基于Moldflow 的TPE 塑件流动平衡优化设计*

2020-08-26程国飞丁立刚魏文强陈贤选周卓辉

机电工程技术 2020年7期

程国飞，丁立刚，魏文强，陈贤选，周卓辉

（1.中山火炬职业技术学院，广东中山 528436；2.中山数码模汽车技术有限公司，广东中山 528436）

0 引言

热塑性弹性体（TPE/TPR），同时具备橡胶的物理特性和热塑性塑料的加工特性，又具有环保、无毒、手感好、外观精美、可循环利用等诸多优点，目前已广泛应用在电工电子、医疗器械等行业［1-2］。但因TPE 质地较为柔韧，无法定型，常常需要结合硬胶进行双射注射成型。而为了使软胶TPE注塑时能更好地熔合硬胶或者防止产生短射或飞边等成型缺陷，需要确保TPE熔料在注射过程中能同时到达型腔的各个末端，确保流动平衡。目前，对于单腔或多腔的注射过程中，一般在试模过程中通过调整流道或浇口尺寸进行修正，但如果浇口位置设计不当，很难通过修改尺寸达到流动平衡，这样会加大模具制造的风险，增加模具成本［3］。因此在模具设计初期，结合CAE 技术进行流动平衡分析就显得尤其重要。本文基于Moldflow 软件通过对一模多腔TPE 塑件进行CAE流动平衡研究，可为双射成型硬胶设计和后期模具设计中提供技术参数。

1 塑件结构设计

图1所示为某电动工具把手三维模型，该电动工具把手分为左把手硬胶L 和右把手硬胶R，并在左把手硬胶L 上包裹TPE软胶L1 和L2，在右把手硬胶R 上包裹TPE 软胶R1 和R2。各塑件的具体尺寸如表1所示，其中左把手软胶L2和右把手软胶R2外形尺寸一样，体积相差也不大；各TPE软胶的壁厚均为1.5 mm，按体积从大到小排列为VL1＞VR1＞VL2＞VR2。

图1 塑件三维模型

表1 塑件尺寸

为了使TPE软胶成型时与硬胶更好地熔合，在硬胶上设计了一排沟槽，如图2所示，每个沟槽的壁厚为0.3 mm，宽为3 mm，同时为了防止TPE注射成型时出现飞边影响外观，在硬胶与软胶结合处还设计了美观缝。

图2 软硬胶结构设计

2 分析前处理

2.1 网格模型

利用UG NX软件建好塑件三维模型，并根据产品和模具结构排位，并用删除面等功能去除不影响分析结果的微小圆角或倒角，再导出为x_t 文件。打开Moldflow 软件，新建工程，导入之前的x_t文件，选择网络类型为Dual Domain，点击创建网格，采用软件推荐的全局边长0.76 mm 即可，进行网格创建，并对不良三角形单元如纵横比过大等进行修复，修复后的网格模型和网格统计如图3所示。

图3 网格模型

2.2 材料选用

因电动工具产品均要接受跌落测试，材料必须具有高刚性、高强度、高耐热性等特性，故左右把手硬胶选用增强尼龙，牌号为PA6-G30 N-103，该材料推荐的模具温度为75 ℃，熔体温度范围为265 ℃，顶出温度为150 ℃。为了防止双射成型过程中第二次注射熔体把第一种材料熔化，两种材料需存在30 ℃以上的温差。本例中的左右把手软胶材质为TPE，选用牌号为FLEXBOND-1026BFE NC004，该材料推荐的模温温度为40 ℃，熔体温度为180 ℃，顶出温度为86 ℃，两者熔体温度相差85 ℃，符合双射成型基本要求。查如图4所示的Moldflow 材料库黏度曲线可知，该材料黏度随熔体温度变化比较明显，注射温度越高，熔体流动性越好，越便于注射成型。

图4 TPE材质黏度曲线

3 浇口位置分析

通过查询得知，TPE 的流长比一般为100 ～150，每块区域经计算采用单个浇口即可。由于左右把手软胶共分成4 块区域，无法一次进行“浇口位置”分析。故需要把上面得到的网格模型复制成4 份方案，并在每份方案中保留其中一块区域。在每个方案中均运用Moldflow 进行“浇口位置”分析，浇口数量均设为1，得到的最佳浇口位置如图5 所示。实际浇口位置可以此最佳浇口位置为参考，可以避免因浇口位置设计不当而造成模具返修等损失［4-6］。

图5 最佳浇口位置

4 流动平衡初分析

为了确保熔体在充填过程中能够尽量同时到达型腔的各个末端，参考最佳浇口位置，并根据左右把手硬胶结构特点，初定合适的浇口位置，进行“填充”分析，根据“充填时间”结果不断微调各浇口位置来找到最佳的进浇位置［7］。根据塑件的质量、壁厚、浇口位置来构建浇注系统，因塑件为外观件，TPE水口料可再次注射使用，故采用潜入顶针式进浇方式，冷流道系统，如图6 所示，具体尺寸如表2 所示。采用Moldflow软件默认的工艺参数进行“填充”分析，分析结果如下。

图6 浇注系统

表2 初始设计的浇注系统

4.1 充填时间

左把手软胶L2 最后充填时间为0.975 7 s，右把手软胶R2最后充填时间为0.936 2 s，左把手软胶L1 最后充填时间为0.846 2 s，右把手软胶R1最后充填时间为0.832 2 s，如图7所示。充填时间从大到小排列为tL2＞tR2＞tL1＞tR1，其中最大与最小值相差0.143 5 s，相比最大值约有14.7%差值，充填不平衡，将会影响塑件质量。