基于Moldflow的薄壁壳体注塑件成型质量分析

张田荣，曹宏伟

（甘肃机电职业技术学院，甘肃 天水 741001）

工艺条件对制品质量的影响，在注塑成型过程中存在诸多非线性时变和不确定因素，是工艺优化和质量控制的一大难点。翘曲变形、缩水、飞边、熔接痕和尺寸变化等，是注塑成型中最常见的质量缺陷[1]。引起这些缺陷的因素很多，除了材料自身性能外，塑件形状、壁厚、注射压力、注射时间、浇口形式、流动方向、冷却速度和模具温度等因素，对塑件的成型都会产生一定的影响[2]。本文以某薄壁壳体注塑件为研究对象，运用Moldflow软件对注射成型过程进行模拟分析。

1 网格划分

该件属薄壁壳体类塑件，平均壁厚为2mm，选用材料为PC/ABS合金。将模型导入到Moldflow软件中，采用双层面（Dualplane）网格划分，获得2202个单元，最小纵横比为1.16，最大纵横比为5.9，平均纵横比为1.82，匹配率为99.8%（大于90%），满足分析要求，有较高的精确性，可进行完整的模流分析。经过网格诊断、修复等前处理，得到的有限元模型如图1所示。

表1 工艺参数

2 注塑成型质量分析

设置工艺参数，进行模具模流模拟分析，研讨可能出现的成型质量问题。注塑工艺参数设计数据如表1所示。

图2充填时间分析结果表示，充填时间和浇口位置有关系。离浇口距离越远，充填时间越长，头部附近最后充填，可能会造成各型腔压力不平衡，产生翘曲等缺陷；图3流动前沿温度分析结果表示，熔体前沿温差为0.7℃，八个角部与其它地方颜色差别较大，可能会引起翘曲变形等缺陷；图4熔接线分析结果表示，熔接痕多数在流动前沿温度较高处；图5气穴分析结果表示，粉色小点就是气穴，分布在头部边缘，试模时排除，对塑件基本没影响；图6回路冷却液温度分析结果表示，入口处冷却液温度为温度25.04℃，出口处为 27.51℃，温差为2.47℃，冷却液温差较小，满足要求，不会产生冷却不均导致的缺陷；图7回路管壁温度分析结果表示，管壁温差为9.26℃，冷却系统设计较为合理[3]。

图8所有翘曲变形分析结果表示，翘曲变形较严重的地方在壳体边缘处，变形量最大值达到0.4069mm，会影响壳体的平面度，其他地方翘曲值较小，且对称分布。

3 翘曲变形原因分析

通过上述模拟分析可知，翘曲变形是主要缺陷。图9分析了不同因素引起的翘曲变形在模腔中的分布情况，图9a表示冷却不均引起的翘曲变形，最大值为0.1073，集中在角部边缘处；图9b表示收缩不均导致的翘曲变形，最大值为0.5391mm，对称分布，集中在头尾两端。图9c表示取向效应引起的翘曲值，最大值为0.3474，说明该材料纤维取向相对均匀[4]。

综合上述分析结果，该薄壁壳体注塑件翘曲变形较大，影响产品最终质量。为减小翘曲变形，可采取更换材料、调整模具结构，优化工艺参数等方法。优化工艺参数途径最为简便经济。影响翘曲变形的工艺参数包括熔体温度、保压压力、注射时间、模具温度和保压时间等，后续可着重优化工艺参数[5]。

4 数值模拟可靠性验证

设计工艺参数时，熔体温度、模具温度、保压压力等为经验数据，误差不可避免。锁模力、剪切速率及注射时间通过设计计算得到。数值模拟值与计算值相对误差如表2所示。

表2 计算值与数值模拟值相对误差

选择锁模力、二级分流道的剪切速率、注射时间模拟分析值为参考，与相应的设计计算值进行比对得出相对误差，判断相对误差大小以验证数值模拟的可靠性，若相对误差大小在5%左右，表明模型可靠[6]。通过表2可知，锁模力、二级分流道剪切速率、注射时间的模拟值与设计计算值之间的相对误差为5%～7%，本研究数值模拟可靠，可用于后续优化。

5 结论

本文首先对某薄壁壳体进行注塑成型工艺参数设计，通过Moldflow模拟分析,检验工艺参数、浇注系统及冷却系统设计的合理性。除了翘曲变形较大，其它模拟结果相对良好，满足设计要求。将工艺参数设计值与模拟值进行比对分析，验证CAE模拟的可靠性，误差在允许范围内，表明CAE模拟结果可靠，需进一步优化工艺参数，该模拟结果可作为后续优化的依据。