基于充填分析的注塑模澆口位置優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

中國(guó)注塑網(wǎng)

的澆口位置也滿足的條件利用充填分析技術(shù)。結(jié)合實(shí)洌，確定出合理的流道設(shè)計(jì)通過(guò)CAE技術(shù)在具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用說(shuō)明充填分析技術(shù)在優(yōu)化浼口位置設(shè)計(jì)中的作用充校流動(dòng)分析發(fā)展到現(xiàn)/1：，尤論是坪論還玷數(shù)ffm達(dá)以付比較成熟j丨。作々1：程技61如Mfr押地丨I流動(dòng)）>祈仍以所山丨臨的要課題，1片從泛丨丨倫咒設(shè)丨卜這-H體的H題出發(fā)作細(xì)地闡還r允填分析技私A：投u戊計(jì)屮的應(yīng)丨ij，汴通過(guò)r1.fV：'i丨外的驗(yàn)id：1注塑模澆口設(shè)計(jì)概述注塑模澆U的類很多，常見(jiàn)的側(cè)澆n、點(diǎn)澆M、潛伏式澆N、圾形澆門、薄脫澆口等多種，根據(jù)其特忭不M使丨丨丨在fH場(chǎng)合澆-般都比較細(xì)小，N而流逍附乃很大，細(xì)微的變化都會(huì)十增料熔體的允填產(chǎn)生很九的影響十的設(shè)iM！、：設(shè)丨Hf壞付制品頃詰和"丨成增性影響很澆N的數(shù)丨j和RS主耍影響允模式。而澆丨丨的形狀4k（要影響熔體流動(dòng)性質(zhì)泛門沒(méi)計(jì)A說(shuō)動(dòng)的允坩悅r；-iftiQ1避免射流。滯流、象的發(fā)十?！　〕齦h熔體的流動(dòng)R度超過(guò)丫實(shí)的限制，否則心盡！A丨I中澆丨。這+僅丨是模H加的M題，最又鍵的是多澆N的設(shè)置將會(huì)引起更多的熔接線和熔fr痕澆n數(shù)丨1和丨（（置的設(shè)汁對(duì)制品的質(zhì)M和可成吧忭影響很欠，如模洱的排氣孔，翹曲和收縮，過(guò)丨玉和允填4；充分等除廠窄長(zhǎng)形制汴外，單澆u設(shè)計(jì)史利于材料、溫度、壓力的均勻分市以及取向：仵實(shí)際心用中，并不是所有的模具都能滿足所的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，因此必須根據(jù)實(shí)際情況判斷什么是合理的澆「位置設(shè)汁理圯的澆n位罟的設(shè)汁準(zhǔn)則足：泛rms應(yīng)保證制品的完仝允填澆〔丨位s位保證熔體流動(dòng)可以將模具中的氣體推到分削面處或能夠有效地排氣以防止裹氣發(fā)卞。，保證腔中的'今：氣得到充分的釋放，以避免產(chǎn)生穴其罕：發(fā)生燒斑。注R揭等現(xiàn)象厚壁處流向薄壁<域，保證熔體的充分充填澆u位置應(yīng)保證各t方向的流動(dòng)長(zhǎng)度相等，防止制件的部分區(qū)域經(jīng)歷過(guò)壓如對(duì)稱制件應(yīng)將澆n設(shè)置在對(duì)稱點(diǎn)以避免非對(duì)稱充填所引起的收縮和翹曲-澆n位置不應(yīng)處于承受強(qiáng)載荷的區(qū)域，因?yàn)闈瞸）區(qū)域有可能是強(qiáng)度最弱的部位，澆u位置設(shè)計(jì)應(yīng)防止發(fā)生噴射澆u位置的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少熔接線的出現(xiàn)，特別是在主要表面上出現(xiàn)熔接線、流痕等，以避免影響材料的使用性能和制品表面質(zhì)量等n斑不應(yīng)出現(xiàn)在外觀表面和功能表面-注射成型充填流動(dòng)過(guò)程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的物理過(guò)程，1卜：t頓流體的高溫塑料熔體在K力的驅(qū)動(dòng)下通過(guò)流道，泛N向較低溫度的塑腔允填，一方面由于模丨4傳熱而快速冷卻，另-方面因高速剪切產(chǎn)生熱M，問(wèn)時(shí)伴隨有培體固化、體積收縮、分子取向及可能的結(jié)晶過(guò)程隨著塑料熔體壓力、溫度和剪切速率等物理試在充模過(guò)程中的發(fā)展變化，塑料熔體的流動(dòng)u為將直接影響塑料件的最終形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)?！　