基于CAE技术的薄壁塑料盒成型工艺分析_陈敬栋

基于CAE技术的薄壁塑料盒成型工艺分析

陈敬栋,王晓枫

(合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009)

摘 要:以一个薄壁塑料盒为例,详细阐述了Moldflow流动模拟分析软件的功能和一般流程,分析了如何通过调整、优化工艺参数,对翘曲缺陷进行分析,找出原因,给出了解决方法,显示了CAE技术在注塑模设计及注塑件开发过程中的突出作用。关键词:CAE;工艺参数;Moldflow;注射成型;盒形塑件

中图分类号:TG113.26;TP391.77 文献标识码:B 文章编号:1671 5276(2008)06 0037 03

ProcessAnalysisofThinWallPlasticsBoxInjectionMoldingTechnologyBasedonCAE

CHENJing dong,WANGXiao feng

(SchoolofMechanicalandAutomobileEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:ThispaperexpoundsthefunctionandgeneralprocessofMoldflowasfortheinstanceofathinplasticsbox,andanalyze

theparametersthroughtheadjustmen,ttheoptmiizationprocess.Italsocarriesontheanalysisofthewarpflaw,discoverstherea sonandgivesthesolution.ThespecialcontributionsofCAEtechnologyinthefieldofinjectionmouldindustryareshownbytheway.

Keywords:CAE;processparameter;Moldflow;injectionmolding;box component

丝、气泡等注塑成型缺陷。塑件的长、宽、高外形尺寸为

150mm 150mm 70mm,盒体四面及底面的厚度尺寸为0.85mm,上沿厚度为1mm。最大截面位于四周卡口底部如图2中的截面所示,此截面也为模具分型面。

0 引言

传统的注塑方法是在正式生产前,由设计人员凭经验与直觉设计模具,模具装配完毕后,通常要几次试模,发现问题后不仅要重新设置工艺参数,甚至还要修改塑料制品设计和模具设计,增加生产成本,延长产品开发周期。随着CAE技术的迅速发展,特别是Moldflow软件的推出与应用,突破了传统思维的限制,避免了设计中的盲目性,有目的地修正设计方案;使工程技术人员在模具加工前即可在计算机里完成!试模 工作,预测成型工艺参数对制品外观和性能的影响,从而找出最佳成型参数。借助CAE系统后,就可以比较正确地设计注塑模具,避免反复试模和修模,大大地节约模具制造费用、提高模具与产品的品质和缩短模具制造周期等。

图1 塑件原型

1 CAE软件介绍和模型建模

a)Moldflow软件分析流程:采用Moldflow软件中的MPI6.1(moldflowplasticsinsight6.1)进行分析。MPI是专业性模流分析软件。它可以在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析,包括最佳浇口位置、填充、保压、冷却、翘曲、流道平衡和收缩分析等。完整的MPI分析流程为:导入产品模型#划分网格#诊断并修复网格缺陷#设置浇注、冷却(加热)系统#选择分析次序#选择分析材料#设定成型工艺参数#分析计算#分析结果判研。b)塑件分析:塑件原型如图1所示。塑件的Pro/E建模(线框图)如图2所示。该塑件材料为聚丙烯(PP),盒体为透明体,外表要求光亮、平整,不得有扭曲、飞边、银

图2 塑件的Pro/E建模(线框图)

c)网格模型建立:首先在Pro/E中创建实体模型,并

作者简介:陈敬栋(1980 ),男,浙江省苍南县人,硕士研究生,研究方向为模具CAD/CAM/CAE。M

n,ec,37(6):37~39

37

进行必要的简化(取消了上沿口的小圆角,四周的加强筋,底面的凹平台),保存为STL格式;再导入到MPI6.1中,调整模型的z轴方向与注塑机的锁模力的方向一致,采用Fusion网格对模型进行网格划分。为了保证分析结果尽量准确,需对所得网格进行修改、优化。此薄壁模型网格的相互交叉和完全重叠的单元较多,需要进行多次自动修补,最后对网格模型进行厚度检查调整。优化后的网格统计信息为:三角形单元数7780,节点数3892,匹配率为91.7%。

图4 气穴分析结果

2 分析及优化

模型为薄壁结构,四周和底面容易产生翘曲缺陷,盒体沿口位置厚度变化较大,容易产生收缩不均、短射、气穴等缺陷;浇口在底面中心,熔料从四周到达上沿有时间差,容易产生熔接痕。这里先进行Flow+Warp初步分析,然后根据结果主要以分析、优化翘曲缺陷为主。

a)浇口位置分析:Moldflow软件可以根据模型几何形状以及相关材料参数、工艺参数分析出浇口的最佳位置。用户可以在设置浇口位置之前进行浇口位置分析,根据这个分析结果设置浇口位置,从而避免由于浇口位置设置不当可能引起的制件缺陷。分析结果如图3所示,盒底中心的最深色位置为最佳浇口,这与原型的浇口位置是一致的。由于盒体表面品质要求较高,浇口设置在底部影响较小,并采用直接浇口。

