澆口設(shè)計中的CAE優(yōu)化分析

史昆玉^*,，王永峰，何朋飛,，董明青

（武漢工程大學(xué),，湖北武漢 430074）

摘要：以電表殼為例分析殼類塑件在注塑過程中最易產(chǎn)生的問題（翹曲變形、熔接痕,、氣穴）,，通過Moldflow的模擬過程發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)模具設(shè)計中易導(dǎo)致塑件變形并對其進(jìn)行優(yōu)化分析，使產(chǎn)品在設(shè)計階段得到充分優(yōu)化,，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期并最終使產(chǎn)品質(zhì)量（翹曲變形,、熔接痕、氣穴）得到較大的改善,。

關(guān)鍵詞：殼類塑件,；翹曲變形；氣穴,；CAE優(yōu)化

由于近年來科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn),，帶來了模具技術(shù)的又一次革命，對注塑產(chǎn)品的大規(guī)模需求,，尤其是對大體積,、裝配精度要求高的殼類注塑產(chǎn)品的需求，使得傳統(tǒng)中依據(jù)設(shè)計者的個人經(jīng)驗先設(shè)計出模具,，然后進(jìn)行試模和調(diào)整的方法顯現(xiàn)出天然的弊端,。以這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差，且生產(chǎn)周期和成本都比較高^[1],。

隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展,，可以通過模擬軟件對注塑過程進(jìn)行模擬，優(yōu)化澆口位置數(shù)量,，減少熔接痕和氣穴的產(chǎn)生,，并且可以對塑件進(jìn)行翹曲變形分析。模擬預(yù)測產(chǎn)品在成型過程中可能出現(xiàn)的缺陷,，降低生產(chǎn)成本,，縮短生產(chǎn)周期，提高塑件質(zhì)量,。

Moldflow是一款專業(yè)的模流分析軟件,，在注塑過程的模擬應(yīng)用中非常廣泛。運用這款軟件可以優(yōu)化澆口的設(shè)置，模擬溶體在型腔中的充填行為,，預(yù)測溶體的前沿溫度,，可能產(chǎn)生熔接痕的位置，以及對塑件進(jìn)行翹曲變形分析等,。本文就是以電表殼為例介紹Moldflow在實際問題中的應(yīng)用,。

1 模擬過程

1.1 制品前處理

1.1.1 建立實體模型及有限元模型

利用Pro/E建立實體模型如圖1所示，并將其保存為可直接導(dǎo)入Moldflow的IGES格式,，把實體模型導(dǎo)入Moldflow CAD Docter對其因軟件轉(zhuǎn)化錯誤進(jìn)行修復(fù)如圖2,、圖3所示，并進(jìn)行簡化處理,。

圖1 實體模型

把修復(fù)后的實體模型導(dǎo)入Moldflow Synergy進(jìn)行網(wǎng)格劃分,，如圖4所示,。

圖2 修復(fù)前                 圖3 修復(fù)后

圖4 有限元模型及其網(wǎng)格統(tǒng)計

從網(wǎng)格統(tǒng)計中可以看出經(jīng)過修復(fù)后的實體模型在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時得到的結(jié)果比較好,，且其匹配率和相互百分比都達(dá)到90%以上^[2]，所以該模擬過程的精度符合要求^[3],。

1.2 澆口的優(yōu)化分析

1.2.1 澆口位置預(yù)分析

為了方便初步確定澆口的位置,，利用Moldflow軟件中的澆口預(yù)分析功能先初步找到一個合理的澆口位置，雖然這只是一個參考位置,，但它對澆口設(shè)計具有很好的參考作用,，如圖5所示。

1.2.2 澆口設(shè)計

由于產(chǎn)品較大故采用一模一腔的模具設(shè)計,，對澆口的位置及數(shù)量設(shè)計澆口方案,。

方案一：將澆口設(shè)計在預(yù)分析所得到的最佳位置上。

方案二：在方案一對稱的位置上再添加一個澆口,。

方案三：在預(yù)分析可能的位置上設(shè)置四個相互對稱澆口,。

方案四：在預(yù)分析可能的位置上設(shè)置上下對稱，左右軸對稱的四個澆口,。

圖5 澆口位置預(yù)分析

2 充填時間

充填時間是指熔體從開始到充滿整個模具型腔所用的時間^[4],。充填時間過長也就意味著熔體在模具型腔中停留的時間過長，易導(dǎo)致熔體溫度下降,，黏度增加,，增大注射壓力，最終得不到理想的充填效果,。因此,，為了獲得較好的產(chǎn)品質(zhì)量和提高產(chǎn)品效率，縮短填充時間是非常有必要的,。

