基于Moldflow軟件的雙色塑料零件印痕研究

溫英蘭　嚴(yán)勝義　林穎　王剛　應(yīng)佳豪

【摘? 要】塑料零件成型后，內(nèi)部仍然存在一定的應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力作用于外觀面上便形成印痕，印痕的存在會(huì)影響到制品外觀的品質(zhì)。以汽車開關(guān)按鈕為研究對(duì)象，通過(guò)建立簡(jiǎn)單試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，采用Moldflow中的“填充+保壓+重疊注塑充填+重疊注塑保壓+翹曲”分析序列，分析其根本原因，通過(guò)對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，能有效改善印痕問(wèn)題，滿足零件的使用要求。

【關(guān)鍵詞】注塑成型；雙色注塑；Moldflow；印痕；應(yīng)力

中圖分類號(hào)：U463.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）06-0099-03

Study on the Mark of Bi-color Plastic Part Based on Moldflow

WEN Ying-lan，YAN Sheng-yi，LIN Ying，WANG Gang，YING Jia-hao

（Zhejiang Changjiang Automobile Electronic Co.，Ltd.，Wenzhou 325025，China）

【Abstract】After plastic parts are molded，there is still stress in the interior. When the stress is applied to the appearance of part surface，the mark is formed. The existence of mark will affect the appearance quality of the products. Taking automobile switch button as the research object，a simple test model was established，and the analysis sequence of “filling+packing+overmolding filling+overmoding packing+warping”in Moldflow was adopted to analyze the root cause. By optimizing the structure of the parts，the mark was effectively improved and the requirements of parts were met.

【Key words】injection molding；bi-color injection；Moldflow；mark；stress

1? 引言

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車零件外觀、輕量化的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)技術(shù)中，造型和材質(zhì)不同的2個(gè)零件往往單獨(dú)注塑，為了簡(jiǎn)化零件裝配、降低模具開發(fā)成本和間隙面差不一致等問(wèn)題，雙色注塑成型技術(shù)的應(yīng)用比例越來(lái)越高。

與常規(guī)注射模具相比，雙色模由2副模具組成，2副模具的公模都固定在1個(gè)旋轉(zhuǎn)盤上，由雙色成型機(jī)的2只料筒配合2套模具按先后順序，經(jīng)過(guò)2次成型后最終制成雙色產(chǎn)品[1]。

雖然雙色塑料零件有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于其復(fù)雜性和設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的有限性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)一直是雙色塑料零件的研究熱點(diǎn)。本文基于Moldflow軟件中的重疊注塑模塊，通過(guò)建立試驗(yàn)小模型，探討類似雙色零件印痕產(chǎn)生的根本原因，并從結(jié)構(gòu)角度優(yōu)化，最終達(dá)到量產(chǎn)要求。

2? 試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?/p>

2.1? 簡(jiǎn)單3D模型建立

本文使用UG10.0軟件，建立如圖1所示的簡(jiǎn)單雙色3D模型，青色為一色，洋紅色為二色，考慮到雙色材料的相容性[2]，材料分別選用PC 2805、ABS P2MC。假定產(chǎn)品整體尺寸為40×40×2.4mm，透光區(qū)大小20×20mm，并取常規(guī)雙色零件壁厚（一色壁厚1mm，二色壁厚1.4mm）。

2.2? 分析模型建立及澆口方案確定

將3D模型導(dǎo)入到Moldflow軟件中，采用3D網(wǎng)格劃分模型和重疊注塑分析序列[3]，為準(zhǔn)確模擬實(shí)際注塑中模具鋼材對(duì)產(chǎn)品整體溫度的影響，在透光區(qū)位置添加模具鑲件。分析模型網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖2。

參考常規(guī)雙色零件澆口，該分析模型澆口位置如圖3所示，一色采用點(diǎn)澆口，二色采用側(cè)壁進(jìn)膠。

3? 試驗(yàn)?zāi)Ｐ头治鼋Y(jié)果及解析

3.1? 殘余應(yīng)力結(jié)果

圖4所示為殘余應(yīng)力結(jié)果，相鄰位置數(shù)值差越大，?。☉?yīng)力）痕越明顯。從分析結(jié)果可知，透光區(qū)與周邊相鄰區(qū)域殘余應(yīng)力值相差較大，易造成應(yīng)力分布不均，進(jìn)而形成?。☉?yīng)力）痕。

3.2? 溫度結(jié)果

圖5為重疊注塑零件中的二色溫度結(jié)果。從結(jié)果可看出透光區(qū)與周邊溫度差異高達(dá)40℃左右。因透光區(qū)高溫熔體與較冷模具鋼材接觸，熔體溫度驟降，冷卻速度大增，但周邊熔體與一色材料接觸，溫度較高，導(dǎo)致模溫分布不均，較冷區(qū)域先于較熱區(qū)域凝固收縮，造成產(chǎn)品產(chǎn)生不均勻內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而形成?。☉?yīng)力）痕。

