浇口优化（共7篇）
浇口优化 篇1
0 引言
塑料制品质量的影响因素有很多,如材料性能、工艺参数、模具结构等,在模具结构设计中,浇口作为连接型腔和流道的桥梁,其作用又显的尤为重要,浇口设计主要包括浇口形式、大小、位置、数量四个方面,这将直接影响到塑料制品的质量和生产效率。不合理的浇口设计往往会造成制品产生翘曲、气孔、熔接痕、缩孔等缺陷。文章概括了塑料熔体在模具型腔中的基本流动形式,从塑料制品的性能、美学、成型时间三个方面分析了浇口的优化设计,并基于moldflow软件分析了浇口数量的优化设计。
1 塑料熔体的流动形式
塑料熔体在型腔中的流动形式主要分为层流和射流,射流是塑料熔体在型腔中产生的一股单独的连续射流。其示意图如图1。
如图1(a)所示,模腔两壁充满后,由于塑料熔体料与冷空气接触,界面上熔体冷却,塑料熔体粘度增大,前端的弧形成为粘度较高的熔体膜,流速减小,逐渐过渡到所有点流速都基本相等,前段呈现近似直线型流动,充满模腔。如图1(b),射流的产生主要是塑料熔体在型腔中的流动速度过大,并且浇口的对面是一个宽度和厚度较大的型腔,在实际生产加工中往往会导致制品出现熔接痕、困气等缺陷,可以通过采用冲击型浇口、增大浇口的断面尺寸等措施来消除或缓解这种现象。
2 浇口的优化设计
在塑料注射成型中,浇口具有重要的作用,主要包括三个方面:第一,对塑料熔体加速升温;第二,注塑压力撤销后,起保压补缩作用;第三,促进浇注系统与凝料的分离。浇口的优化设计主要是通过改变浇口的尺寸、形状、大小、位置来改变塑料熔体的流动形式以确保制品的性能、外形、美观等,同时尽可能的减少浇口的数量以节省材料。文章从制品美学、配置、性能等几方面分析浇口的优化设计。
2.1 浇口在制品美学上的优化设计
浇口在塑料制品的美学优化设计主要体现在没有明显的熔接痕、浇口痕迹、缩孔等。熔接痕和浇口痕迹对制品的影响主要分为三类:潜伏式浇口进料方向一般选择在制品侧面或背面隐蔽处,制品的美观可以得到确保;轮辐浇口去除浇口方便,但是塑料制品易产生熔接痕;选用圆形浇口或盘形浇口时塑料熔体沿圆周方向以大致相同的速度进料,无熔接痕,但是浇口去除困难。对于大型塑料制品,单一的浇口往往出现塑料熔体在型腔中填充不满,制品外形产生缺陷。
对于成型大型薄的塑料制品,塑料熔体在型腔中不仅流动阻力大而且温度降低快,粘度增大快,易导致塑料熔体在型腔中填充不满的现象。对于这种现象,模具设计者通过缩短最大流动比来确保塑料熔体填充满型腔,流动比的定义如公式(1)。
式中,Li—流道各段长度;δi—流路各段厚度。
由公式(1)知,可以通过增大制品厚度,或者通过改变浇口的数量和位置来减小流道长度从而缩短最大流动比。
塑料制品注射成型后,需要去除浇口连接的塑料凝料,这会在塑料制品表面留下浇口痕迹,浇口痕迹位置的不同,对制品的美观也有不同的影响,图2(a)中,浇口的位置选择在制品的底部,而图2(b)中的浇口位置选择在制品一侧,这将会很大程度的影响制品的美观。
2.2 浇口在制品性能上的优化设计
浇口设计合理与否对制品性能有很大影响,浇口尺寸过大,熔体可能在保压补缩阶段可能发生倒流,以致制品产生缩孔;浇口尺寸过小,且浇口的对面是一个宽度和厚度较大的型腔,塑料熔体易在型腔中产生喷射流,造成制品内部产生熔接痕、气孔等缺陷;塑料熔体在冻结过程中,高分子沿分子链方向会发生取向,沿取向方向和非取向方向塑料熔体收缩不均匀,以致引起制品的内应力和翘曲变形。
塑料注射成型时熔体呈射流流动时,会造成塑料制品产生熔接痕、气孔、密度不均等缺陷,减小或消除塑料熔体的射流流动的主要措施有:增大浇口尺寸来减小塑料熔体的流动速度;采用冲击性浇口,如将图2(b)中的浇口位置B改到通过改变浇口的位置图3(a)中的A处,使塑料熔体的流动受到模腔壁的阻碍,从而降低流速,在塑料熔体填充满两模腔壁后,以层流的形式填充模腔;改变浇口的形式,如图3(b)采用护耳浇口,由于塑料熔体冲击在突出块壁上,从而降低流速,避免了喷射,使塑料熔体均匀的流入型腔中。
塑料熔体在注射成型过程中,由于塑料熔体接触处温度不同,往往会产生熔接痕,熔接痕处,其整体的优化方案是减少熔接痕,增加熔接牢度。一方面,在塑料熔体流程不长时,可以尽量减少浇口数量,以减少熔接痕数量。另一方面对于大型制品,要兼顾塑料制品变形、熔接牢度的特点,不能仅着眼于熔接痕数量,浇口数量太少时,可能造成塑料熔体流程太少,接触处产生温度低,产生冷熔接痕,这更不利于保证制品的性能。
2.3 浇口在制品成型周期上的优化设计
