基于Moldflow的浇注系统对塑件翘曲的影响研究

刘淑芬，宋晓龙，杨胜，徐慧

（辽宁工业大学　机械工程与自动化学院，锦州 121001）



基于Moldflow的浇注系统对塑件翘曲的影响研究

刘淑芬，宋晓龙，杨胜，徐慧

（辽宁工业大学机械工程与自动化学院，锦州 121001）

摘 要：针对注塑工艺中常见的由材料纤维取向引起的塑件翘曲变形，应用Moldflow软件对该问题在不同浇注系统下进行仿真研究，对比不同方案在相同翘曲起因下的翘曲程度，预测了塑件在不同浇注系统下由纤维取向引起的翘曲变形量，最终获得了理想的浇注系统设计方案。

关键词：注塑成型；翘曲；纤维取向；浇注系统；Moldflow软件

0　引言

浇注系统设计是注塑模具设计中最关键的一环，决定了熔料的流动方向和流动平衡性，对聚合物的分子取向及塑件的翘曲有很大影响。对由含玻璃纤维聚合物制造的塑件，其翘曲主要由于玻璃纤维的纤维取向引起，而浇注系统对材料的纤维取向有着决定性影响，合理的浇注系统可以有效降低制品翘曲。本文以某公司生产的汽车发电机端盖为例，利用Moldflow软件对面向该产设计的三种浇注系统进行仿真，通过对在一定注塑工艺条件下产品翘曲程度的分析比较，确定了最佳浇注系统方案，为模具设计者提供科学借鉴。

1　浇注系统设计前处理

1.1产品分析

产品模型如图1所示，为黑色汽车发电机端盖，平均壁厚为1.5mm，尺寸为直径约124mm，高32mm的不规则圆柱形深腔端盖，表面分布多个散热孔，端盖圆柱面部分区域形状多且没有加强筋；工艺要求：产品正面无明显浇注痕迹，翘曲变形量控制在0.8mm以内；产品生产原料：含30%玻璃纤维的尼龙66，材料牌号为：PA66-G30 B-01；考虑现有注塑机规格以及产品工艺要求，产品采用一模一腔三板倒装模点浇口浇注系统。

图1　产品模型图

图2　产品网格统计及有限元网格模型

1.2产品三维模型的有限元网格

由于Moldflow为专业模流分析软件，建模功能并不强大，故在UG中建立产品模型再导入Moldflow。该产品为薄壁圆柱形深腔型产品，故采用双层面网格，经过对网格调节长径比、调整单元取向、去除自由边等处理后，得到如图2所示的满足模流分析要求的网格和产品网格模型。

表1　相关成型工艺参数

1.3浇注系统设计方案

产品由现有规格为最大注塑压力120MPa，最大锁模力100tonne的注塑机生产。结合产品工艺要求和模具设计的相关原则，设计共三套浇注系统方案。相关成型工艺参数如表1所示，Moldflow中“浇口位置”分析模块很好的考虑了流动的平衡性、型腔内的流动阻力与产品的形状和壁厚等因素。利用该模块辅助找出产品的最佳浇口位置并建立流道系统，如图3所示。

图3　浇注系统设计方案

参考分析结果，设计如下：方案一考虑减小注塑压力及浇注痕迹，浇口设计在产品背面的产品圆心节点N20158处，产品所需注塑压力小，正面无浇注痕迹；方案二在产品背面采用两点进浇，浇口分别设计在节点N22281与N22253处，产品正面无浇注痕迹，所需注塑压力小；方案三在产品背面采用三点进浇，浇口分别设计在节点N22278、N22227、N22253处，产品正面无浇注痕迹。

2　浇注系统方案分析比较

2.1翘曲变形

翘曲是由注射过程中塑件收缩率不均匀引起，主要表现在以下三个方面：1）塑件不同区域的收缩率不同；2）塑件沿厚度方向收缩不均匀；3）材料分子取向平行和垂直方向上收缩不均匀。Moldflow中的翘曲模块用于分析塑件的翘曲变形，通过该模块可以模拟塑件成型过程，对成型结果的翘曲变形进行预测，从而制定设计方案。翘曲分析模块将翘曲起因解析为以下三点：1）由冷却不均引起的翘曲；2）由收缩不均引起的翘曲；3）由取向效应引起的翘曲。

2.2翘曲分析结果

按照表1中各方案工艺参数对产品进行翘曲仿真分析。方案一翘曲分析结果如图4所示。

图4　方案一翘曲分析结果

方案二翘曲分析结果如图5所示。

图5　方案二翘曲分析结果

方案三翘曲分析结果如图6所示。

图6　方案三翘曲分析结果

图4（a）、图5（a）、图6（a）冷却不均引起的翘曲；

图4（b）、图5（b）、图6（b）收缩不均引起的翘曲；

图4（c）、图5（c）、图6（c）取向效应引起的翘曲；

图4（d）、图5（d）、图6（d）所有效应的翘曲变形。

图4～图6为三种设计方案翘曲分析研究的结果，将该结果列入图7。由曲线图可知：三个设计方案中，冷却不均引起翘曲变形极为微小，不是翘曲的主要起因；收缩不均引起的翘曲变形分布在0.64mm到0.74mm之间，方案之间差异微小；取向效应引起的翘曲变形，方案二翘曲最大值为0.72m，相比方案一、三分别减小了31% 和22%；整体翘曲变形中，方案二为0.63mm，相比方案一、三分别减小了50%和47%，满足了产品的生产工艺要求。通过以上分析结果比较，最终浇注系统在综合考虑改善纤维取向、降低生产成本等因素下，选择方案二。

图7　不同方案翘曲分析对比曲线图

3　结论

浇注系统在模具设计中极为重要，使用Moldflow软件对发电机端盖的四种浇注系统设计方案进行仿真分析，预测不同浇注系统对材料纤维取向的影响，确定最佳设计方案，证明在注塑工艺中合理的浇注系统能有效改善纤维取向从而减小塑件的翘曲，但并不是浇口越多越好。

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Effect Study of gating system on plastic parts warping based on Moldflow

LIU Shu-fen， SONG Xiao-long， YANG Sheng， XU Hui

中图分类号：TQ320.66；TP391

文献标识码：A

文章编号：1009-0134（2016）05-0024-03

收稿日期：2016-01-11

作者简介：刘淑芬（1972 -），女，辽宁铁岭人，副教授，硕士，研究方向为机械CAD/CAM/CAE。