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塑料模具 |
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Moldflow在WQT36模具设计中的应用 |
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作者：宋小辉 吴灵芳 李双定 |
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注塑成型的特点，决定了平板类的制品在成型过程中不可避免的发生翘曲变形，对于冷暖气流控制板(如图1所示)，若平板面的单边变形量超过0.5mm，会影响到空调的密封性。因此，在注射成型时，其温度、压力、时间等工艺条件的选择及模具和注射机是注射成型翘曲变形的关键技术。
传统的注塑模设计，主要凭借设计人员的知识和经验，模具设计、加工完毕后，需要花费大量的时间进行调试、修模，导致设计、加工的成本增加，效率降低。现应用Moldflow Plastics Insight(MPI)软件，对其进行数值模拟，为注射工艺和模具结构的确定提出了具有理论依据的建议。
1 注射成型过程模拟
1.1 模型的创建及有限元网格划分
考虑到MPI中仅能进行简单的造型，所以先在UG中造型，然后再导入其stl模型。导入后，用Moldflow的Mesh功能对模型进行网格划分，在保证计算精度的同时，应尽盘减少网格数量，以提高运行速度，但是对于平板与轴几何形状变化急剧的部位，应进行网格细划，以保证该区域的计算精度。在对网格修补中，应特别注意将Aspect Ratio修至<6，以确保分析计算精度。划分后的制品图如图1所示。
图1 制品Moldflow模型
1.2 浇口及冷却系统设计
用MPI的Gate Location分析功能，确定出最佳位置的两个浇口如图1所示。由于制品结构比较简单，所以冷却系统可以采用系统自动生成。
1.3 材料的选择
一般平板状塑料面板选用的材料有ABS、PP、PC等，考虑到较小的塑料收缩率可以减少制品的翘曲值，并考虑到制件的强度，选择PC＋ABS材料。
1.4 注射机的选择
生产中采用宁波天元机械制造有限公司制造的TY200注射机，所以选择工艺条件相当的Magna250-C45 (452g/16oz)射机。表1 两种注射机比较
 1.5 流动分析
利用MPI的流动分析，来确定合理的填充时间和最小的注射压力，并确定合理的熔体温度、模具温度，以减少翘曲变形，满足产品的精度要求。
1.5.1 填充时间和注射压力的确定
填充时间与注射压力之间的关系呈U形曲线，即若用较小的填充时间去充满型腔，就必须有很高的注射速率，因此也必须有很高的注射压力;但随着填充时间的继续增大，熔体温度下降，粘度下降，从而增加了填充难度，因此注射压力也会增大。较高的压力和流速，会产生高的剪切速率，从而引起平行于流动方向和垂直于流动方向的分子取向差异，同时产生“冻结效应”和“冻结应力”，形成塑件的内应力。该应力在塑件脱模后将会进一步引起翘曲变形。表2为注射压力等工艺参数随充模时间变化的数据。绘出的填充时间与注射压力的关系见图2。表2 注射压力等工序参数随充模时间变化
 
图2 填充时间与注射压力的关系
从表2和图2可以看出，最佳填充时间为1.016s，注射压力为10.65MPa。
1.5.2 熔体温度和模具温度的选择
熔体温度对塑料熔体的充型过程影响较大。温度低会使充模困难，从而增加注射压力；反之，温度升高使充模容易，但冷却时间会增加。模具温度对塑件熔体流动的影响不大，但对冷却过程影响很大。模温越高，所需的冷却时间越长；但模温太低可能引起充模困难。表3为填充时间为1.016s时的模具温度和熔体温度对其它工艺参数的影响。表3 模具温度和熔体温度对其他工艺参数的影响
 2 翘曲分析
从以上的流动分析得到一组较优的工艺参数，即填充时间1.016s，注射压力10.4349 MPa，熔体温度25℃，模具温度85℃，保压压力8.63MPa，保压时间15.02s。用这一组工艺参数对制品进行Cool+Flow+Pack+Wrap分析，分析的结果如图3所示:
a.综合因素引起翘曲；b.冷却不均引起翘曲；c.分子取向不一致引起翅曲；d.收缩引起翘曲
图3 翘曲分析结果图
从分析结果可以看出，翘曲主要是由分子收缩引起的，且总的翘曲值为0.449mm,满足0.5mm的要求。可见，通过优化，降低了产品的翘曲变形，提高了产品质量。根据以上参数设置进行试模，一次成功。
3 结束语
应用Moldflow对产品的浇口、冷却系统、注射工艺参数等进行优化，可以快速方便的找出并解决产品翘曲变形的原因，从而节约了试模成本，提高了生产率。(end)
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(4/16/2010) |
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