陳崇輝，杜遙雪，胡建朋

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泵蓋氣輔成型和注射成型的MPI仿真比較

陳崇輝，杜遙雪，胡建朋

（五邑大學(xué) 機電工程學(xué)院，廣東 江門 529020）

利用MPI軟件對泵蓋分別進行氣體輔助注射成型和傳統(tǒng)注射成型的仿真分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)應(yīng)用氣體輔助注射成型的泵蓋塑件在充填時間、體積收縮率、氣穴、熔接痕、充填結(jié)束時的體積溫度和合模力等方面比傳統(tǒng)的注射成型更具優(yōu)勢，因此利用氣體輔助注射成型技術(shù)對改善制品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和節(jié)能降耗等有重要意義.

氣體輔助注射成型；傳統(tǒng)注射成型；泵蓋；MPI仿真

氣體輔助注射成型技術(shù)是20世紀70年代逐漸發(fā)展起來的新技術(shù)，可用于生產(chǎn)很多塑料產(chǎn)品，尤其是生產(chǎn)管狀和棒狀零件，大型平板類零件，形狀復(fù)雜、薄厚不均、采用傳統(tǒng)注射技術(shù)會產(chǎn)生縮痕和污點等缺陷的復(fù)雜零件等[1]. 這項技術(shù)的優(yōu)點是翹曲變形小，外觀質(zhì)量高，成型周期短，合模力和注射壓力低等[2]. 洗衣機和洗碗機的排水泵主要由泵體、泵蓋、葉輪、轉(zhuǎn)子、線圈、安裝座等組成，大部分零件為注塑件，制品精度要求高[3]，其中泵蓋是一個具有雙管狀結(jié)構(gòu)的重要零件，起傳送液體和壓力的作用，因此要求其具有很高的密封和耐壓性能. 本文針對洗衣機的泵蓋零件，利用Moldflow Plastics Insight（MPI）軟件中的氣體輔助注射成型模塊和傳統(tǒng)注射成型模塊進行模擬比對分析，以尋找合泵蓋零件成型適宜的生產(chǎn)工藝.

1 泵蓋模型的創(chuàng)建及三維模型導(dǎo)入

用Pro/ENGINEER軟件根據(jù)具體尺寸建立泵蓋的實體模型，保存副本為STL格式，然后通過Moldflow6.1軟件導(dǎo)出泵蓋零件. 同時，新建一個同樣的模型用于傳統(tǒng)注射成型方式的模擬分析.

劃分網(wǎng)格為中層面（Midplane）格式，網(wǎng)格大小的劃分要根據(jù)零件的具體尺寸來確定，一般是零件最薄面的1.5～2.5倍[4]，本文零件的最薄部分為2 mm，以1.5倍即3 mm來劃分網(wǎng)格. 網(wǎng)格劃分得好壞直接影響分析結(jié)果，通常先在計算機上自動劃分網(wǎng)格，然后再用手動修復(fù)的方式對網(wǎng)格進行處理，最終處理結(jié)果為最大縱橫比6.033，自由邊和交叉邊、配向不正確的單元、相交單元和安全重疊單元都符合分析的適用范圍. 劃分網(wǎng)格后選擇氣體輔助注射成型模塊修復(fù)網(wǎng)格、添加氣道. 即在泵蓋上創(chuàng)建進水口和出水口2個氣道，尺寸分別為Φ30 mm和Φ24 mm. 最后驗證制品的連通性. 整理好的零件模型如圖1所示. 氣體輔助注射成型和傳統(tǒng)成型的不同：1）在網(wǎng)格劃分上，氣體輔助注射成型要用中性面劃分網(wǎng)格，而傳統(tǒng)注射成型一般要用雙層面劃分網(wǎng)格；2）氣體輔助注射成型要另外設(shè)置氣道，而傳統(tǒng)注射成型需要應(yīng)用側(cè)抽芯機構(gòu).

圖1 泵蓋的網(wǎng)格劃分和氣道創(chuàng)立

2 兩種成型方式的MPI模擬對比分析

泵蓋具體的成型方式如表1所示. 根據(jù)兩種不同成型方式工藝條件的設(shè)置，通過Moldflow軟件仿真其在充填過程中的流動和翹曲情況.

表1 成型的工藝條件

2.1 充填時間

對充填時間的模擬分析如圖2所示，可以看出氣體輔助注射的充填時間要比傳統(tǒng)注射成型的充填時間少50%以上. 這主要是因為傳統(tǒng)注射成型的溶液要100%充滿型腔，而氣體輔助注射成型可根據(jù)具體情況選擇合適的預(yù)注射量，以此縮短成型周期、提高生產(chǎn)效率.

