关于模流分析在解决含嵌件塑件微裂纹中的应用

张小利

摘要：含有金属的嵌件安全带扣经过注塑之后成型，如果有开裂的现象产生，就意味着存在质量问题，其主要的原因是技术不过关。塑件被注塑成型之后分析带金属嵌件需要采用模流分析技术，明确不是熔接痕之处开裂，而是由于不均匀收缩导致的，此时引起热应力，导致开裂。所以，更改塑件结构设计是非常必要的，以有效解决含金属嵌件塑件的裂纹问题，成型周期缩短，生产效率有所提高。本论文着重于研究模流分析在解决含嵌件塑件微裂纹中的应用。

关键词：模流分析;解决;含嵌件塑件;微裂纹;应用

中图分类号：TQ320.662                               文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）24-0115-02

0  引言

在进行注塑成型的过程中将金属嵌件加入，就等于是在模具中装配，与传统的塑胶成型技术相比较，不良模式依然存在，不良率也没有下降。为有效控制生产中的不良率，对成型缺陷采用模流分析技术，可以起到预测的作用，使得制品的不良率大大降低。通过对这方面的问题进行深入研究，关于这方面问题的研究，重点分析注塑件缺陷的问题。国内外人员针对这方面的问题进行研究，对于解决开裂缺陷问题，已经获得了成果。

1  研究综述

国内对含嵌件塑件微裂纹的解决方案进行研究已经获得一定的成果。

肖国华等人针对这方面的问题进行研究，明确将模流分析技术充分利用起来，优化设计塑件的结构，使得某汽车安全卡扣带钢制嵌件注塑产品所存在的开裂问题得到解决，主要采用的解决方法是充填法。

王瑞歌等人针对这方面的问题进行研究，在分析的过程中采用了Moldflow软件，针对带玻璃嵌件的塑件注塑成型情况进行分析，明确采用预变形量可以对变形的问题以及开裂问题予以解决。其中，Moldflow软件是最为专业的注塑成型软件之一，该软件的界面流畅，处于运行状态的时候速度是很快的，与其他的仿真类软件存在相似之处，其功能是非常强大的。Moldflow软件为全自动化操作，采用实验的方法进行设计，验证注塑模具的流程和注塑成型流程，使得企业产品生产质量有所保证，生产效率大大提高。

阮育煌等人针对这方面的问题进行研究，应用计算机辅助工程技术对带金属嵌件的薄壁塑件注塑成型方面的问题进行分析，优化注塑成型过程，通过对工艺参数予以调节使得塑件的变形问题得以解决。

林权等人针对这方面的问题进行分析，采用正交试验方法分析带金属嵌件塑件形成的问题，重点研究手机面板所存在的翘曲变形问题。

国外对这方面问题的研究更加深入一些。

Miklavec等人针对这方面的问题进行研究，将汽车制动踏板作为主要的研究对象，在其研究结构中将带金属嵌件的塑件所存在的连接问题予以解决。Jin等人针对这方面的问题进行研究，采用软件组合的方式，即将Moldflow软件、Abaqus软件和Deforrn软件相互结合，对手机框架采用数值模拟方法进行分析，特别是含金属嵌件，在注塑成型的过程中经过保压过程和冷却过程之后，会有残余应力产生，经过对注塑成型方面的问题进行预测，变形情况等同于试验结果，而且对于工艺予以优化。

Jin等人对这方面的问题进行研究，对含金属嵌件的智能电话基板进行分析，明确工艺链中从铸造到注塑的内容。如果塑件产生微裂纹，热应力是重要的引发原因。所谓的“热应力”，就是在改变温度的时候，物体受到外在约束的影响以及内部各部分之间所储存在的相互约束的影响，由于其无法完全自由胀缩，就会有应力产生。这种应力也被称为“变温应力”。由于约束程度不同，热应力也存在不同，而IE随着约束程度的增加，热应力也相应地增大。材料存在线膨胀系数，弹性模量会随着温度的变化产生变化，泊桑比也会随着温度的变化而有所变化。

Chen等人针对相关问题进行研究，主要采用模型分析法，其将无定型塑料的热应力分析模型构建起来，当塑件被顶出之后，处于常温环境中逐渐冷却，就会有热应力，此时在塑件的内部有残余应力存在并已经重新分布，就会导致塑件变形，严重的情况下会导致塑件开裂的问题存在。如果不及时处理，会导致不良后果。

使用含金属嵌件的塑件的时候会有微裂纹产生。为了将这个问题有效解决，采用Moldflow分析软件，使得微裂纹问题得以有效解决[1]。

2  模型的建立

在构建模型的时候需要将几何模型和网格模型建立起来，对带金属嵌件塑件进行分析。在构建模型的时候，需要考慮到零件的产量和注塑机所具备的能力，使用的模具结构为一模四件的。包括金属嵌件在内的零件规格是29mm×61mm×15mm。零件的厚度分布非常不均匀，零件最厚之处是8mm，零件最薄之处是0.5mm。在构建模型的时候采用3D模型。使用Hypermesh软件和MPI软件建立模流分析模型，具体而言，是将CAD模型传输到Hypermesh软件当中，使用Manufactu-ring Solutions中的Molding模块建立模型，Molding模块与MPI软件之间有用于接线的接口。在Hypermesh软件当中，通过修整几何模型，将其划分为网格，之后将udm的格式输出，将改文件格式向MPI软件导入，在MPI软件中所使用的网格在规格上与Hypermesh中的网格等同，而且确保网格质量与规定相符合要求，之后3D网格形成。part insert是金属嵌件的部分网格属性。这种零件金属嵌件材料是$304，塑料部分的材料是ABS。材料的性能见图1。