浇口在制品成型周期上的优化设计主要是指浇口的几何平衡配置与非几何平衡配置。浇口为非几何平衡配置时,塑料熔体冲模流动行为属于间断冲模,其主要缺点有以下几个方面:塑料制品不同模腔塑料制品冲模时间不同,保压补缩作用不同,不同制品密度也不相同;对于同一模腔,不同部位的保压补缩作用不同,同一制品的密度也不均匀;先被塑料熔体型腔充满的制品可能得不到及时的保压补缩,产生熔体倒流,以致制品产生缩孔;不易成型结构复杂的塑料熔体。但是,浇口几何平衡配置时,流道总长度较大,流动比大,流动压力损失大,在成型加工中可能有型腔填充不满的现象,熔体充模时间长,成型加工生产效率低,并且在流道中的凝料量增加,导致制品的一次成型材料的使用增加。
在实际的注塑成型加工中,浇口几何平衡配置却存在流动不平衡问题,对于这个问题,美国BTI公司(Beaumont Technologies,Inc)利用翻转分流道对塑料熔体的重新分配研发了MeltFlipper TM多模穴流道平衡专利技术。其示意图如图4。
由图4(a)知,无翻转分流道的塑料熔体经流道转向时,剪切剧烈的高温塑料熔体沿流道内侧流动较快,而低温塑料熔体则沿外侧流动,塑料熔体性质呈现出左右不平衡的状态,这正是在实际的成型加工中,尽管流道设计为几何平衡,但是却呈现出物理不平衡的原因。然而,由图4(b)知,经翻转分流道技术后,塑料熔体性质呈现上下分布不平衡的性质,经二次翻转分流道后,塑料熔体将实现平衡分布,可以确保不同型腔制品性能的一致性。
塑料熔体的不平衡流动严重影响制品的质量,MeltFlipper TM技术通过改变塑料熔体在流道中的流动形式,进而实现塑料熔体的平衡流动,基于这种技术和BTI公司的MAX技术,BTI公司研发了新型熔体流变学控制系统(iMARC),可以调节流道内熔体流动和单一型腔内的流动形式,实现平衡流动,这对塑料制品生产加工具有重要的意义。
3 基于moldflow软件的浇口优化设计
浇口的优化设计在塑料注射成型中在多年来的生产加工中,已经积累了丰富的经验,但是仅凭传统的经验来实现模具浇口的优化设计,不仅调试过程繁琐复杂,而且生产效率低,moldflow软件作为现代注塑领域的计算机辅助工程(CAE)软件,大大提高了模具生产效率,文章基于moldflow软件分析了浇口数量对塑料制品的影响。
对于大型制品,浇口数量过少会造成塑料熔体的射流现象,浇口增多一方面浇注系统中的凝料也随着增加,材料的利用率下降,另一方面制品表面的熔接痕也会增多,因此我们选择四个浇口、三个浇口、二个浇口进行制品的moldflow分析,其中制品的最大许可注塑压力为80MPa,流道和浇口尺均相同。其中图5显示了三种浇口方案示意图。
从图5(a)及实际分析得到,四浇口方案塑料熔体的流动基本平衡,无短射现象,在moldflow软件分析中,三浇口方案的填充模式与四浇口基本相似,二浇口方案却相对更加平衡;困气上三种方案均重现局部困气现象,需要开设排气结构;从实际制品的最大注塑压力看,随浇口数量减少,注塑压力升高,分别为25.14MPa、35.92MPa、36.73MPa,均在最大注塑压力范围内,但是二浇口方案却存在明显的优点,分流道的总体积明显减少,在每次注射成型中都将节省材料,并且由于36.73MPa仍小于80MPa,因此还可以进一步减小分流道尺寸。
4 结语
塑料熔体在型腔中的流动形式是多种因素综合作用的结果,稳定连续的流动是获得性能优异的塑料制品的基础。浇口的优化设计是通过改变浇口的数量、位置、尺寸大小、形式来改变塑料熔体的流动形式以确保塑料熔体在型腔中稳定连续的充满型腔。优化的浇口设计可以提高制品的性能、满足制品外观的美学要求、节约材料等,这对于塑料制品注塑成型的发展具有重大意义。moldflow软件作为现代注塑成型领域的重要CAE软件,不仅大大提高了注塑成型的生产效率而且有效的实现了资源的优化利用。但是,molflow软件也存在着一些缺点,如不能自动生成扇形浇口、轮辐浇口等特殊形状浇口,需在CAD软件中生成,不能对多个方案的结果进行自动对比处理,需人工分析等。因此moldflow软件有待于进一步开发,对注塑成型的作用也将更加重要。
摘要：浇口作为连接型腔和流道的部分,在注射成型中具有重要的作用。塑料制品的质量主要取决于塑料熔体在型腔中的流动形式,文章概括了塑料熔体流动形式,分析了浇口在设计中的优化设计,并基于moldflow软件进行了浇口数量的优化设计。
关键词：注射成型,浇口,流动形式,moldflow
参考文献
[1]黄锐,曾邦禄.塑料成型工艺学[M].北京:中国轻工业出版社,2010.
[2]申开智.塑料成型模具[M].北京:中国轻工业出版社,2010.
[3]李小海,王晓霞.模具设计与制造[M].北京:电子工业出版社,2011.
[4]刘洁.现代模具设计[M].北京:化学工业出版社,2001.
[5]田光辉,林红旗.模具设计与制造[M].北京:北京大学出版社,2010.
[6]John Beaumont.Get control of flow in the mold[J].Plastics Technology,2007,53(2):66-69.