∪∠蚝蜌堄鄳?yīng)力因此人們希望在模具制造之前就能夠預(yù)測(cè)熔體的充填狀況，以便及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，修改設(shè)計(jì)圖紙而不是返修模具。充填分析技術(shù)的出現(xiàn)提供了這種可能，它可以預(yù)測(cè)熔體流經(jīng)流道、澆口填充型腔的過(guò)程，可用于優(yōu)化產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)，確定合理的澆u和流道設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)所需的注塑壓力和鎖模力，1；河由奮科技攻關(guān)項(xiàng)H（10607113）收稿1期：2（）0卜丨1418并發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的成型缺陷，將工程設(shè)計(jì)問(wèn)題建立在科學(xué)分析的基礎(chǔ)上?！　〉?，充填分析技術(shù)只是一種工具，用來(lái)幫助和完善工程師的設(shè)計(jì)而不是取代他們。因此，和其它工具一樣，分析模擬作用的大小取決于使用者的熟練程度，或者說(shuō)，取決于使用者對(duì)分析模擬結(jié)果的正確認(rèn)識(shí)和判斷。　　澆口位置優(yōu)化設(shè)計(jì)案例分析產(chǎn)品來(lái)自于河南鄭工橡塑模具國(guó)家工程研究中心有限公司，充填分析軟件采用鄭州大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程研究中心所開(kāi)發(fā)的Z -MOLD流動(dòng)分析的基本思想是先將整個(gè)型腔劃分成網(wǎng)格，并形成相應(yīng)于各節(jié)點(diǎn)的控制體積單元，建立節(jié)點(diǎn)壓力與流人節(jié)點(diǎn)體積單元流量之間的關(guān)系，得到一組以各節(jié)點(diǎn)壓力為變量的控制方程。在筆者的工作中，流動(dòng)分析采用廣義的Hele型，沿用流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析法的基本思想，將三維制件劃分為三角單元。利用控制體積法建立型腔面內(nèi)壓力場(chǎng)求解的有限元方程，沿厚度和時(shí)間域差分建立方程溫度場(chǎng)求解的差分方程。耦合利用有限元/有限差分來(lái)求解控制方程，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)控制體積的充填狀況實(shí)現(xiàn)熔體前沿的自動(dòng)更替和推進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)注射模充填過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬。通過(guò)流動(dòng)模擬可以得到任意時(shí)刻型腔內(nèi)壓力、溫度、速度等物理量的分布，以及任意時(shí)刻熔體前沿的位置等?！　⊙芯恳圆煌O(shè)ti的彩票機(jī)外殼產(chǎn)品作為實(shí)際的算例，應(yīng)用CAE技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。所采用的材料為GE公司的ABS 28818E，注塑時(shí)間為3 s，熔體溫度為230，模具溫度為35T.在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中主要關(guān)注以下幾個(gè)問(wèn)題：澆口數(shù)目與熔接線、充填壓力、鎖模力、廢料等之間的關(guān)系。目的是為了判斷應(yīng)該采用的澆口數(shù)目，一般來(lái)講，在注塑機(jī)允許的范圍內(nèi)，應(yīng)盡量采用單澆口?！　