Moldflow技术在注塑制品翘曲变形中的分析应用

2013-07-19肖善华张兴恒

机械工程与自动化 2013年1期

郭晟，肖善华，刘勇，张兴恒

（宜宾职业技术学院，四川宜宾 644003）

0 引言

在薄壳注塑中，常见缺陷是翘曲变形，传统的解决方法是依靠技术人员的经验、技术诀窍并通过不断的尝试来调整，需要花费很多的人力与物力，并且问题还难以得到有效的解决。而使用专业性模流分析软件MPI（Moldflow Plastics Insight）可以基于实际工况，实现对塑料熔体在注塑过程中的填充、保压和冷却模拟，分析变形原因，预测制件的变形结果，由此提出减少变形的方案，从而优化模具的设计，并以此为依据设置有关工艺参数。

1 制件分析

如图1所示的塑件为某学习机电池盒外壳，平均厚度为1mm，宽15mm，长120mm，属薄壳小型注塑件，不允许外表面有熔接痕和明显收缩痕，变形和翘曲情况要求控制在较小范围内。本制件选用GE的牌号为7550的PC＋ABS材料。

图1 某学习机电池盒外壳模型

2 分析计算

采用Fusion类型进行网格划分，经修改网格边长值并优化后所得网格数目为6 662个，匹配率达85.1%，且没有问题网格存在，能满足冷却、流动、变形的分析要求。网络划分后的模型如图2所示。

图2 网格划分后的模型

2.1 浇口位置与形式的确定

如图3所示，产品中间位置为最佳进浇位置，但因产品顶面不能有进口痕迹，所以本制件采用边进浇的方式，采用一模两穴。

图3 最佳浇口位置

在浇口形式的选择上，因本产品是薄壁，选扇形浇口成型，有利于压力的传递，可以减少应力的产生，改善翘曲，获得良好的制品外观。

1＋1模穴型腔连通性检查为正确，如图4所示。

2.2 成型窗口分析

图5为成型窗口分析图，由图中可以获得系统推荐的较优的成型条件为：模具温度87℃，塑件熔体温度267.9℃，注射时间为0.326 5s，冷却时间为11s，注射压力为47MPa。

2.3 冷却＋流动＋翘曲分析

根据成型窗口分析得到的成型条件进行“冷却＋流动＋翘曲”分析，其结果如下：

（1）制品上没有存在过热点或过冷点，且制品整体温度不超过冷却液入口处温度的20℃，制品整体温差较小，不同部位的收缩速率趋于一致，可以有效减少翘曲变形量，制品温度见图6。

图4 1＋1模穴型腔连通性检查

图5 成型窗口分析图

（2）较均匀收缩可避免制品大翘曲。为得到较平均的收缩值，应注意浇口的充填平衡性和制品整体冷却均匀性。本制品两端易产生收缩水，制品的体积收缩率见图7。

图6 制品温度

（3）回路冷却液的温度变化幅度不超过0.44℃（见图8），比较合理，可有效减少翘曲变形量。

（4）制件变形分析见图9。由图9可知，在角效应、收缩、冷却、取向等引起制品变形的各因素中，收缩差异是引起变形的主要原因。

图7 体积收缩率

图8 回路冷却介质温度

图9 制件变形分析图

3 主要结论及解决方法与建议

（1）优化成型条件，降低残余应力变形。由图10及图11分析可知，通过降低注射压力、提高塑料熔体温度及提高模具温度并使模具温度均匀等方法，可使塑件变形状况有所改善，变形量降低。

图10 初始成型条件下的变形分析图

图11 成型条件改善后的变形分析图

（2）延长冷却时间或调整冷却方法来改善变形。例如，可改变冷却管的排布方式，在靠近变形处设置冷却回路。由图12及图13可知，改变冷却管排布方式后，冷却效果加强，变形减少。

图12 初始冷却的变形

图13 改变冷却管排布后的变形

（3）对于冷却不均造成不同程度收缩所引起的变形，也可通过改善冷却方式来减缓。由图14及图15可知，冷却方式改善后，体积收缩率与缩痕指数大为降低，变形减少。

图14 改变冷却管排布方式前（横向冷却方式）的收缩情况

4 结语

利用Moldflow作为CAE平台，通过采用MPI模块对某学习机电池盒外壳注塑件进行填充、保压以及冷却等过程的模拟分析，确定了最佳浇口位置，优化了成型条件。通过分析认为，改善回路冷却液的温度变化幅度、制品整体温差、浇口的充填平衡性、制品整体冷却均匀性及螺杆速度等都能改善塑件的翘曲变形。本文有助于工艺人员和模具设计师不断优化模具设计及注塑工艺参数，从而确保塑料制品质量，提高生产效率，缩短新产品的开发周期。