[7]John Beaumont.New runner-design concept boosts quality andproductivity[J].Plastics Technology,2001,47(4):64.
浇口优化 篇2
在模具设计阶段，鉴于客户对产品品质的要求和产品特征的复杂性，尤其是当有较多倒扣存在时，则会用到复杂的模具成型机构，所以选择合适的浇口位置关系到注塑过程能否顺利进行和成型质量的保证。在实际注射过程中，经常会出现熔接痕、气泡、短射等缺陷，而根据经验选择的浇口位置往往不尽合理，无法保证整个型腔内的流动平衡。Moldflow作为一款模拟流动分析软件，可完成模具开发设计的整个流程，及时避免注射成型中可能出现的缺陷，从而有效缩短产品的设计生产周期并降低成本[1,2,3,4]。本文运用Moldflow软件对某手机后盖进行模拟流动分析，从而获得最佳浇口位置。
1 有限元模型建立
1.1 模型创建及网格划分
以尺寸66 mm×43 mm×5 mm的手机后盖为例，采用Pro ENGINEER 4.0完成产品三维实体造型，如图1所示。该产品的最小厚度为1mm，属薄壁壳体件，表面光洁，不允许有擦伤、缩痕、流痕、熔接痕、缺口等外观缺陷，不允许出现较严重的翘曲变形，且保证外壳配合良好，故分型面设在制件的内表面，确定合理的注塑工艺是该产品成型的主要问题。
通常，网格的边长值为产品最小厚度的1.5倍或稍大时就可保证分析精度[5]。本例网格边长取1.5mm，使用双层面类型进行网格划分、调整及修补，结果如图2所示。三角形网格最大纵横比为31.152，匹配百分比为91.7%，网格的匹配率高于85%，足以符合Moldflow分析的前处理要求。
1.2 材料选择及工艺参数设置
ABS是一种常用的工程材料，无毒、无味、不透明，具有良好的抗重击强度，且具有一定的耐磨性、耐寒性、耐水性、耐油性和化学稳定性。本例选用型号为AF303的ABS作为注塑材料，其主要注射成型工艺参数见表1，其余均采用默认值。
2 浇口位置优化设计
2.1 最佳浇口位置
根据产品的属性，采用点浇口进浇。利用Moldflow分析模块，系统根据模型几何形状、塑胶的流动性以及相关工艺参数，分析产品上不同部位进浇的合理性以及最适宜进浇的位置。通过分析，可确定最佳浇口的大概位置，结果如图3所示。该产品的最佳进浇点在节点N2 880附近，测试值为1，图3中的深色区域为最佳进浇位置，其他颜色区域的进浇合理性均低于这个区域。
最佳浇口位置分析是从熔融塑胶在模具型腔内流动平衡的角度作为分析的出发点，在设计模具时，既要考虑型腔的填充，又要考虑模具的成型机构，还要考虑到浇口应开设在塑件壁厚处等因素，所以分析得出的最佳进浇点不能作为实际的进浇位置。该产品表面质量要求高，不能简单地用软件默认的浇口来设计模具。暂不考虑浇口大小、流道尺寸和冷却系统尺寸的优化，仅对浇口位置进行优化设计。考虑到实际生产中浇口位置的选择应利于开模，在本例中设计了三种方案，分别为方案一、方案二和方案三，每种方案除了浇口位置不一样外，其余的工艺参数都一样。通过“快速充填”分析，从产品的流动前沿温度、充填时间和熔接痕对三种方案进行流动模拟结果对比。
2.2 流动模拟结果分析
2.2.1 流动前沿温度
流动前沿温度指前锋料流的温度。合理的温度分布应使流动前沿经型腔不同部位时的温度变化小，型腔内部温度分部整体均匀。三种方案的流动前沿温度如图4所示。这三种方案流动前沿处的温度均为200℃，但流动前沿流经型腔不同部位时，方案一和方案二的温度从200℃到103.0℃发生变化，方案三的温度从200℃到160.9℃发生变化，方案三的温度变化最小，说明方案三的型腔内部温度分部整体最为均匀。
2.2.2 充填时间
熔融塑胶从喷嘴射出直至注满整个型腔，该时间段为注塑成型过程中的充填时间。塑料熔体到达型腔末端所需最长时间与最短时间之差反映了熔体在型腔中流动的不平衡程度，应使这个时间差最小化，尽可能使熔体流动过程平衡[6]。三种方案的充填时间如图5所示。方案一的充填时间为0.618 5s，方案二的充填时间为0.519 6s，方案三的充填时间为0.515 4s。方案三的充填时间最短，这表明方案三优于方案一和方案二，型腔中熔体流动更加平衡。
2.2.3 熔接痕
熔接痕是注塑制品表面的一种线状痕迹，熔接痕将会造成塑件产生应力集中现象，导致塑件的力学性能降低、开裂的可能性增加，且对塑件的外观质量也会产生影响。注射或挤出中若干股流料在模具中分流汇合，熔料在界面处未完全熔合，彼此不能熔接为一体，造成熔合印迹。当熔融流动前沿夹角大于135°时将形成熔接线，而夹角小于135°则形成熔接痕，熔接线区域分子趋向变化剧烈，机械强度显著降低[7]。三种方案的熔接痕如图6所示。方案一和方案三的熔接痕数量相同，但方案三的熔接痕面积稍微小一些，方案二的熔接痕数量明显多于方案一和方案三，几乎都分布在塑件的尖角和倒扣处，增加了熔接痕所在区域受力断裂的可能性，可见，方案三塑件的强度要高于方案一和方案二。
3 结论
(1）方案三的型腔内部温度分布最为均匀，充填时间最短，熔接痕最少，有利于后续冷却系统的设计，所以选定方案三。
(2）利用Moldfolw软件对手机后盖浇口位置进行优化可降低实际生产成本，缩短研发周期，提升产品质量，最终为生产优质塑料制品提供指导作用。
参考文献
[1]鲁立荣,李凝,王康.基于CAE技术的眼镜支架注塑模的模具设计及成型分析[J].塑料工业,2015,43(1):63-66.
