1 前言

注射成型過程中，塑料熔體在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)、傳熱過程是非常復(fù)雜的物理過程。利用注射模CAE 技術(shù)可在模具制造之前，對(duì)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和模擬來代替實(shí)際的試模，預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)中潛在的缺陷并及時(shí)修改。通過CAE 模擬分析，最大限度地預(yù)測(cè)并修正產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)及制品成型過程中可能出現(xiàn)的不足，取代傳統(tǒng)的反復(fù)試模、修模等過程，從而降化產(chǎn)品制造成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

2 產(chǎn)品分析

某手機(jī)下蓋，采用的材料為PC，幾何尺寸為：84mm×43.6mm×9.3mm，平均厚度為1.4mm，最厚處為2.2mm，最薄處僅為0.55mm，產(chǎn)品壁厚分布如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品厚度分布

3 模流分析原始方案

模具設(shè)計(jì)原始方案采用三板模，以三個(gè)直澆口直接進(jìn)澆，加工成型條件見表1。利用MoldFlow的MPI軟件對(duì)充模過程中的流動(dòng)、保壓、冷卻和收縮、翹曲進(jìn)行模擬分析，通過分析可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前方案可能出現(xiàn)如下幾個(gè)問題。

(1) 流動(dòng)不平衡、結(jié)合線、包封產(chǎn)生。

如圖2 所示為流動(dòng)波前85%圖，可以發(fā)現(xiàn)澆口徑向充填并非均勻流動(dòng)，在靠近薄壁部位呈現(xiàn)遲滯，有流動(dòng)不平衡的情況。

圖2 流動(dòng)波前85%圖

如圖3 所示為流動(dòng)波前等位線圖，可以發(fā)現(xiàn)圖中有部份等位線過密情形，表示此區(qū)流動(dòng)阻力較大，塑料流動(dòng)通常往流動(dòng)阻力小的區(qū)域流，最后才回填流動(dòng)阻力較大的區(qū)域，造成流動(dòng)末端有結(jié)合線與包封產(chǎn)生，有時(shí)甚至有短射之慮。

圖3 流動(dòng)波前等位線圖

如圖4 所示為充填/中心溫度分布圖，平均溫度在308℃，而上方澆口附近出現(xiàn)255℃的溫度，差異過大，末端結(jié)合線將非常明顯。

圖4 充填/中心溫度分布圖

(2) 保壓效果不良。

圖5 為中心溫度分布圖，分布范圍在42.6℃~322℃之間，大部分塑料溫度在130℃左右，都低于塑料本身的不流動(dòng)溫度。表示保壓結(jié)束瞬間塑料受冷模影響，熱傳效應(yīng)明顯，塑料迅速降溫凍結(jié)。

圖5 保壓分布/中心溫度分布圖

如圖6 所示為壓力分布圖，壓力分布范圍由澆口127MPa 至流動(dòng)末端已降為0MPa，壓降過大，壓力傳遞不良，無法補(bǔ)充縮水區(qū)之塑料，反而使?jié)部谔帤埩魬?yīng)力增加。

圖6 保壓/壓力分布圖

( 3) 縮水情況產(chǎn)生。

如圖7 所示體積收縮率分布圖，澆口附近體積收縮率為( - 2.02%) ，表示有膨脹的情況，遠(yuǎn)離澆口之體積收縮率最大為( 5.86%) ，表示縮水情況的發(fā)生，當(dāng)保壓結(jié)束瞬間塑料有膨脹與縮水情況同時(shí)發(fā)生時(shí)。

圖7 保壓/體積收縮率分布圖

4 模流分析- 設(shè)計(jì)優(yōu)化

針對(duì)縮水問題的改善方式有許多，以下建議3 個(gè)方案提供參考。

(1) 成型條件變更。

變更成型條件如表2，降低保壓時(shí)間，使?jié)部诒弘A段塑料溫度提升，增加保壓壓力，因保壓壓力需足夠克服澆口阻力進(jìn)行縮水補(bǔ)償。

通過分析，可以從中心溫度分布圖5發(fā)現(xiàn)，分布范圍由47℃~327℃，大部分塑料溫度提升至166℃左右。

由壓力分布圖6 上可以發(fā)現(xiàn)，新方案的壓力分布澆口壓力為156MPa，流動(dòng)末端提升為37MPa，表示壓降變小。

從體積收縮率分布圖發(fā)現(xiàn)，體積收縮率分布范圍由( - 2.57%~3.92%) ，膨漲的情況稍增，縮水率則下降。

( 2) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更。

澆口區(qū)域過薄，所遭受的流動(dòng)阻力甚大，因此大的壓降會(huì)消耗許多射出壓力，因此增加進(jìn)澆處產(chǎn)品壁厚，由0.55mm 改為0.65mm，使熔塑流動(dòng)阻力降低，采用如表2 的成型條件進(jìn)行模擬分析。

由充填/中心溫度分布圖4 所示，平均溫度在309℃，上方澆口附近提升為290℃的溫度，使塑料分布較均勻。

由保壓/中心溫度分布圖5 所示，大部分塑料溫度提升至171℃左右。

由保壓/壓力的分布圖6 所示，澆口壓力分布范圍為159MPa，流動(dòng)末端提升為48.2MPa，表示壓力有效傳遞。

從分析結(jié)果顯示的體積收縮率分布圖上可以發(fā)現(xiàn)體積收縮率分布范圍為( - 2.45%~3.32%) ，膨脹的情況稍增，收縮率則有明顯的下降。

( 3) 模具設(shè)計(jì)變更。

為使達(dá)流動(dòng)平衡，增加一組進(jìn)澆點(diǎn)，如圖8 所示為新方案的澆道配置變更圖。通過增加工澆口可以平均分擔(dān)模穴的充填與保壓壓力的傳遞，使塑料溫度提升，黏度降低，流動(dòng)阻力變小。采用如表2 相同的成型條件進(jìn)行模擬分析。

圖8 澆道配置變更圖

如圖9 所示為充填/中心溫度分布圖，平均溫度310℃，上方澆口附近提升為305℃的溫度，使塑料分布相當(dāng)均勻。

圖9 充填/中心溫度分布圖

如圖10 所示為保壓/中心溫度分布圖，大部分塑料溫度提升至171℃左右。

圖10 保壓/中心溫度分布圖

如圖11 所示為保壓/壓力分布圖，壓力分布范圍在澆口處為160MPa，流動(dòng)末端提升為57.4MPa，表示壓降變小。

圖11 保壓/壓力分布圖

如圖12 所示為新方案的體積收縮率分布圖，體積收縮率分布范圍由( - 2.42%~3.00%) ，膨脹的情況稍增，縮水率有大幅度的降低。

圖12 體積收縮率分布圖

5 結(jié)束語(yǔ)

通過分析對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過多次優(yōu)化后，通過增加進(jìn)料點(diǎn)，以相同的流速，使塑料溫度均勻分布，壓力均勻傳遞，壓降變小，讓各澆口有效發(fā)揮，使縮水率降低。

模具廠在采用按照新方案進(jìn)行模具設(shè)計(jì)與制造，生產(chǎn)的產(chǎn)品一次試模成功。產(chǎn)品基本沒有縮水問題，結(jié)合線也不明顯。在澆口區(qū)域局部有過度膨脹情況，因?yàn)榇藚^(qū)是貼紙的區(qū)域，并不影響外觀。