圖2 成型充填時間的比較

2.2 頂出時的體積收縮率

通過圖3-a不難看出：氣體輔助注射成型的最大收縮率為14.76%，在兩個管道根部收縮率較大，但不影響泵蓋的裝配精度. 傳統(tǒng)注塑成型（圖3-b）的最大收縮率為16.19%，收縮率大的位置分布面積大且在泵蓋裝配的地方（影響泵蓋的裝配精度）. 這是由于氣體輔助注射成型的氣體在氣道內(nèi)均勻施壓，在冷卻過程中使熔體不斷向收縮部位補充而降低了收縮率.

圖3 頂出時的體積收縮率比較

2.3 產(chǎn)生的熔接痕和氣穴

從圖4、圖5可以看出，傳統(tǒng)注射成型比氣體輔助注射成型產(chǎn)生了更多的熔接痕和氣穴. 這主要是因為氣體輔助注射成型的保壓過程是用氣體完成的，整個過程幾乎沒有壓力損失，而傳統(tǒng)注射成型的熔體保壓會因熔體冷卻凝固而使被保壓的各部分的壓力不均衡，進而在熔體保壓壓力較低的地方出現(xiàn)熔接痕和氣穴.

圖4 熔接痕比較

圖5 氣穴比較

2.4 充填結(jié)束時的體積溫度

由圖6，氣體輔助注射成型充填結(jié)束時的體積溫度為238.2℃，傳統(tǒng)注射成型充填結(jié)束時的體積溫度為250.0℃. 由于在同等冷卻條件下，溫度低的物品冷卻時間較短，因此氣體輔助注射成型所需的冷卻時間較短、生產(chǎn)效率更高.

圖6 充填結(jié)束時體積溫度的比較

2.5 鎖模力

從圖7、圖8可以看出，氣體輔助注射成型的鎖模力為1.25 t，傳統(tǒng)注射成型的鎖模力為1.50 t，氣體輔助注射成型的鎖模力明顯要小一些. 這是因為氣體在熔體中的推動作用縮短了流程，從而只需相對較小的氣體入口壓力即可使熔體緊貼在模腔內(nèi)壁，降低了模腔內(nèi)壓力，進而降低了合模力. 合模力的降低可以降低對注塑機噸位和模具壁厚及材質(zhì)的要求，從而達到節(jié)能降耗的目的.

圖7 氣體輔助注射成型的鎖模力

圖8 傳統(tǒng)注射成型的鎖模力

3 結(jié)束語

從洗衣機泵蓋采用兩種不同成型方式的仿真結(jié)果可以看出，氣體輔助注射成型在改善制品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗等方面都要優(yōu)于傳統(tǒng)的注射成型，但氣體輔助注射成型的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，附加成本較高，解決這些問題還需要進一步研究.

[1]李桂金，余林，許林. 氣體輔助注射成型制品幾種常見缺陷的研究概述[J]. 江西藍天學(xué)院學(xué)報，2006, 1(4): 38-40.

[2]AVERY J. Gas assist injection molding principles and application[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[3]杜遙雪，柳天磊. 泵體的熱流道注塑成型過程模擬分析[J]. 五邑大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2010, 24(3): 1-6.

[4]周其炎. Moldflow5.0基礎(chǔ)與典型范例[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2008.

A MPI Simulation Comparison of Gas-assisted Molding and Traditional Injection Molding for Pump Covers

CHENChong-hui, DUYao-xue, HUJian-peng

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)

A simulation analysis is made of gas–assisted injection molding and traditional injection molding using the MPI software on pump covers and the results reveal that plastic pump cover parts made by using gas-assisted injection molding are better than those made by adopting the traditional injection molding in filling time, volume shrinkage, cavitation, welding marks, the volume temperature at the end of filling and clamping force. Therefore, adopting gas-assisted injection molding technology is of great significance in improving product quality and increasing production and energy efficiency.

gas–assisted injection molding; traditional injection molding; pump covers; MPI simulation

1006-7302（2012）02-0058-05

TQ327.8

A

2011-09-16

廣東省自然科學(xué)基金資助項目（S2011010000411）

陳崇輝（1984—），男，河南信陽人，在讀碩士生，研究方向為注塑成型技術(shù)；杜遙雪，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事聚合物成型加工CAD/CAM的研究.