[2]江毅,肖任贤,余冬玲,等.MoldFlow在注塑模浇口优化设计中的应用[J].中国塑料,2009,23(10):64-67.
[3]Shen Y K,Chien H W.Optimization of the micro-injection molding process using grey relational analysis and mold-flow analysis[J].J Reinf Plast Compos,2004,23(17):1799-1814.
[4]孙国栋,刘长华.基于Moldflow软件的开关盒上盖浇口优化设计[J].塑料,2011,40(4):103-105.
[5]陈志勇.Moldflow 6.1注塑成型从入门到精通[M].北京:电子工业出版社,2009.
[6]屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:高等教育出版社,2001.
浇口优化 篇3
仪表板是汽车上最重要的内饰件之一, 其表面质量的好坏, 直接影响整车的档次。但由于其零件尺寸大, 孔位、安装结构多, 形状复杂, 所以模具的设计及调整涉及到大量的人力、物力。浇口是注塑成型模具的浇注系统中连接流道和型腔的熔体通道。注塑件的质量在很大程度上取决于模具设计, 而浇口数量和位置是重要的模具结构参数。注塑模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, 产品表面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, 从而引起高剪切应力、明显的熔接线、翘曲等一系列缺陷[1]。本文利用Moldflow软件对浇口位置和数量进行优化设计, 根据填充时间、注塑压力、锁模力、流动前沿温度、V/P压力速度切换等, 分析气穴、熔接痕的大小、数量和位置以及产生原因, 比较并选出最佳浇口分布方案。
1、产品分析及性能要求
本产品为华晨金杯某车型仪表板, 仪表板的三维实体如图1 所示, 外形尺寸为408mm ×1632 mm×567 mm, 平均厚度为2.8 mm。外观要求:表面光洁, 无明显熔接痕、银丝、气泡。
仪表板采用整体一次注射成形, 要求材料具有良好的流动性、阻燃性, 高的刚性和硬度, 低的收缩率和较高的冲击强度等[2]。这款仪表板选择的材料为PP+EPDM-T20。
2、模型分析及优化方案
在注塑模具的开发中, 浇口的设置要满足以下条件:熔料的温度下降尽可能小, 压力损失要控制在规定范围内, 熔料流程尽可能短, 尽量减少熔接线且有利于排气。而熔接线和气穴是我们在注塑过程中经常碰到的影响制品外观的注塑缺陷。为了消除或减弱熔接线和气穴对制品外观的影响, 本产品所有的方案我们都采用可以有效消除制品的熔接线、气穴, 或将其减小或转移到制品非外表面位置的热流道多浇口顺序阀。
2.1 原始方案
根据以往仪表板模具设计经验, 本产品采用常用的8 浇口热流道顺序阀, 浇口分布如图2 所示, 针阀开启顺序为G1→G2/G7/G8→G3/G5/G6→G4。
经过填充分析, 填充时间为9.6s, 最大注塑压力73.29MPa, 锁模力:1748tone, 表面压力分布在40-70Mpa, 表面温度分布在200-220℃之间, 压力及表面温度分布都不平衡, 图中有两处无法充满 (见图3) 。经过分析, 主要由于浇口G1的流长太长, 浇口G4、G7、G8顺序阀的延迟时间不合理, 导致充填不满。后续我们通过调整浇口位置以及顺序阀的延迟时间, 达到流动平衡, 但在图中位置会产生较重的熔接线。最后, 我们做出了两个改进方案。
2.2改进方案
改进方案1如图4所示, 采用7浇口热流道顺序阀, 针阀开启顺序为:G1/G2→G3/G4→G5/G6→G7。
改进方案2 如图5 所示, 采用10 浇口热流道顺序阀, 针阀开启顺序为:G1→G2→G3/G4/G5→G6/G7/G8/G9→G10。
2.2.1 改进方案分析
方案1 经过充填分析, 填充时间6.65s, 最大注塑压力54.43MPa, 锁模力:1832tone, 外观面料流波前温度分布在216-230 ℃ 之间 ( 见图6 ) , V/P切换点外观面压力分布20-40MPa (见图7) , 虽然填充过程没出现缺料的问题, 但外观面的温度和压力差较大, 填充平衡性不是很理想。
