基于Moldflow的冰箱果菜盒注塑工藝參數(shù)優(yōu)化

潘 利,王星星,鄧旭秋,王陳雪,王 蕊,胥 節(jié),徐 凱

(宿遷學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,江蘇 宿遷 223800)

0 引 言

隨著塑料制件的大量應(yīng)用,產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期也逐步縮短,從而對塑料產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率的要求也越來越高,如何快速、低成本地解決中大型塑件高質(zhì)量成型亟待研究。

本文以中大型塑件—冰箱果菜盒的注塑成型為研究對象,采用Moldflow[3-5]注塑模流分析技術(shù)與Minitab軟件相結(jié)合,確定果菜盒注塑模具澆筑注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng),并采用優(yōu)化算法分析注塑工藝參數(shù)對熔接痕長度的影響,確定最佳成型工藝參數(shù)。

1 果菜盒塑料產(chǎn)品分析

果菜盒作為冰箱中高頻使用的零件,不僅要求安全性、強(qiáng)度高,還要求外觀質(zhì)量翹曲變形小、熔接痕小等。因此,果菜盒塑料產(chǎn)品的材料一般選用聚丙烯(PP),其具有不吸水、光澤性好、容易著色、抗疲勞、抗彎曲強(qiáng)度較高、耐腐蝕性好和高頻絕緣性好等特點。采用UG[6]軟件對果菜盒產(chǎn)品建模,具體尺寸及三維結(jié)構(gòu)如圖1所示。產(chǎn)品的外形尺寸為320mm×206mm×153mm,平均壁厚為2mm,由于產(chǎn)品尺寸比較大,采用一模一腔的型腔布局。

圖1 果菜盒塑料產(chǎn)品尺寸

2 前處理及澆口位置的確定

結(jié)合UG對產(chǎn)品壁厚進(jìn)行分析,確定網(wǎng)格劃分的全局邊長為4.3mm,網(wǎng)格劃分并修復(fù)后的最大縱橫比為14.92,小于15,匹配百分比和相互百分比分別為95.7%和93.9%,滿足分析可靠性要求,網(wǎng)格劃分后的零件如圖2(a)所示。進(jìn)一步對產(chǎn)品的澆口位置進(jìn)行分析,最佳澆口位置如圖2(b)中的紅色圓圈所示。

圖2 果菜盒澆口位置分析

3 冷卻分析

在果菜盒模具的水路設(shè)計中,冷卻介質(zhì)為水,采用的是生產(chǎn)中常見的雙邊循環(huán)型冷卻水路[6],并結(jié)合水塔進(jìn)行塑件的冷卻。本次設(shè)計塑件的最大壁厚為2.19mm,大于2mm,且模寬為320mm,大于200mm,故確定冷卻水路直徑d=8mm,由XC方向,模板單側(cè)進(jìn)水,如圖3所示。進(jìn)而建立帶冷卻水路的三維模型,分析結(jié)果如圖4可示,回路冷卻液的最高溫度為25.7℃,最低值為25℃,最大溫差為0.7℃,冷卻均勻。

圖3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計

圖4 回路冷卻液溫度分析

4 注塑參數(shù)優(yōu)化分析

圖5為熔接痕初步分析結(jié)果,可知熔接線最大可達(dá)到135°,經(jīng)測量,得最長長度可達(dá)到56mm。根據(jù)[7]和經(jīng)驗可知影響熔接痕變化的顯著因素包括熔體溫度、注射壓力、注射速度。因此,利用Minitab建立三因素三水平的田口實驗方案,以熔接痕長度為優(yōu)化目標(biāo),確定果菜盒注塑成型的工藝參數(shù)。表1為各因素水平值,表2為實驗方案及基于Moldflow軟件分析的熔接痕結(jié)果。結(jié)合田口算法的特點,采用望小特征函數(shù)對響應(yīng)目標(biāo)結(jié)果進(jìn)行分析,如公式1所示[8-9]:

表1 各因素的水平值

表2 果菜盒優(yōu)化方案直交表及仿真結(jié)果

圖5 果菜盒澆熔接痕分析

圖6 果菜盒仿真熔接線變量信噪比折線圖

(1)

式中:Xi表示第i次試驗的目標(biāo)量:i表示試驗的序號;N表示試驗重復(fù)次數(shù)。

根據(jù)望小特征原理,計算出不同水平條件下各工藝參數(shù)的平均信噪比,如表3所示。其中,流動速度對熔接痕長度影響最大,其次是溶體溫度和注射壓力。對應(yīng)的信噪比折線圖如圖5所示?？芍?dāng)熔體溫度為260℃,流動速率為40cm3·s-1,注射壓力為180MPa時,塑件表面產(chǎn)生的熔接線最短為6.43mm,相比于初始熔接痕最大長度56mm,降低了88.52%。

表3 塑件熔接線平均信噪比

5 結(jié)束語

冰箱果菜盒產(chǎn)品的質(zhì)量要求高,因此不允許出現(xiàn)過長的熔接痕而影響外觀和強(qiáng)度。由于產(chǎn)品較大,在注塑模具設(shè)計時,需采用一模一腔的結(jié)構(gòu)布局,澆口位于底部中心區(qū)域,冷卻水道為雙邊循環(huán)形冷卻水路并設(shè)有水塔進(jìn)行塑件的冷卻。

運用Moldflow軟件對澆口位置、冷卻系統(tǒng)及注塑工藝參數(shù)進(jìn)行了仿真分析,確定了最佳澆口位置為底部中心位置;由冷卻系統(tǒng)仿真結(jié)果可知,冷卻回路中水溫差0.7℃,冷卻均勻,設(shè)計合理;結(jié)合Minitab,建立田口實驗并進(jìn)行仿真,以熔接痕長度為響應(yīng)目標(biāo),確定了填充質(zhì)量最佳的工藝參數(shù)方案為熔體溫度為260℃,流動速率為40cm3·s-1,注射壓力為180MPa時,塑件表面產(chǎn)生的熔接線最短為6.43mm,相比于初始熔接痕最大長度56mm,降低了88.52%。