劉 勇

（貴州大學(xué) 機械學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展[1]，塑料已廣泛應(yīng)用于汽車、家電、電子等行業(yè)，對注塑制品日益增長的需求推動了注塑成型技術(shù)的發(fā)展。信息產(chǎn)品和電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展對注塑制品提出了更高的要求，如輕便、小巧等，這些就促使了薄殼件的出現(xiàn)。然而，由于制件壁厚較小，所以制件容易出現(xiàn)短射、翹曲、殘余應(yīng)力等缺陷。一般情況下解決這些缺陷主要依靠設(shè)計者的經(jīng)驗[2]，通過反復(fù)試模、修模來改善設(shè)計。這種方法因事先缺乏充分的依據(jù)，不僅延長了模具的生產(chǎn)周期，增加了成本，而且質(zhì)量也難以保證。利用CAE技術(shù)，可以對缺陷進(jìn)行有效的模擬分析，并提出改進(jìn)方法，從而減少試模、修模中的盲目性，縮短制造周期。

1 原始方案及模流分析

圖1 制品原始結(jié)構(gòu)

圖2 材料黏度曲線

1.1 制品原始結(jié)構(gòu)

如圖1所示，該制品為中空盒形制件，中間形狀較復(fù)雜，長×寬×高約為90mm×40mm×35mm，制件大部分壁厚約1mm，最小壁厚為0.7mm。

材料為PVC+20%GF，廠家推薦模具溫度范圍：21～37℃；熔體溫度范圍148～212℃。黏度剪切速率關(guān)系如圖2所示，從圖中可以看出材料黏度較高，則其流動性較差。

1.2 原始工藝設(shè)置及模流分析

采用Moldflow模擬制品成型過程，設(shè)置模具溫度29℃、熔體溫度180℃、保壓時間10 s，保壓壓力為80%充填壓力，采用默認(rèn)注塑機并設(shè)置最大注塑壓力120MPa（為實際生產(chǎn)中注塑機的最大值），注射速率20cm3/s。

如圖3所示為充填時間結(jié)果圖，藍(lán)色區(qū)域先充填，紅色區(qū)域最后充填，總充填時間約為1 s。圖中灰色區(qū)域為制品短射區(qū)域。

圖3 原始工藝充填時間

充填階段分析日志如圖4所示，充填進(jìn)行到0.61 s時，達(dá)到了注塑機最大注塑壓力，在0.90 s時，檢測到短射，原因為注塑機注射壓力或保壓壓力不足。

圖4 原始工藝分析日志

1.3 工藝改進(jìn)方案

依據(jù)上述分析結(jié)果及生產(chǎn)經(jīng)驗，增大注射速率（也就相應(yīng)增大注射壓力）為25 cm3/s，增大模具溫度為33℃、熔體溫度190℃，其他成型工藝及制品結(jié)構(gòu)不變。采用Moldflow重新進(jìn)行分析，充填時間結(jié)果如圖5所示，從圖中可以看出總充填時間約0.6 s，上述短射區(qū)域被充滿。

圖5 改進(jìn)工藝充填時間

充填階段分析日志如圖6所示，充填到0.64 s時，型腔充滿，但在0.50 s時，注射壓力達(dá)到了注塑機的最大值。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，過大的注射壓力，會致使脫模及定出困難，甚至?xí)陧敵鰰r，頂桿在制品上留下明顯的痕跡。故調(diào)整工藝參數(shù)難以滿足制品質(zhì)量要求。

圖6 改進(jìn)工藝分析日志

2 制品結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案及模流分析

在調(diào)整成型工藝無法滿足制品質(zhì)量的情況下，合理設(shè)計制品結(jié)構(gòu)成為解決短射的主要手段，本文同時提出兩種結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，并用Moldflow驗證方案的可行性。

2.1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案A

如圖7所示，制品外圍壁（紅色圈示的壁）厚度增加0.5 mm。應(yīng)用Moldflow對制品成型過程進(jìn)行模擬分析，成型工藝及注塑機設(shè)置與原始結(jié)構(gòu)方案中的原始工藝一致。

圖7 方案A制品結(jié)構(gòu)

充填時間結(jié)果如圖8所示，從圖中灰色區(qū)域可以看出制品成型依然有短射現(xiàn)象。

圖8 方案A充填時間

2.2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案B

圖9 方案B制品結(jié)構(gòu)

如圖9所示，保持制品壁厚不變，開一條截面為2 mm×2 mm的通道直通短射區(qū)域。應(yīng)用Moldflow對制品成型過程進(jìn)行模擬分析，成型工藝及注塑機設(shè)置與原始結(jié)構(gòu)方案中的原始工藝一致。

圖10 方案B充填時間

充填時間結(jié)果如圖10所示，原始方案與結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案A中的短射區(qū)域被充滿。圖11為分析日志中，顯示了在0.75s時，體積充填100%，型腔完全被充滿。

圖11 方案B分析日志

3 結(jié)語

通過Moldflow軟件，對注塑制品的成型過程進(jìn)行模擬分析，根據(jù)分析結(jié)果改進(jìn)制品結(jié)構(gòu)設(shè)計及模具設(shè)計，并驗證其可行性，避免了反復(fù)試模、修模來改進(jìn)設(shè)計，節(jié)省了設(shè)計時間，降低了生產(chǎn)成本。

[1]趙建.基于翹曲分析的注塑模工藝參數(shù)的優(yōu)化[J].中國塑料，2008，22（11）：61-65.

[2]余玲，陳忠桂，張?zhí)熘?CAE技術(shù)在解決汽車內(nèi)飾件注塑產(chǎn)品缺陷中的應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用，2008，36（7）：40-42.