方案2 经过填充分析, 填充时间:8.99s, 最大注塑压力:52.53 MPa, 锁模力:1709.9tone, 外观面料流波前温度分布在215-220℃ (见图8) , V/P切换点外观面压力分布在30-40MPa (见图9) 。表面的压力分布及流动前沿温度分布较平衡, 填充状态良好。
上述两个改进方案的工艺参数对比情况如表1 所示:
对比两个方案, 尽管方案一的浇口数量少, 但可以看出方案一的填充时间较短。这是由于填充时间并不完全由浇口的数量决定, 而是与许多因素有关[4]。方案二的注塑压力、锁模力都要比方案一小, 且方案二的制品外观面料流波前温度差和V/P切换点外观面压力分布更加平衡, 整个填充过程更加均衡。
2.2.2 熔接线及气穴情况
方案1 熔接线和气穴情况如图10 和11 所示:
方案2 熔接线和气穴情况如图12 和13 所示:
对比两个方案的熔接线及气穴情况, 我们可以清楚的看到方案1 制品的大部分熔接线和气穴都在制品底面, 但外观面有四个位置存在较明显的熔接线, 同时存在气穴。
评估熔接线是否影响外观的标准主要有两个:一是熔接线形成的温度及周围的温度差, 二是形成熔接线的料流汇合角度及是否困气[5]。熔接线1 和2 的周围温差在10℃左右, 熔接线混合角度都在30°左右, 且此处同时存在气穴, 对表面外观质量影响较大。而熔接线3 和4 处得熔接线在制品的分型线处, 可以通过加强排气使其弱化, 且这两处熔接线周围温差仅3℃左右, 对表面外观质量影响不大。
方案2 制品大部分熔接线都在底面, 外观面仅两处有熔接线, 且熔接线的对接角度基本在130°以上, 且长度较短。另外, 熔接线处没有气穴, 所以这两处的熔接线对产品表面质量影响不大。
从熔接痕及气穴分布情况我们也可以看出方案二制品表面的熔接痕及气穴数量不仅少, 而且对制品表面质量影响也较小。综合考虑, 尽管改进方案一的填充时间比方案二少2.34s, 但相对于整个注塑过程, 对注塑周期影响不大, 但方案二可以有效降低注塑压力和锁模力, 对注塑机及模具的寿命可以很好的保护。而且, 方案二的表面压力和温度分布更加平衡, 有利于料流的填充, 且方案二表面的气穴及熔接痕都明显优于方案一。所以, 我们选择10浇口热流道顺序阀作为我们的最终方案。
3、最终产品
按照上述10 浇口方案, 我们成功的做出外观质量优良的产品, 产品外观面没有出现明显的熔接线和气穴, 达到我们对产品外观面的质量要求。Moldflow的软件的分析大大降低了后期模具的修改, 提高了一次试模的成功率和模具开发质量。
4、结论
通过对原始浇口方案的改进, 对比两种改进方案, 方案二的注塑压力、锁模力、压力分布、温度分布都要优于方案一, 但充填时间要比方案一多2.34s, 综合考虑后我们确定了采用10 浇口顺序阀的方案。最终产品基本达到我们预期对产品外观质量的要求。
利用moldflow软件对模具结构进行优化, 可以提前预测制品可能会出现的注塑缺陷, 在开模之前对模具结构进行优化, 避免在实际生产中进行反复试模、修模。缩短模具开发周期, 节省人力、物力。
摘要：注塑件的质量在很大程度上取决于模具设计, 而浇口的数量和位置是重要的模具结构参数, 对于结构复杂的仪表板, 理想的浇口设计是整个模具设计的基础。文章通过对原始方案的改进, 并针对熔接线和气穴这两个常见的注塑缺陷, 运用Moldflow软件, 调整浇口数目、位置模拟注塑过程。根据填充时间、注塑压力、锁模力、流动前沿温度、V/P压力速度切换等分析熔接线及气穴大小、数量、位置以及产生原因。得到较为合理的浇口分布, 最大程度降低熔接线和气穴对产品的影响。
关键词：华晨,仪表板,浇口,熔接线,气穴
参考文献
[1][加]H.瑞斯著朱元吉等译.模具工程[M]第二版.北京:化学工业出版社, 2005:247-252.
[2]程丽珍.富康汽车仪表板PP专用料的研究[J].塑料科技, 2004 (03) :10-13.
[3]Hieber C A, Shen S F.A Finite-element/Finite difference Simulation of Injection-molding Filling Process[J].Non-New t., Fluid.Mech., 1980, 7:1-3.
[4]陈敬栋.大型汽车用塑件的注塑成型工艺研究[D].合肥:合肥工业大学机械制造及自动化, 2009.