到达最上沿后,再填充外围卡口部分,所以上沿,特别是其四个圆角部分,填充时间较晚。

图5 原始分析的填充时间

3)翘曲分析:翘曲分析结果分为4类:总体变形、冷却因素导致的变形、收缩因素导致的变形和分子取向导致的变形。每一类变形又分为总体变形和x,y,z3个方向上的分量。这里只列出了总体变形(图6)和收缩因素(图7)导致的总体变形图。因为收缩因素是翘曲的主要原因,而冷却因素和分子取向则是次要因素。可以看出圆角处,收缩量很大,最大处达到了1mm,盒体四周也达到了0.5mm。

图3 浇口位置分析

b)Flow+Warp原始分析:PP材料的模具温度范围为(30~60)(,成形温度范围为(220~270)(。这里采用软件的默认设置:模具表面温度40(,料温为230(,填充控制、V/P速度压力控制转换点、保压控制全部由系统自动设定,特别是要选中Isolatecauseofwarpage复选框,进行独立的翘曲因素分析。

计算结束后,MPI生成Flow+Warp的分析结果。1)气穴分析:结果如图4,气泡都位于沿口处,由于离分型面较近,容易排气。原型四周上沿分布有多处体积不等的气穴,大都分布于分型面处,分型面处本不该出现气穴,这些缺陷更像短射,主要原因可能是浇口位于底面,熔料沿薄壁流动阻力大,料温下降过快,从各方向到达上部的时间不同,有些气体被不同股料流包围,来不及逃逸而产生气穴。

2)Filltime填充时间:盒体在1.157s的时间内完成熔体的充模(图5),没有短射的现象。熔料从底面沿薄壁 图6 总体变形量

c)调整方案分析:引起产品翘曲变形的原因和相关因素:冷却不充分;分子取向不均衡;模具浇注系统设计有缺陷;成型条件设置不当;脱模系统不合理等。从原始分析结果看出,冷却和分子取向的影响可以忽略,而脱模系统和浇注系统的问题也不是造成产品翘曲的主要因素。因此,注塑成型条件就成为了主要因素。根据经验,调整了产品注塑成型参数中的注射时间和保压曲线,对调整后的方案进行了成型仿真模拟。

方案一:注射时间设为0.8s,保压曲线如图8。

http:%HD.chinajourna.ln.E mai:&

方案的最大变形量超出实际变形量,需要通过调整制件的壁厚和结构来进行优化。原型中4个圆角处的加强筋可以缩短熔料到达圆角的时间,使4个圆角凝固充分,这样可以减小变形量。原型底部的凹平台,可以提高底面的刚度并减小底面的翘曲。由于分析模型的尺寸是对原型的粗略测量得来,并且模型是经过简化的,最后结果出现偏差也是正常的。另外,PP材料本来的成型收缩率就比较大,在模具设计中,型腔要给制件留出足够的收缩余量。

图7 收缩因素引起的变形量

图10 方案一的总体最大变形量

图8 方案一的保压曲线

方案二:注射时间设为0.6s,保压曲线如图9。

图11 方案二的总体最大变形量

4 结论

通过模型的模拟分析,运用Moldflow软件可以对各种

工艺参数进行调整分析,最大限度地找出问题的原因,反

图9 方案二的保压曲线

d)分析结果(表1)比较和原因分析

表1 分析结果表

分析结果原始分析方案一方案二

填充时间/s最大射压/MPa最大变形量/mm最大体积收缩率/%1.1570.90290.6736

74.9574.5674.62

约1.014约0.8890约0.8780

11.8812.0412.62

馈于产品的设计、模具的制造过程,加快设计进度,提高制造品质,对制造企业有很强的应用价值,具有明显的经济效益。参考文献:

[1]周其炎.Moldflow5.0基础与典型范例[M].北京:电子工业出

版社,2007.

[2]单岩,王蓓.Moldflow模具分析技术基础[M].北京:清华大学

出版社,2004.

[3]王刚,单岩.Moldflow模具分析应用实例[M].北京:清华大学

出版社,2005.

[4]唐志玉.大型注塑模具设计技术原理与应用[M].北京:化学

工业出版社,2004.收稿日期:2008-05-29

方案一和方案二的最大变形量分别如图10和图11所

示。可以看出,原始分析与方案一,在浇注系统不变,缩短填充时间的情况下,最大射压变化很小,而最大变形量有12.3%的减小,由于保压压力的增加,最大体积收缩率稍微增大一点。而方案一与方案二区别很小,说明通过填充时间和保压的调整,只能在一定范围内,改变翘曲变形。3个

M

n,ec,37(6):37~39

39

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kb41.html