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塑料模具 |
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如何用MOLDFLOW模流分析解决连接器行业模具问题 |
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作者：新科益系统与咨询 |
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摘要：文章论述了连接器中的塑料制品在成型时易出现的问题，并运用MOLDFLOW 软件对某一产品的原始设计和优化设计进行了模拟分析比较，论证了优化方案的可行性，从而提高了注塑产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本。
关键词：MOLDFLOW；连接器；模拟分析
一 引言
电子工业高密度封装和微型化的发展，要求设计者设计出体积小、壁薄的高性能连接器，而这就要求用于绝缘和固定接触件的塑料产品有更高的质量。
为了提高连接器中的塑料产品的质量，缩短加工周期，快速高效地占领市场，必须采用先进的模流分析技术，在进行实物生产之前，就可以找出制品和模具设计中潜在的问题，并加以改进，从而确保一次试模，就能生产出合格的产品。
计算机辅助工程（CAE）技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。同传统的模具设计相比，CAE 技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。利用CAE(Moldflow)技术可以在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。
二 实例分析
连接器在成型过程中经常出现的质量问题有：制品翘曲严重；某些接插孔处的强度不够，易开裂。下面以一实例来说明MOLDFLOW 软件在优化连接器制品和模具设计中的运用。
某型连接器模型如下图1 所示(尺寸为47.3×8×7.3mm)。
所选择的材料为：Solvay Advanced Polymers LCP Xydar G-930 BK (30％ glass filled)
图1 连接器模型
原始设计方案与改进方案如图2 和图3 所示。
对于长条形塑料外壳，如果浇口选取得不合理，那么在成型后，塑料件易变形，严重时会因此产生报废。在原始设计方案中，将浇口设置在侧边靠近边缘处。而在改进方案中，将浇口放置在最顶处，并且修改了靠近侧壁处的结构，使壁厚变化更加均匀。下面图4～图7 比较了两种设计方案中，对制品质量起决定因素的X 和Z 方向上的翘曲变形量。
翘曲是指由注塑而不是由加载所造成的永久性的平面误差变形，当模塑过程中所引起的内部应力释放后，就会产生不同的收缩，出现这种现象。不同的冷却速度会引起不同的收缩，由于零件较厚部位比较薄部位冷却慢，因而会引起零件翘曲。模具中结晶性材料冷却越慢，聚合物基体结晶越充分，其收缩也越大。因此，模具结构会影响冷却速度，从而引起翘曲。具有复杂型芯或尖角特征的结构会造成模塑冷却方面的问题，因为它们将保持热量，使这些区域内的塑料结晶更慢、更完全，增大局部的收缩。
翘曲的另一原因是由于含有玻璃纤维的零件具有各向异性的特点，从而引起不同的收缩。如前所述，流动方向的收缩会受一玻璃纤维的阻碍，而横向收缩不受影响，近似纯净树脂。应尽量迫使纤维沿零件的长边排列，从而得到均衡、平整的连接器。
从上述所图中比较可得出，采用改进方案后，虽然Z 方向上的翘曲变形量略有增大，但X 方向上的翘曲变形量却大大减小了。这些模拟分析结果就为我们采用改进方案提供了依据。
另外，要注意接插件孔处的强度。图8 是接插件孔处熔接纹形成的模拟图。随着插针密度的增加和壁厚的减小，连接器基体的电绝缘性能变得更加严苛。连接器设计必须重视模制（蓝字去掉）绝缘体的结构要求。在绝缘件与接触件压配合中若出现裂缝，就会破坏互连系统的绝缘性能，这是不能(蓝字去掉)容许的。可通过改变浇口位置、提高模温料温等方法来消除或减弱此处的熔接纹连接器用玻璃纤维增强零件刚度和热性能，同时，也会引起所设计零件的各 向异性和可能的变形。图9 为改进方案中玻璃纤维的取向图。在注塑过程的填充 阶段，零件表面玻璃纤维取向为流动方向，而在零件的涡旋中心或模中心，玻璃纤维的取向更加任意，大多数时间垂直于流动方向。因为这些纤维比它们周围的聚合物基料刚度更大，所以，流动方向的机械性能得到显著加强，而垂直方向却比预期的低。
三 结束语
通过MOLDFLOW 软件分析，我们在实物生产制造之前，就可以优化连接器的浇口位置和结构设计，并可以查看关键部位的熔接纹及制品中玻璃纤维的分布情况，从而提高了连接器产品的质量，缩短了产品开发周期。
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(2/2/2012) |
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