浇口优化 篇4
随着注塑CAE技术的不断发展, 模流分析已可成功地应用在注塑模具的设计过程中。在制品的形状、尺寸确定的情况下, 浇注系统的设计是其模具设计的关键技术之一。浇注系统的形式直接决定模具结构的复杂程度与成本;浇注系统截面大小与长度直接影响到熔体在流道中的压力损失;浇口位置与数量直接影响到熔体在型腔中的流动方式, 并最终影响到制件的质量。通过对不同的浇注系统方案进行模流分析, 比较其充填状况、熔接痕位置、注射压力、锁模力等, 从而实现方案的优选。
1 制件的3D造型与网格划分
1.1 制件建模
零件的基本尺寸为长430 mm、宽81 mm、高28 mm。为便于Moldflow进行网格划分, 将模型以igs面格式输出。如图1所示。
1.2 网格划分、诊断和修复
将制件的igs面格式3D模型导入Moldflow MPI6.1中, 采用双面 (Fusion) 网格类型进行网格划分, 经网格诊断、自动修复、手动修复后的网格如图2所示, 单元数3 785个, 节点数1 869个。
1.3 浇口位置分析与方案拟定
对塑件进行最佳浇口位置分析, 结果如图3所示, 其中深色区域表示较好的浇口位置, 位于制件的中部。
该制件的分型面在壳体开口边缘。考虑到制件为条形, 为有效利用模具材料, 提高产品的生产率并保证制件的成型精度, 该制件的成型模具宜采用一模两腔、型腔长度方向平行的型腔布局。若按最佳浇口位置分析结果来设置浇口, 则该制件要采用点浇口或潜伏浇口形式。采用点浇口则模具结构为三板模, 增加了模具成本, 且产品外观也受到影响, 对该制件而言这是不允许的。采用潜伏浇口则使模具结构更为复杂且加工成型过程中易出故障[1]。为此, 综合考虑制品分型面位置、型腔布局、制品外观要求、模具结构的简易可靠及最佳浇口位置, 采用侧浇口进胶, 浇口位置在制品长度方向的中间, 靠近分析出来的制件最佳浇口位置。考虑制件为条状, 长度方向尺寸较大, 在此还以最佳浇口位置为中心设置两个侧浇口进胶, 以供方案比较和选择。
2 方案的比较与分析
2.1 条件设置
制件要求一定的强度和硬度, 因此材料选用Lanxess ABS 1146。为便于比较, 两个方案的工艺条件均采用材料推荐的模温80℃, 料温260℃;充填方式采用流率控制, 流率设置为200 cm3/s;速度/压力切换设置为100%的充填体积。将上述两种流道系统分别进行充填分析, 通过观察比较充填时间、充填结束时刻的压力分布、熔接痕分布、气穴分布、最大注射压力和锁模力、壁面剪切力等来对方案进行优选。
2.2 结果比较分析
2.2.1 充填时间
从充填时间结果不仅可以了解充填结束时间、充填是否完全, 还能了解熔体流动的方式。单浇口方案与双浇口方案的充填时间见图4。由图4可见, 两种方案均能充填完全, 充填时间均在1.45 s左右, 双浇口方案的两浇口间料流约在0.59 s相遇。
2.2.2 充填结束时刻的压力分布
充填结束时刻的压力会影响到成型时制件内部的残余应力, 压力越大, 残余应力越大;若压力分布不均, 差异越大则残余应力分布越不均, 引起的翘曲变形也越大。所以要求充填结束时的型腔压力分布要尽可能均匀, 压力差越小越好。
单浇口方案与双浇口方案充填结束时刻的压力分布分别如图5和图6所示。由图5、图6可见, 充填结束时单浇口方案的型腔压力差约为85 MPa, 双浇口方案的型腔压力差约为63 MPa, 可见双浇口方案的型腔压力比单浇口方案的型腔压力分布更为均匀些。
2.2.3 熔接痕
注塑时, 当两股或多股料流相遇时会形成熔接痕, 熔接痕对制件的机械力学性能、外观会有一定的影响。当熔体前沿相遇时, 若熔体流动前沿温度较高、后续施加的压力较大, 则熔接痕对质量的不良影响会很小[2]。
分析结果表明:两种方案在矩形孔、小圆孔的料流方向后端均会存在熔接痕, 这是制件结构特征所决定的, 但两种方案的流前温度均在260℃左右, 偏离熔体注入温度 (260℃) 很小。在双浇口方案中, 两浇口间还存在一较长的熔接痕, 由于其流前温度很高, 且由前充填时间结果可知其形成时间约在0.59 s时, 后续充填的继续会导致此处存在较大压力, 因此该处熔接痕的熔接强度得到保证, 对制件质量的不良影响很小。
2.2.4 最大注射压力与锁模力
制件成型时所选择的注塑机必须满足成型要求的最大注射压力与锁模力。最大注射压力与锁模力越大, 能量消耗越多, 对注塑机的规格要求也越高。
单浇口方案与双浇口方案的注射压力变化轨迹分别如图7 (a) 、 (b) 所示。整个过程设置为恒流时率注射, 因此两方案的注射压力最大值均出现在充填结束时刻。单浇口方案的最大注射压力约为114 MPa, 双浇口方案的最大注射压力约为106 MPa, 略低于单浇口方案。
单浇口方案与双浇口方案的锁模力变化轨迹分别如图8 (a) 、 (b) 所示。因整个过程设置为恒流率注射, 因此两方案的锁模力最大值也均出现在充填结束时刻。单浇口方案的最大锁模力约为3 442 kN, 双浇口方案的最大锁模力约为2 586 kN, 比单浇口方案有较大减低。
2.3 方案比较结论
通过上述比较分析可知, 采用双浇口方案比单浇口方案能具有更小的锁模力、壁面剪应力和注射压力, 虽然在两浇口间会产生熔接痕和气穴, 但影响不大或可采取措施消除。因此优选双浇口方案。
3 结论
本文通过模流分析技术进行了不同浇口设置方案的比较与优选, 后续还可结合模架的选择、模具具体设计来确定流道的长度与截面尺寸, 并可通过流道平衡分析来优化分流道的截面尺寸;通过保压分析和冷却分析来优化浇口的截面尺寸, 保证充分地保压补缩。由此得到较优的流道系统, 以提高产品的品质。
摘要：针对某路由器面板, 通过最佳浇口位置分析后, 综合考虑确定了单侧浇口和双侧浇口两种方案。通过分析比较其充填时间、充填结束时刻的压力分布、熔接痕分布、最大注射压力和锁模力后优选双侧浇口方案。由此表明借助模流分析技术可在模具设计中实现浇口位置与数量方案的优选, 辅助设计者提高设计质量。
关键词：模流分析,浇口位置,优化,路由器面板
参考文献
[1]陈世煌, 陈可娟.塑料注射成型模具设计[M].北京:国防工业出版社, 2007.