圖6中（a）～（d）分別代表著方案一到方案四的充填時間,，充填時間分別為4.421 s、3.815 s、3.502 s和3.487 s,，四者比較,，方案四的充填時間較短。

（a）方案一                 （b）方案二

（c）方案三                 （d）方案四

圖6 充填時間

3 流動前沿溫度

流動前沿溫度是指塑料熔體在型腔中最前沿處的溫度,，溫度差對塑件的翹曲變形量有直接影響,，其值越大，產(chǎn)品變形量就越大,。塑件越容易產(chǎn)生斷裂等缺陷,。圖7中（a）～（d）分別是方案一到方案四的流動前沿溫度，其最高流動前沿溫度依次為241.3℃,、240.8℃,、240.8℃、240.7℃,。

4 氣穴

氣穴的產(chǎn)生是因為溶體在模具型腔中流動時包裹氣泡而形成,，這主要是因為大多數(shù)溶體中含有揮發(fā)性氣體以及塑料流動性差和塑件表層的冷卻速度大于中心層的緣故^[5]。氣穴將直接影響塑件的強度和外觀質(zhì)量,，如果氣穴在塑件的結(jié)構(gòu)部位將會降低塑件強度,，而邊緣位置的氣穴則可以通過凸凹模的間隙排出。圖8中,，（a）～（d）分別是方案一到方案四的氣穴分布,，方案三和方案四的氣穴較少且多存在塑件表面，而另外兩種方案產(chǎn)生的氣穴較多,。

（a）方案一                      （b）方案二

（c）方案三                     （d）方案四

圖7 流動前沿溫度

（a）方案一                 （b）方案二

（c）方案三                 （d）方案四

圖8 氣穴

5 翹曲變形分析

翹曲變形是指原料沒有按照設(shè)計要求成型,，塑件發(fā)生扭曲，是注塑件常見的缺陷之一,，作為評定注塑件質(zhì)量的重要指標(biāo)^[6]翹曲變形不僅影響塑件的外觀形狀,，而且影響塑件的力學(xué)性能，因此應(yīng)該盡量減小塑件的翹曲變形^[7],。圖9中,，（a）～（d）分別是方案一到方案四的總翹曲變形量，其最大總變形量依次為1.519 mm,、1.528 mm,、1.532 mm、1.510 mm,。綜合以上分析,，可以看出方案四的充填時間和最高流動前沿溫度最低，氣穴較少且多分布在塑件表面,，總變形量最小,，因此方案四的澆口設(shè)計較為合理,。

（a）方案一 （b）方案二

（c）方案三 （d）方案四

圖9 總變形量

6 結(jié)論

從以上的分析中可看出，澆口的數(shù)量和位置都對產(chǎn)品的成型有重大影響,，應(yīng)該綜合考慮這些因素以便更好的優(yōu)化澆口設(shè)計,。通過提出幾種不同的可行化方案和基于Moldflow軟件對產(chǎn)品模擬注塑分析，從充填時間,、流動前沿溫度,、氣穴和產(chǎn)品的總變形量等方面綜合考慮，選出了最優(yōu)化的設(shè)計方案,，這表明Moldflow軟件在現(xiàn)代注射成型領(lǐng)域與以經(jīng)驗為主要依據(jù)的傳統(tǒng)模具設(shè)計具有明顯的優(yōu)勢,，即提高了注射成型的生產(chǎn)效率，又實現(xiàn)了資源的優(yōu)化利用^[8],。

參考文獻(xiàn)：

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The Gate Design of CAE Optimization Analysis

SHI Kunyu，WANG Yongfeng,，HE Pengfei,，DONG Mingqing

( Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430074, China )

Abstract：Based on a shell plastic shells is a kind of plastic parts as an example analysis of problems in injection molding process is the easiest（buckling deformation、welding scar, air pocket）,By Moldflow simulation found that traditional mould design can cause plastic deformation and carries on the optimization analysis, make full optimization of the product at the design stage, shorten the product development cycle and ultimately make the product quality (buckling deformation, welding scar, air pocket) to get greater improvement.

Key words：shells plastic parts,；buckling deformation,；air pocket；CAE optimization

中圖分類號：TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.04.010

文章編號：1006－0316 (2017) 04－0042－05

收稿日期：2016－10－19

基金項目：武漢工程大學(xué)科學(xué)研究基金項目資助（k201519）

作者簡介：王永峰（1991－）,，男,，安徽宿州人，工學(xué)碩士,，主要研究方向為注塑模仿真,。

*通訊作者：史昆玉（1972－），女，湖北武漢人,，工學(xué)博士,，副教授，主要研究方向為模具工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化,。