基于CAE技术注射模具浇注系统的设计

王晓晓

(江苏信息职业技术学院，江苏 无锡 214153）

0 引言

注射模具经过几十年的发展，其结构或机构设计都有了标准的程式，但浇注系统设计却因塑件结构的独特性而各不相同，它直接影响了塑件的成型质量和生产效率[1]，浇口位置决定了聚合物的流动方向和流动的平衡性，塑件质量可以通过浇口的优化设计得到显著提高，特别是对结构复杂的注射件具有重要的应用价值[2]；传统浇口设计多凭经验及多次试模确定，生产周期较长；本文借助MoldFlow技术，对安全扣塑件进行充填模拟分析，并结合试模情况确定其浇口数量。

1 安全扣工艺分析

（1）外形分析。如图1所示，该塑件的材料为PC料；塑件上壁厚明显不均匀，因此浇口的设计要合理。

（2）尺寸及表面质量分析。该塑件的总体尺寸为41×43×11 mm，可以在250 g注射机上成型。如图1所示，该塑件的①处允许有痕迹，其余表面均有一定的表面质量要求。

2 模流分析的数学模型

图1 安全扣塑件

注射成型充模流动过程是一个相当复杂的物理过程。非牛顿的高温塑料熔体在压力的驱动下通过流道，浇口向较低温度的型腔充填，熔体一方面由于模具传热而快速冷却，另一方面因高速剪切产生热量，同时伴随有熔体固化、体积收缩、分子取向及可能的结晶过程[3]。在工程实际中，注射成型加工的部件一般都是薄壁件，沿厚度方向的尺寸一般较其它两个方向的尺寸小得多，因此在开发注射模拟软件时仅限于这种狭缝型腔中的流动，对流动过程作相应地简化[4]，塑料熔体在三维薄壁型腔内的流动可采用广义的Hele-Shaw流动模型来描述：

式中：u、v分别是x、y方向的速度分量；P、T、ρ；Cp分别是压力、温度、密度、比热。考虑到塑料熔体剪切变稀行为，粘度模型可采用与温度相关的Cross粘度模型。

3 安全扣模流分析

（1）安全扣网格划分。在UG软件中导出STL格式并导入MoldFlow，进行塑件的网格划分、检查、修改等工作，具体如图2所示。

图2 网格划分及网格统计

（2）安全扣浇口数量分析及结论。理论上，单浇口熔接线少，但充填压力较大，充模时间较长，导致效率低、成本高；多浇口则成型压力相对要低，充填速度快，但会出现保压不足等现象，导致开裂、变形、缩痕等现象。

图3 浇注系统

如图3所示，方案一采用单点进料，方案二采用双点进料。通过对两种方案进行模拟分析，根据分析结果综合比较，最终确定浇口数量方案。

图4 充填时间

从图4中可以看出，方案一的充填时间分别为2.391 s，方案二的充填时间为2.480 s，方案一比方案二的充填时间短0.089 s。

图5 气穴

如图5所示，图中箭头所示部分为气穴所在位置，两方案气穴的位置基本相同，且都处在较容易排气的位置。

图6 熔接线

如图6所示，图中箭头所示为熔接线的位置，从中可以看出，两方案的熔接痕出现在气穴的位置。

如图7所示，方案一的变形量为0.3491 mm，方案二的变形量为0.3585 mm，方案一比方案二的变形量要小0.0094 mm。

图7 变形预测

通过上述分析比较，方案一略优于方案二且加工更方便，因此采用浇口的数量采用方案一。

4 试模

从试模的结果来看（如图8所示），采用单点进料方式生产出来的安全扣质量符合要求。

5 结论

（1）对安全扣塑件进行模流分析，从充填时间、气穴预测、熔接线预测、变形预测等多个方面进行分析比较，建议采用单点进料的方式进料。

（2）根据试模的情况，进而确定了单点进料方式注射出来的产品符合要求。

图8 试模后的产品

[1]李德群，唐志玉.中国模具设计大典（第2卷）[M].南昌：江西科学技术出版社，2003.

[2]翟明，顾元宪，申长雨.注射模浇口数目和位置的优化设计[J].化工学报，2003，54(8)：1141～1145.

[3]陈连峰，田中，注射模流动分析的有限元和有限差分法[J].中州大学学报，1999(2)：78～80.