基于蛋清分离器的浇口分析 篇5
对于常规的塑件, 一般分析流程包括前处理与后处理。前处理过程中有两大步骤“建立网格模型”与“设定分析参数”, 后处理中为“模拟分析结果”。
(1) 建立网格模型。本课题将利用UG建好的模型导出Moldflow能够识别的STL模型。然后对该模型进行网格划分。
(2) 设定分析参数。首先确定分析的类型, 对相应的模块进行分析。接着, 在材料库中选择成型材料及各种物理参数。按照注塑成型的不同阶段, 设置相应的温度、压力和等工艺参数。然后设定浇口位置, 创建浇注系统和冷却系统的形式, 初步确定主流道、分流道、浇口的大小和位置, 与冷却管道的大小和位置等。
(3) 模拟分析结果。通过参数设置, 进行相关工艺的分析。在分析结束后, 可以看到产品成型过程中充填过程、温度、压力的变化和分布, 以及产品成型后的形状等信息, 为模具设计提供必要的设计依据或参考。
2 蛋清分离器的分析准备
(1) 模型导入。Moldflow与其它CAD系统具有良好的数据接口。本论文使用的CAD模型数据是由UG转换为STL文件。STL文件是Moldflow能识别的文件, Moldflow对文件的导入后, 后期需要划分网格, 同一个3D模型数据由于保存的文件格式不相同, 网格划分的质量也不一样。如果保存的文件格式为IGS格式, 在后续的划分网格质量, 其匹配率要比STL和STP等格式的数据模型高一些。但有时数据模型的结构较复杂, IGS格式的数据反而会使网格的缺陷增多。因此, 在IGS格式的数据质量较好的情况下, 优先选择IGS格式;反之, 优先选择STL格式。
(2) 模型网格的划分。运用Moldflow进行模型分析之前, 需要创建网格模型, 通过有限元的计算方法, 将模型用网格包络逼近, 网格是模流分析的基础。全局网格边长一般情况下为制件最小壁厚的1.5-2倍。本论文的塑件壁厚通过厚度诊断平均值1.07mm, 如图1所示。因此重新设置全局网格边长为1.6mm, 满足原则要求, 划分完之后的结果如图2所示, 匹配率达到88.3%。表面网格模型的网格匹配率必须达到85%或者更高才可以进行流动+保压分析。
3 浇口位置分析
选择合理的浇口在模具设计中是十分重要的。通过Moldflow中的“浇口位置”分析模块, 可以用来设计分析过程找到一个初步的浇口位置, 如果已知塑件的材料是食品级别的PP塑料, 通过材料的选择后, PP料的相关特性也就确定了, 其中PP料的推荐的模具表面温度为50度和熔体温度为230度。
通过浇口位置分析后, 如图3所示的浇口匹配性结果, 显示了模型各位置处的浇口匹配性位置。其中用蓝色表示浇口匹配性最好, 表示是最优的浇口位置。红色位置表示浇口匹配性最差, 不适合设置浇口位置, 其他位置匹配性处于过渡区域。
4 总结
浇口优化 篇6
在模具设计的过程中, 需要用到大量的标准零件, 例如导柱、导套单元、导引销和浇口套等, 模具制图人员需要经常反复绘制同一类型而不同尺寸的零件图, 制图效率很低。本文就模具浇口类零件的参数化绘图进行了研究, 采用Auto CAD软件中的二次开发工具VBA来创建模具浇口类零件的参数化图形库, 将零件的类型和尺寸进行整合分类, 通过对零件上点的位置关系的分析, 使用Visual Basic语言编制函数和子程序, 利用Access软件创建两种浇口套的数据库。绘图人员通过类型和基本尺寸的选择, 就可以实现浇口套零件的自动绘图, 大大减轻了重复绘制的工作, 既保证了标准件重复绘制的精度, 又提高了设计的效率。
1 Auto CAD VBA开发基础
VBA是指在Auto CAD软件中嵌入了Microsoft Visual Basic语言的开发环境。它和Auto CAD软件运行在同一处理空间, 可以利用Auto CAD所有的图形处理资源, 而Visual Basic编程语言也易学易用, 并且VBA在Auto CAD进程中运行程序速度相对较快也支持Active X技术, 因而VBA是一种更加快速和智能的CAD编程环境。
2 浇口类零件参数化绘图的实现
该参数化绘图应用程序系统是基于Auto CAD VBA平台编程、用ADO对象模型连接数据库, 通过选择对应类型和基本尺寸对模具浇口类零件实现参数化绘图。
2.1 设计流程
本文利用VBA实现浇口类零件的参数化绘图设计, 设计的主要流程如下:
1) 绘制程序流程图;
2) 创建工程;
3) 创建用户界面;
4) 编制的函数和子程序;
5) 编译并调试程序代码;
6) 保存全部工程代码;
7) 运行工程代码 (宏) 。
2.2 数据库的创建与连接
标准件有大量的数据, 所以进行参数化绘图离不开数据库。国家电子工业部关于浇口类零件的标准如图1所示, 外径D、内径d和长度L是浇口套的基本尺寸, 这就需要创建一个数据库, 供用户进行查询和提取。本文采用Access软件创建数据库, 建立ADO来访问数据库。ADO是在Auto CAD VBA中开发数据库应用程序的技术, 在对数据操作方面, 直接使用SQL语句操作数据具有较高的灵活性、更好的效率和强大的功能。
2.3 创建窗体
