程國飛，丁立剛，魏文強(qiáng)，劉 武，周卓輝

1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院（廣東中山 528436）

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1 引言

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是注射模設(shè)計(jì)中最初、最重要的一環(huán)，其設(shè)計(jì)好壞將大大影響塑料質(zhì)量。澆注系統(tǒng)目前可分為熱流道和冷流道系統(tǒng)兩大類，但有時(shí)因塑件和模具的結(jié)構(gòu)限制，需要采用冷流道和熱流道相結(jié)合的系統(tǒng)[1～3]。

本文以某款洗衣機(jī)主面板為研究對象，運(yùn)用MoldFlow軟件模擬主面板采用順序針閥熱流道轉(zhuǎn)冷流道澆注系統(tǒng)的注射成型過程，旨在尋找注射成型過程中存在的潛在缺陷，并通過對澆注系統(tǒng)的優(yōu)化分析，最終設(shè)計(jì)出包括流道形式及尺寸、澆口位置及數(shù)量在內(nèi)的澆注系統(tǒng)方案。

2 塑件工藝分析

圖1為洗衣機(jī)上面板三維模型，外形尺寸約為590×124×50mm，平均壁厚為2mm；塑件內(nèi)表面有一凸槽，長寬為176×40mm，筋壁厚度為1.8mm；在塑件內(nèi)表面還有一條加強(qiáng)筋，最薄處約為0.96mm。塑件外表面要求極高，不能有明顯熔接線、噴流痕、縮痕和毛邊等缺陷；塑件具有一定的力學(xué)性能要求，并且不允許有太大的變形。綜合以上情況，塑件選用沖擊強(qiáng)度較高，化學(xué)穩(wěn)定性和電性能優(yōu)良，并具有高抗沖、高耐熱、阻燃等性能的ABS作為原材料，牌號(hào)選用POLYLAC PA-757。由材料黏度曲線可知黏度較大，流動(dòng)性一般，如圖2所示；材料黏度與剪切速率成線性變化，剪切速率越大，黏度越低，流動(dòng)性越好；黏度還受溫度變化比較明顯，溫度越高，黏度越低，流動(dòng)性約好。成型工藝參數(shù)選用系統(tǒng)推薦的模具表面溫度為45℃，熔體溫度取最大值210℃[4]。

圖1 洗衣機(jī)上面板

圖2 黏度曲線

3 CAE分析前處理

3.1 網(wǎng)格劃分

利用NX軟件建立為圖1所示的洗衣機(jī)主面板三維模型，為了提高CAE分析效率，減少網(wǎng)格修復(fù)工作量，本文運(yùn)用NX軟件祛除不影響分析結(jié)果的微小特征如小圓角、小倒角等，再將零件另存為x_t或stp格式，導(dǎo)入到MoldFlow中，選擇網(wǎng)格類型為“Dual Domain”，采用默認(rèn)全局邊長3.47mm劃分網(wǎng)格，通過網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，主要存在縱橫比過大問題，通過采用插入節(jié)點(diǎn)、合并節(jié)點(diǎn)等對縱橫比過大三角單元進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后各項(xiàng)指標(biāo)都滿足分析的要求。

3.2 澆注方案擬定

通過查詢得知，常用ABS的流長比為190，本塑件最長為590mm，平均壁厚為2mm，最薄壁厚僅為0.96mm，保守估算最少需要3個(gè)澆口。根據(jù)塑件批量和模具結(jié)構(gòu)排位，以及塑件上表面為高光面，不能有任何澆口痕跡，模具采用一模兩腔和側(cè)邊潛澆口的布局。設(shè)計(jì)了2種不同的澆注方案，如圖3所示，這2種方案均采用熱流道澆口時(shí)序澆注方法，在流動(dòng)路徑上依G1、G2、G3閥門順序打開，再轉(zhuǎn)入冷流道潛入式澆口進(jìn)澆。其中方案一采用3點(diǎn)進(jìn)澆，方案二采用4點(diǎn)進(jìn)澆，各進(jìn)澆位置均布在側(cè)壁上，各澆口、流道尺寸如表1所示[5]。

圖3 澆注方案

表1 各澆口、流道尺寸

4 模擬結(jié)果對比分析

創(chuàng)建/編輯閥澆口控制器如圖4所示，注射時(shí)間設(shè)為2s，冷卻時(shí)間設(shè)為35s，其余參數(shù)為默認(rèn)值，進(jìn)行“填充+保壓+翹曲”分析，分析結(jié)果如下。

（1）充填時(shí)間。

方案一和方案二的充填時(shí)間如圖5所示，方案1充填時(shí)間為2.916s，方案二充填時(shí)間為2.301s，兩種方案都充填平穩(wěn)，未出現(xiàn)短射等成型缺陷[6～8]。

（2）注射位置處壓力。

方案一和方案二的注射位置處壓力如圖6所示，方案一最大的注射壓力為 174.6MPa，發(fā)生在 1.751s；方案二最大的注射壓力為126.4MPa，發(fā)生在2.003s[9～11]；方案二最大注射壓力比方案一少了48.2MPa，將更有利于注射成型。

（3）鎖模力。

方案一和方案二的鎖模力如圖7所示，其中方案一所需最大鎖模力為420.2噸，發(fā)生在3.019s；方案二所需最大鎖模力為504.1噸，發(fā)生在2.508s[12～13]；以上鎖模力均在注塑機(jī)鎖模力范圍之內(nèi)，對注射成型影響不大。

（4）充填時(shí)間。

方案一和方案二的變形（Z方向）如圖8所示，其中方案一Z方向變形量為2.316mm，方案二Z方向變形量為1.2042mm，相比方案一降低了48%[14～15]。

5 試模生產(chǎn)

綜上可知，從注射壓力、翹曲變形量等因素考慮，方案二均為最佳澆注方案。采用方案二的澆注方案，經(jīng)試模和生產(chǎn)顯示，洗衣機(jī)上面板表面未出現(xiàn)熔接痕且光澤度表現(xiàn)良好，符合客戶要求，塑件實(shí)物圖如圖9所示。

6 結(jié)論

本文借助MoldFlow對洗衣機(jī)上面板進(jìn)行澆注系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，通過模擬分析和比較，最終選定方案二進(jìn)行注射成型，經(jīng)試模生產(chǎn)證明，采用方案二澆注方案的塑件質(zhì)量良好，表明采用MoldFlow技術(shù)能有效改善制品成型質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

圖4 創(chuàng)建/編輯閥澆口控制器

圖5 充填時(shí)間

圖6 注射位置處壓力

圖7 鎖模力