按照原始的設计方案将模流分析模型建立起来，应用3D实体网格，使用冷流道浇口进浇模具和潜伏式浇口进浇模具。

3  微裂纹产生的原因

在检查金属嵌件的时候，发现塑件有微裂纹出现，主要是由于塑件承受了很大的应力，或者应力过于集中在一个位置，不能及时分散，这个时候也会出现这种质量缺陷。如果注塑产品的造型的设计存在不合理之处，对于模具没有合理设计，采用不正确的成型工艺条件，或者没有选择适当的注塑机，就会使得产品内部产生很大的内应力。产品存在内应力是由很多因素导致的，非常复杂，在分析的时候需要结合试验的方法进行，对内应力产生的原因准确定位，采取相应的技术措施处理。

为了控制好工艺成本，需要对工艺参数的调整予以考虑，比如，将浇口的位置进行更改，如果在这项操作中受到模具结构的限制，可以采用微调法确定浇口位置。但是，这种方法也存在缺陷，即不能从根本上解决问题，最终决定采用更改产品设计的方法。将设计方案进行修改，改变工艺方法，才能使得微裂纹缺陷问题得以彻底解决。具体的工作中，需要对熔接痕位置加以验证，根据验证的结果对注塑制品设计修改。修改完毕还要经过试验，做好调试工作，直到各项指标合格为止。

3.1 熔接痕位置验证

将熔接痕的位置确定下来之后，根据原模具设计方案进行分析，发现熔接痕的位置与微裂纹的位置不在一处，而是存在一定的距离，而且熔接痕处塑料熔体的温度不会超过塑料的熔融温度，熔接痕符合设计要求，由此可以判定，熔接痕不是导致产品开裂的主要原因。

3.2 注塑制品设计修改

由于体积温度应力的存在，使得带金属嵌件产生开裂。体积温度应力是在制件冷却的过程中产生的不均匀收缩。当带金属嵌件的塑件成型的时候，由于两种材料的线膨胀系数不相等，就会产生收缩应力，使用预热金属嵌件就可以使得应力降低。但是，如果零件设计缺乏合理性，就不能通过预热金属嵌件解决热应力问题[2]。

4  结果和讨论

对于原设计方案进行冷却分析，对更改的设计方案也进行冷却分析，将两者的分析结果予以比较。当冷却时间相同而且其他的工艺参数相同的时候，对设计前顶出时零件的温度与设计后顶出时零件的温度分析情况进行分析。设计前零件温度的最高值是180.70℃，零件温度的最低值是51.56℃，将设计更改之后，零件温度的最高值是130.30℃，温度的最低值是31.37℃，设计更改之后，不仅零件的温度有所降低，温差也明显减少。按照原来的设计方案，由于零件的内部温度与外部温度之间的差值比较大，内部收缩与外部收缩存在不均匀的现象，就会有体积温度应力产生，导致产品产生内应力。

当设计被更改之后，零件截面上温度均匀分布，更改之后的设计温度与原设计温度相比较要小很多。

另外，当零件100%冷却的过程中，顶出温度已经达到8℃的时候，对更改之前的设计与更改之后的设计进行冷却分析，比较分析的结果，可以明确，更改之前的设计冷却时间为110s，更改之后的设计冷却时间是65s，可见，更改之后的设计冷却时间缩短了45s。更改之后的设计不仅使得塑件内部的温度差减小，而且冷却的时间也大大缩短，使得成型周期缩短，生产效率提高了，产品的质量也大大提高[3]。

5  结束语

通过上面的研究可以明确，含金属嵌件的塑件如果存在裂纹，造成这种缺陷的原因有很多，要确定问题的根源，就需要深入分析，将解决办法提出来。在查找裂缝原因的时候应用模流分析技术，以分析结果作为依据，就可以将解决问题提出来。本文的研究中，明确更高带金属嵌件的塑件设计，使得裂纹问题得以有效解决，塑件的成型周期缩短了，生产效率有所提高。在对于模流分析技术，在设计产品的阶段就要引入使用该技术预测缺陷，可以避免走弯路，废品率也会相应地减少，模具设计成本和生产制造中所投入的成本也相应地减少，有效规避开裂风险。本文的研究中，采用更改塑件设计的范式，零件的厚度减小了，冷却时间大大缩短，解决了塑件裂纹缺陷，保证最终生产的制品质量合格。

参考文献：

[1]乔松，朱建新，吕宝林，等.微裂纹群损伤的超声非线性评价数值仿真[J].无损检测，2020（04）：50-55.

[2]邓文华.监护仪壳体上金属嵌件立柱开裂的分析研究[J].医药卫生（全文版），2016（11）：182-183.

[3]林权，陈丽军.金属嵌件对注射成型件翘曲变形的影响[J].塑料，2017（04）：93-97.