3.3? 平均體積收縮率結(jié)果

圖6為平均體積收縮率結(jié)果（二色）。由圖6可知，透光區(qū)與周邊區(qū)域體積收縮率差值較大，約2.4%，易造成不均勻的收縮內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于外觀要求較高的零件而言，不均勻內(nèi)應(yīng)力會(huì)被放大，進(jìn)而出現(xiàn)?。☉?yīng)力）痕、開裂等缺陷。

4? 雙色塑料零件印痕產(chǎn)生機(jī)理

4.1? 熱傳導(dǎo)系數(shù)

熱傳導(dǎo)系數(shù)（HTC），即導(dǎo)熱系數(shù)，不同物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)各不相同，常用塑料及金屬材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)見(jiàn)圖7。

從圖7可看出，塑料熱傳導(dǎo)系數(shù)約為金屬的1/200～1/600，差異極大。熱傳導(dǎo)系數(shù)越大，導(dǎo)熱性能越好，溫度降低越快，致使產(chǎn)品二色局部與模具鋼材接觸位置溫度急速下降，但周邊熔體與一色材料接觸，溫度較高，導(dǎo)致模溫分布不均，產(chǎn)品產(chǎn)生不均勻內(nèi)應(yīng)力，造成A面印（應(yīng)力）痕。

4.2? 熱膨脹系數(shù)

熱膨脹系數(shù)（CTE）是材料由于溫度改變而發(fā)生的脹縮現(xiàn)象。各材料的熱膨脹系數(shù)不同，常用塑料及金屬材料的熱膨脹系數(shù)見(jiàn)圖8。

從圖8可看出，金屬材料的熱膨脹系數(shù)小于塑料材料一個(gè)數(shù)量級(jí)（相差5～10倍）[4]，冷卻時(shí)兩者收縮程度不同，容易形成收縮差異，使產(chǎn)品產(chǎn)生不均勻內(nèi)應(yīng)力，從而造成A面?。☉?yīng)力）痕。

5? 雙色零件印痕優(yōu)化案例

5.1? 問(wèn)題描述

該零件為某汽車后視鏡開關(guān)的雙色按鈕，屬于重要外觀件，產(chǎn)品最大外形尺寸為20.5×17×13mm，表面要求為電鍍，因零件外觀存在嚴(yán)重印痕（圖9），需通過(guò)Moldflow分析優(yōu)化以達(dá)到量產(chǎn)要求。

5.2? 原因分析

如圖10所示，藍(lán)色/本色分別為零件一色/二色，對(duì)比3D數(shù)據(jù)與缺陷件發(fā)現(xiàn)，一/二色料接觸區(qū)域與二色直接和模具鋼材接觸相交位置存在明顯應(yīng)力痕。為進(jìn)一步確認(rèn)印痕產(chǎn)生原因，查看了零件3D數(shù)據(jù)的剖切面，發(fā)現(xiàn)該零件二色局部與模具鋼材接觸、局部與一色塑料接觸，與以上簡(jiǎn)單試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆治鲵?yàn)證完全吻合。

5.3? 優(yōu)化改善

通過(guò)以上簡(jiǎn)單試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷奶骄拷馕?，得出要解決雙色零件印痕問(wèn)題，需保證外觀面熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱膨脹系數(shù)盡量一致?；谠撍悸?，優(yōu)先從結(jié)構(gòu)角度優(yōu)化印痕。在不影響零件結(jié)構(gòu)、裝配等前提下，一色局部加膠填補(bǔ)，保證A面處熱傳導(dǎo)系數(shù)基本一致，避免應(yīng)力集中，如圖11所示。

優(yōu)化后零件表面OK，印痕得到改善，如圖12所示，滿足了零件使用要求。

6? 結(jié)論

?。☉?yīng)力）痕是塑料零件常見(jiàn)的一種缺陷，此次優(yōu)化基于Moldflow軟件從簡(jiǎn)單試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒ⅰ⒔Y(jié)果解析、機(jī)理探究到典型缺陷案例，形成了一個(gè)完整的解決思路，改善效果明顯，為實(shí)際工作中解決雙色印痕問(wèn)題提供一個(gè)解決方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王澤. Moldflow/MPI在塑料雙色成型過(guò)程中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2009，21（2）：57-59.

[2] 潘建新，潘祎. 基于模流分析技術(shù)的高光雙色注塑件成型工藝研究[J]. 化工裝備技術(shù)，2018，39（1）：11-14.

[3] （美）Jay Shoemaker. Moldflow設(shè)計(jì)指南[M]. 成都：四川大學(xué)出版社，2010.

[4] 王新艷. 注塑制件內(nèi)應(yīng)力影響因素分析[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（19）：124-124.

（編輯? 凌? 波）