形量很容易超出技術(shù)要求，導(dǎo)致外觀和芯部質(zhì)量存在缺陷。應(yīng)用計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技術(shù)可進行注塑流動模擬分析，并可根據(jù)分析結(jié)果確定最優(yōu)進膠方案。這不僅可以減少試模和修模的次數(shù)，還能加快新產(chǎn)品的研發(fā)進度[1-4]。

1 塑件結(jié)構(gòu)分析

某冷柜門框材質(zhì)為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（Acrylonitrile Butadiene Styrene，ABS），外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，總體尺寸為551.1 mm×510.4 mm×38.3 mm，主體壁厚為2.2 mm，局部最小壁厚0.5 mm。由C-C、D-D、E-E和F-F這4個斷面圖可以看出，門框內(nèi)部的孔位、筋位、柱位較多，成型難度大。

圖1 冷柜門框（單位：mm）

本文采用先進的熱流道順序注塑成型技術(shù)[5-6]，盡量減少制品成型時易出現(xiàn)的短射、熔接痕及翹曲等缺陷，準(zhǔn)確控制填充進程，縮小流動長度與厚度的比值，降低成型壓力。

2 Moldflow澆注方案填充模擬分析對比

在Moldflow軟件中進行全局網(wǎng)格劃分、診斷及修復(fù)，調(diào)整完成后獲取的網(wǎng)格最大縱橫比為18.34，平均縱橫比為2.04，且匹配百分比和相互百分比均大于85%，自由邊、多重邊和配向不正確單元數(shù)均為0。

結(jié)合薄壁長流程制件的結(jié)構(gòu)特點和裝配要求，設(shè)計了2種方案，分別如圖2（a）和圖2（b）所示。其中，方案1為7個熱嘴，進膠順序為1—2、3—4、5—6、7，方案2為8個熱嘴，進膠順序為1—2、3—4、5—6、7—8。通過對比分析其優(yōu)缺點，最終選取合理、可行的注塑方案。

圖2 冷柜門框的澆注系統(tǒng)方案

設(shè)置分析數(shù)列為“充填+保壓+冷卻+翹曲”，選擇Tai-Da的ABS材料，牌號是6003，其熔體溫度范圍為200～280 ℃，頂出溫度為88 ℃，模具溫度為25～80 ℃，最大剪切應(yīng)力為0.28 MPa，最大剪切速率為12 000 m·s-1。

2.1 充填時間分析

充填時間分析主要查看注塑成型的周期及充填效果。從充填時間來看，方案1和方案2的型腔均已充填完整，且充填時間接近，分別為3.462 s和3.350 s。此外，填充過程無短射和遲滯現(xiàn)象。

2.2 速度/壓強切換時的壓強分析

將速度/壓強切換點設(shè)置為充填體積達到99%時進行轉(zhuǎn)換，方案1和方案2的速度/壓強切換時的壓強分別為86.6速度/壓強切換由螺桿速度控制切換到保壓壓強控制，剩余的填充將在從填充切換到保壓時所達到的恒壓下進行，此時螺桿速度緩慢。1 MPa與50.89 MPa。分析結(jié)果顯示：方案1的注射壓強較高，但仍可成型；方案2，注射壓強適中，更適宜注塑成型。

2.3 流動前沿溫度分析

流動前沿溫度是流動前沿到達位于塑料橫截面中心的指定點時聚合物的溫度。在填充階段應(yīng)將流動前沿的溫度變化降到最低。方案1和方案2的熔體流動前沿溫度均保持在260 ℃左右，溫差在±4 ℃以內(nèi)，不會出現(xiàn)降解現(xiàn)象，且有利于熔體的流動和相互熔合。

2.4 熔接痕分析

冷柜門框是環(huán)形結(jié)構(gòu)，存在2個或多個流動路徑相遇的情況。它們的熔合效果取決于材料類型、熔接線處的壓強和溫度以及熔合位置的排氣情況[5]。分析結(jié)果如圖3（a）和圖3（b）所示，方案1的熔接線大多較短，較長的一條發(fā)生在熱嘴6和熱嘴7之間。該位置對外觀有直接影響，需注意熔接線分布。方案2的較長熔接線有2條，但每個位置均設(shè)計有3個側(cè)孔，可以借助側(cè)向型芯鑲件排氣，且制件在該位置可被與之裝配的金屬鉸鏈遮擋，熔接效果對外觀和制件強度影響小。

圖3 方案2熔接線分布

2.5 翹曲變形分析

翹曲變形分析主要包括由冷卻不均引起的變形、由收縮不均引起的變形和由取向因素引起的變形[8]。如圖4所示，方案1和方案2在冷柜門框上每個節(jié)點處的總變形量最大值分別為1.442 mm和1.391 mm，最大翹曲變形比均小于0.3%，滿足裝配要求。整體來看，方案2縮短了熔體流動的距離，降低了中心流動層與冷凝層之間的內(nèi)應(yīng)力，使收縮變得更加均勻，方案2的變形量相對更小，方案更佳。

圖4 翹曲變形

3 結(jié)語

對于冷柜門框這類大尺寸方形外觀件，采用熱流道順序注塑可以有效控制熔體的填充路徑和效果。通過對比分析2種成型方案，最終選取方案2為最優(yōu)方案。方案2的分析結(jié)果：填充時間為3.350 s，速度/壓強切換時壓強為50.89 MPa，流動前沿溫度為257.3～263.3 ℃，熔接線分布隱蔽可控，最大翹曲變形為1.391 mm，可為模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了重要的參考依據(jù)。