部谖恢门c成型壓力、熔接線位置、流道內(nèi)的壓力損失等之間的關(guān)系。目的是為了避免過(guò)高的注塑壓力、不適宜的熔接線位置，以及盡量縮短流道以防止過(guò)大的壓力損失和產(chǎn)生過(guò)多的廢料n澆口位置與流動(dòng)型態(tài)、模具結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。澆口應(yīng)盡量處于制件的中心，以避免局部的過(guò)壓和滯流現(xiàn)象發(fā)生?！　橹破肥疽鈭D和數(shù)值分析有限元網(wǎng)格。依靠經(jīng)驗(yàn)的判斷和模具的結(jié)構(gòu)，澆口位置適宜的區(qū)域主要處于1、2點(diǎn)所在的邊h和3、4、5點(diǎn)所在的邊上。下面將針對(duì)每一個(gè)澆口位置設(shè)計(jì)進(jìn)行充填分析，其中方案1方案5的澆n位置分別在中1制品示意圖和數(shù)值分析有限元網(wǎng)格為不同設(shè)計(jì)方案的壓力、壓力損失、鎖模力?！　榉桨?的充填等值線和熔接線圖，其中注塑壓力為116.5MPa，流道內(nèi)的壓力損失為54.55MPa，鎖模力為3方案1的充填等值線和焙接線圖從可以看出，右邊首先充滿，然后熔體冉允向左邊，這也是造成注塑壓力過(guò)高的原因，同時(shí)也無(wú)法保證制品性質(zhì)的一致性和均勻性，會(huì)發(fā)生局部過(guò)壓和引起制件較大的翹曲變形，甚至?xí)l(fā)生充不滿和滯流現(xiàn)象，特別是熔接線位置出現(xiàn)在功能界面，因此它不是一個(gè)合理的設(shè)計(jì)?！　榉桨?的充填等值線和熔接線圖，其中注塑壓力為109.6MPa，流道內(nèi)的壓力損失為2MPa，鎖模力為3432kN，：，從可以看出，它正好與方案I相反，左邊首先充滿，然后熔體再充向右邊，它會(huì)出現(xiàn)與方案I方案2的充填等值線和熔接線圖同樣的問(wèn)題，因此，它也不是一個(gè)合理的設(shè)i丨，只是它的熔接線位置較方案1更合理一些。　　為方案3的充填等值線和熔接線圖。其中注塑壓力為98.96MPa，流道內(nèi)的壓力損失為49.26MPa，鎖模力為3方案3的充填等值線和熔接線圖從可以看出，由于澆口位置的抬高，流道長(zhǎng)度將縮短。因此流道內(nèi)的壓力損失要比方案1和方案2小，但由于各個(gè)方向流動(dòng)長(zhǎng)度的不一致，它出現(xiàn)了方案2類似的問(wèn)題，同樣是左邊首先充滿，然后熔體再充向右邊，上部橫欄部出現(xiàn)明顯的熔接線，因此，它也不是一個(gè)合理的設(shè)計(jì)，為方案4的充填等值線和熔接線圖，其中注塑壓力為100.36MPa，流道內(nèi)的壓力損失為46.51MPa，鎖模力為從可以看出，各個(gè)方向流動(dòng)長(zhǎng)度基本一致，熔體幾乎是同時(shí)充滿制件的各個(gè)角落，橫欄上的熔接線也偏離中心而靠近結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好的角部，鎖模力和注塑壓力也處于成型設(shè)備所允許的范圍之內(nèi)。因此，它是一個(gè)合理的設(shè)計(jì)P方案4的充填等值線和熔接線圖為方案5的充填等值線和熔接線圖，其中注塑壓力為95.2MPa，流道內(nèi)的壓力損失為53.45MPa，鎖模力為2599 1成」從充填壓力、鎖模力和熔接線位置來(lái)看，方案5也是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)，但從充填模式來(lái)看，它容易引起較大的翹曲變形，而且由于澆口位置偏離模具中心，會(huì)給模具設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)很大困難?！　》桨?的充填等值線和熔接線圖綜合以上分析，可以認(rèn)為方案4是一、比較好的澆口位置設(shè)計(jì)：，3結(jié)語(yǔ)應(yīng)用充填分析技術(shù)，可優(yōu)化模具設(shè)計(jì)。確定合理的澆口位置，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的成型缺陷，從而大大降低模具設(shè)計(jì)制造成本，節(jié)約時(shí)間。