基于MOLDFLOW软件的充电器外壳浇注系统的设计与分析

梁廷波

摘 要：在传统的模具制造与生产企业中，产品的质量保证都是依靠资深的模具制造师傅通过多年的经验来判断在模具生产的过程中可能有出现的问题；从企业的角度而言，过多地依赖个体的能力来决定生产活动不利于企业的发展。从生产效益的角度出发，个人经验作为生产经营的判断依据可能会因为判断的失误、偏差、错漏，造成交货期变长，模具的翻修时间变长及制造成本升高等。现在有了CAE软件的辅助分析，更好地帮助工程师发现及解决塑料产品在模具设计与制造的过程中潜在的不可见问题：如浇注系统设计合理性、填充压力的大小选定、预判气穴、熔接线的位置等关键性问题；通过数据的分析为模具设计到产品成型提供了有力的保障。

关键词：浇注系统；流道平衡分析；优化设计

中图分类号：TQ320 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0096-02

浇注系统是注塑成型模具中连接注塑机和产品型腔的熔体通道。注塑件的质量在很大程度上取决于浇口的设计， 而浇口数量和位置是重要的模具设计参数，因此浇口的设计对注塑件质量的影响尤为重要。浇口位置的设定决定了聚合物的流动方向和流动的平衡性，产品质量可以通过浇口位置的优化得到显著提高；不合理的浇口位置常常造成熔体充填不均，从而引起过保压、高剪切应力、很差的熔接线性质和翘曲等一系列缺陷[1]。由于产品的多样化和复杂化在同一套模具内出现不同形状、不同体积大小的产品放在一起生产是很常见的事。这样一来模具的结构就会相应变得复杂，在成型工艺上就会带来很多问题。尤为明显的就是在不同塑件上成型的时间是不一样的，势必出现流道不平衡问题。以前通常的解决方法是以经验值设置浇口尺寸，通过多次试模并查看产品质量；达不到要求就改浇口后再试模，周而复始，在这环节上花费大量时间。现以充电器外壳为例分析出现流道不平衡的时候通过CAE分析去改变流道结构尺寸从而解决问题，使得产品的成型更有质量有保证，从而提高生产率，降低成本。

1 塑件分析及工艺选定

产品为充电器的上、下外壳，外观要求成型后外观美观、便于携带、防火绝缘、耐摔，内部结构的筋位、螺丝柱、卡扣较多，尺寸相对比较小；综合分析可能采用ABS或PC两种工程塑料，但后期的模具结构设计要考虑较多问题，故选用具有热变形小、抗冲击的PC GN1008RF作为分析的材料。通过Moldflow网格工具[2]分析可知产品的双层网格面比较一般，纵横比最大值达到39.33，网格匹配百分比达到86.7%；纵横比相差过大、匹配率过低会造成分析后的数据与实际生产偏差太大或导致分析失败。执行相关的网格修复命令降低网格的纵横比至13.1，提高匹配率至87.6%。参考原料推荐工艺：设定成型工艺条件模具温度75°，熔体温度275°。冷却时间20s、顶出温度92°。

2 浇注系统的设计及流动平衡分析

本产品属于外观件，表面不能出现明显的注塑痕迹。故采用潜顶针进胶方式进行注塑分析，具体参数如下：浇口直径1.2mm，锥度12°，拔模角12°，分流道为截面为圆形直径6mm，主流道口2.5mm，拔模角3度。由于两型腔的体积不等，虽然人为地使设计浇口方式一致，注入各个型腔调流道长度相同。成型的过程中同样会产生不平衡流动。

2.1 填充时间

填充时间分析[3]如下所示：下壳的填充时间為1.354s，上壳的填充时间为1.219s，流动不平衡率为9%，使得上壳产生了飞边缺陷，严重影响了产品的质量和性能。

2.2 速度/压力切换时的压力

通过速度/压力切换云图（图1）结合充填过程记录可以看出产品在薄壁与筋位出现了滞注流的现象，在没有填充完成的情况下发生滞流现象导致下壳没能填充完成（短射现象），在上壳部分1.219s的时候已经完成产品的注射准备进入保压阶段；但下壳部分仍需继续填充，导致上壳因保压力过高致产品产生翘曲或密度不均匀分布。解决方法是在对薄壁的地方进行加胶处理或修改浇注位置，以调整压力分布。

2.3 注射位置处压力XY图

观察注射位置的压力二维图（图2）发现产品在0.75s的时候压力为24.83Mpa，到0.8s的时候突然压力升高至30.71Mpa。表明制件没有达到平衡充模。

3 流道平衡分析及浇注系统的优化

流道平衡分析的压力设置[4]，这里有四个设置选项（mill

tolerance）加工精度，该数值越大流动平衡的计算误差就越大；数值越小其所需要的计算平衡时间就越长。（maximum iterations）迭代次数，默认值为20次，每进行一次迭代计算都是进行一次完整的填充分析，直到完成设置的20次或满足平衡误差为止。（time convergence tolerance）时间收敛误差是指每一个型腔充填结束到最后一个型腔充填完成的时间差异的百分比，（pressure convergence tolerance）压力收敛误差是指目标压力和系统计算的充填压力的差异。

通过分析得出浇注不平衡的原因是由于塑料壁厚不均和浇注系统流道尺寸浇口尺寸的设计不合理造成的，针对这两个产生问题的解决方法如下：

（1）修改下壳的壁厚，使得产品的平均胶厚为1.5mm。

（2）修改上、下壳浇注口的形状、位置及进浇注方式后进行填充分析（图3），可见现两产品的填充时间分别是1.323s和1.32s，差不多是同一时间填满各自型腔，流动平衡有了一定的改变。

4 结束语

在不改变成型工艺参数的基础上分析最佳的浇注位置、浇注方式，利用计算软件的迭代计算过程得出流道最为合理的尺寸，使得浇注系统对于产品的流动平衡分析数据，参考数据进行手动修改产品结构，软件自动修改流道的尺寸大小，起到减小浇注系统体积用料；避免在生产的过程中不断通过试模返修的传统过程，不但提高了设计的成功率和合理性，而且降低了产品的缺陷发生率，保证了产品的质量。

参考文献：

[1]曹将栋，陆立新.基于Moldflow平台的电吹风外壳注塑模具优化设计[J].塑料，2010，39（1）：122-125.

[2]单岩，王蓓，王刚.Moldflow模具分析技术基础[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]李宏生，郭志英，李德群.注塑成型CAE分析结果的评价方法[J].中国塑料，2005，19（10）：64-69.

[4]刘晓艺，石连升.基于Moldflow软件的汽车储物盒下盖浇口数目的优化设计[J].塑料，2010，39（2）：10-12.

[5]张维和.注塑模具设计实用教程[M].北京：化学工业出版社，2007.