上下风向条流动方案分析

详细内容

摘要:本文以上下风向条流动分析为例简要介绍了MPI的作用，通过应用MPI6.1软件对两种CAE流动方案进行填充对比分析，得到了一种切实可行的方案，充分展现了CAE技术在浇注系统设计和注射模具开发过程中所起到的突出作用。
　　关键词:MPI；注射模；浇口；工艺；模具开发

　　Moldflow Plastic Insight(MPI) 是一个提供深入制件和模具设计分析的软件包，可对制件的几何形状、材料的选择、模具设计及加工参数设置进行优化以获得高质量的产品。MPI的中性层网格（Midplane）模块用于处理薄壁制件，节省了大量的 CAE 建模时间，让用户将更多精力放在 CAE 分析和优化上。对于薄壁实体，MPI 的双层面网格（FUSION）模块基于Moldflow 的 DaulDomain 分析技术，使用户可以直接进行薄壁实体模型分析。这将原来需要几小时甚至几天的建模工作缩短为几分钟，无需进行中型面网格的生成和修改，而且双层面网格模块可以直接从塑件顾问中读取模型而进行进一步的分析。　对于上下风向条这类薄壳塑件产品，可使用 Moldflow 有限元分析网格中的双层面网格或中性层网格进行模拟流动分析，分析结果一致。前者取外壳双层网格，外表形状与 3D 模型相同，前处理时间较短，但网格数目是后者的两倍以上，分析时间较长；后者取中间层面网格，局部区域形状（易产生破洞和区部变形等）需做等效处理，前处理时间较长，且要求设计人员具有极高的网格修补能力，但分析时间较短。本分析为了接近实物状态进行模流分析，最后决定采用前者。

1 两种方案的浇注系统设计
　　该上下风向条材料均为 ABS，颜色均为乳白色，总重 285g，每件长 775mm，最大壁厚为2.9mm, 最小壁厚为 1.3mm。初始模型采用"PRO/E"建模，通过STL 或 IGES文件格式转入到 Moldflow软件中，在"MF/View" 的前后处理器中完成最后的修改并生成流道系统（浇口类型为侧浇口和潜伏式浇口；流道类型为冷流道）。两种方案均为二板式模具浇注系统，一模二穴，拟采用冷流道系统，两点进浇。两种浇注系统的主要区别是：方案一的浇注系统采用侧浇口直接点到上下风向条上，增加了分流道的流程，流道的加工较为简单，但是产品在开模时不能自动剪断浇口，需要手工修剪，相对增加了工人的工作量，但此方案成型的产品外观质量高，不会产生雾斑、流痕等工艺缺陷，如图 1 所示；方案二的浇注系统在上下风向条上增加了两个厚度约为2mm的方薄片，潜伏式浇口直接点到它们上面，缩短了分流道的流程，流道的加工较为复杂，必须采用电极进行电火花加工，且产品从注射模具取出时需修剪这两个方薄片，增加了工人的劳动工作量，但是此方案成型的产品尺寸稳定，产品变形小，更容易成型，如图 2 所示。由于两种方案各有优缺点，两种方案的取舍还需通过 mpi6.1 软件进行流动分析来决定。

图1 方案一的浇注系统

图2 方案二的浇注系统

2 两种方案的基本成型条件
2.1 充填条件
　　模具温度(mold Temperature)：65℃。
　　最大剪切应力(Maximum Shear Stress)：0.25MPa。
　　注射时间(Injection time)：1.5～3s。
　　最大注射压力(Max.Inject Pressure)：130MPa。
　　零件净重(Part Weight)：285g。
　　最大熔融温度(Melt Temperature Maximum)：245℃。
　　最小熔融温度(Melt Temperature Minimum)：195℃。
　　熔融温度(Melt Temperature)：240℃。
2.2 保压条件
　　压力(Pressure)[%HP]：一段为60。
　　时间(Step Duration)[s]：一段为3。

表1 方案一填充阶段分析参数变化一览表

　　由表1的详细分析结果可知方案一填充极为不平衡，注射压力（Pressure）和锁模力（Clamp force）随着注射时间的增加而逐渐加大，且最大注射压力为87.56 Mpa，最大锁模力为182.7T。当注射时间到达2.209s 时熔融流体前沿发生凝固，产生明显的滞流现象，阻碍了后续塑胶再进入该区域，从而导致短射现象（SHORT SHOT）的发生，使得最后产品填充不完整。方案一填充压力如图3所示，填充极为不平衡，产品成型不全。

3 方案二填充状态分析结果
　　由表 2 分析结果可知方案二填充较为均匀，注射压力（Pressure）和锁模力（Clamp force）随着注射时间的增加而逐渐加大，且最大注射压力为60.89 Mpa，最大锁模力为 222.59 T。当填充过程进入到保压阶段后，流动速率并没有急剧下降，而是比较平稳，从而确保产品能较好地成型和压实，当注射时间到达2.47s 时熔融流体充满整个模具型腔，产品填充完整，在填充过程中并没有产生短射现象。方案二填充压力如图 4 所示，填充较均匀，产品成型稳定可靠。

表2 方案二填充阶段分析参数变化一览表

图3 方案一填充压力

图4 方案二填充压力

　　由以上两种方案的分析结果可知，方案一充填时间为2.209s，充填流动不太平衡。产品左端区域处为最后填充区域，塑胶流到该处时发生了严重的滞留现象，导致产品短射。由于分流道行程太长，而产品本身也较长且壁厚不足，塑胶流动至内浇口时受到极大的阻力，从而导致填充效果差和产品短射，虽然在实践中可以通过不断加大侧浇口和产品的壁厚或一味加大注射压力使产品成型完整，但这样不仅会增加原材料及辅助成本，而且由于工艺参数随环境、气温、机台等诸多因素的不断变化也会对工艺参数的稳定造成极大困难，建议不采用本种方案。方案二充填时间为2.467s，充填流动较为平衡。在该上下风向条中间的两个潜伏式浇口直接与其接触，塑胶流动到该处时并没有受到很大的阻力，能够比较顺畅地流到模具型腔中去，因此并不会产生产品短射现象，而且充填流动也较为平衡，但是在实践中不需要将相关工艺参数设置为永远不变的数值，因为工艺参数会随着气温、环境以及不同的机台等而有所不同，建议在实践中不断调整工艺参数以便打出更多更好的产品。经过对以上
　　两种方案的比较分析，我们决定采用第二种方案，但当产品长度小于 750mm 与平均壁厚大于 2.8mm 时建议采用方案一进料。

4 结束语
　　通过应用 MPI6.1 软件对两种CAE流动方案进行填充对比分析，不仅得到了一套切实可行的流动方案，而且还丰富了工艺人员的 CAE 知识，为将来开发更加复杂的产品打下了坚实的技术基础。随着CAE软件在注塑行业的不断推广使用，必将会大大缩短新产品的开发周期和费用，提高塑料制品的生产效率和质量，从而为企业带来良好的经济效益。

参考文献
[1] 北京市塑料工业公司编.塑料成型工艺. 北京：中国轻工业出版社，1996.
[2] 塑料模具设计手册编写组.塑料模具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002.