本设计创建了两个窗体, FORM1窗体和Title窗体, 分别用来选择浇口套类型和填写标题栏。两个窗体的设计涉及到常用控件的使用, 程序运行界面如图2所示。
在程序中内置了类型、外径、内径和长度的选项, 用户选择相应的类型和尺寸后, 就可以进入到TITLE窗体。
用户输入各项的内容后, 程序将执行二维对象的绘图程序。
2.4 创建二维对象
参数化绘图最终要得到零件的二维图形, 这就需要通过编制函数和程序来实现。创建应用程序的模块, 首先要分析图形的结构和点线直接的位置关系, 把关键尺寸用变量表达出来, 最终把程序模块的代码输入到代码窗口中去。该系统的设计过程中, 共创建了17个基准函数模块, 如图2所示。
除了编制17个模块代码以外, 还要编制缩放视图、设置图层、加载线型、选择集以及浇口套的非实体对象如创建文字、标注和公差和粗糙度等的代码。例如在Application对象中用Zoom Window方法进行缩放视图, 以A4图纸的窗口最大设置代码:
3 程序运行实例
打开Auto CAD软件, 在下拉菜单中选【工具/宏/VBA管理器】, 系统会弹出【VBA管理器】对话框, 如图2所示, 点击【加载】, 选择Dwg Thunbnail图形控件。
单击Visual Basic编辑器按钮, 启用宏, 进入VBA集成开发环境, 在VBA集成开发环境中, 选择【工具】/【引用】菜单项, 在弹出的对话框中单击【浏览】按钮, 选择Dwg Thunbnai.ocx文件, 在“可使用的引用”表中选择Dwg Thunbnai组件。在VBA开发环境中, 按F5, 出现对话框, 选择类型、基本尺寸和填写工具栏后可自动生成零件图, 最终生成的零件图如图3所示。
4 结语
本文对基于VBA的模具浇口类零件参数化CAD系统进行了深入的研究, 研究了宏和集合对象的使用、对二维对象的创建做出了多种优化设计。对非实体对象包括文本、块和属性、标注和公差、粗糙度标注做出了深入研究。创建数据库及其连接, 实现了数据库到VBA的连接、选择和操作。在基于以上研究的基础上设计了一个参数化绘图系统。
本文的研究证明了Auto CAD VBA可以大幅度的提高工作效率、缩短设计周期和方便进行数据库管理。系统在运行过程中, 用户只要选择类型和基本尺寸, 计算机就可以按照用户的要求生成相应的零件图, 完全达到了参数化绘图的目的, 对模具浇口类零件的生产和设计具有一定的应用意义。
参考文献
[1]张玉萍, 蒋寿伟, 尹忠慰, 等.利用AutoCAD VBA开发用户图库系统[J].机械设计与制造, 2003 (1) :33-35.
[2]徐慧娟, 夏治, 李恭琼.AUTOCAD的应用现状及其二次开发技术[J].四川兵工学报, 2004 (4) :23-25.
[3]刘细芬, 韦春鸾, 谢有富.基于AutoCAD的塑料模标准件参数化图形库的开发[J].机械设计与制造, 2007 (10) :191-193.
浇口优化 篇7
如图1、图2所示, 其技术要求如下。
(1) 材料为PVC。
(2) 铸造成型, 未注圆角R0.1。
(3) 未注尺寸及形位公差选用GB IT12级。
2 NM-园射流盘的工艺参数的设定
具体情况如表1所示。
3 浇注系统设计与充模虚拟分析
NM-圆射流盘为壁薄盘类回转体, 塑件中心是一个形状为花瓣的φ40中心孔。在考虑该塑件的浇口设计时选用潜伏式浇口, 开设在花瓣孔的中心。
3.1 浇口物料充模分析模拟
结论:熔体流动平衡, 没有短射, 滞流等问题。 (见图3、图4)
3.2 浇口物料充模温度与压力分析模拟
如图5、图6所示, 其结论为: (1) 外观件要求温度分布在10℃之内, 满足要求。 (2) 最小注射压力为38 MPa, 压力小, 分布均匀。
3.3 浇口物料充模时熔接线分析
熔接缝是由于方向相反或平行的两股熔体相遇而形成的。熔接缝多产生在多浇口或有嵌件的制品中, 对制品的外观和力学性能有着重要影响, 是塑料注射成型常见的缺陷之一。在实际的成型中, 有些熔接缝很容易在制品的表面观察到, 有些在外观上并不明显;有些熔接缝导致制品的力学性能显著下降, 有些则影响很小。因此, 在熔接缝位置确定的基础上, 对所有熔接缝的性能进行定量的分析与评价, 预测其实际成型的质量具有重要的实用意义。 (见图7)
结论:靠破孔附近不可避免地出现结合线。
3.4 气穴的预测与分析
气穴是指模腔内的空气, 在熔体前沿的推动下未能顺利排出而滞留在型腔内, 这种情况将导致所成型的塑件内产生空洞, 或夹有气泡, 或注不足, 或表面有污点、灼痕等缺陷。
气穴常位于熔体最后充填的区域, 缺少排气孔和排气孔尺寸太小是气穴产生的主要原因。另一种常见原因是由大的厚度比引起的跑道效应形成的。可以通过修改充填模式、扩大排气孔、正确布置排气孔放置来消除气穴。
结论:粉丝点代表气泡, 气泡多集中在分型面上, 需要在分型面上设定必要的排气槽。
4 结语
通过对模具浇口CAE可行性分析, 其分析结果如表2所示。
修改后设计能够保证塑料进料均匀, 在塑件上不留有浇口的明显痕迹, 便于浇口的脱出, 同时简化了模具的结构。
参考文献
[1]张荣语.射出成型书[M].高立图书馆出版社, 1998.