韩雷雷，张惠敏
（青岛科技大学，山东青岛，266061）
摘要：以缩短产品生产周期，降低成本及提高产品质量为目的，利用moldflow/MPI对相机外壳成型过程进行了模拟分析。根据模拟分析得到熔接痕、流动前沿温度、体积收缩率和翘曲等结果，优化浇口设计及成型方案。分析结果对塑件注射成型应用具有指导作用。
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关键词 ：moldflow ；翘曲变形；优化设计
作者简介：韩雷雷（1990-）女，汉，山东枣庄人。青岛科技大学在读硕士研究生，从事模具CAD/CAE/CAM方向的研究。
1 引言
相机外壳要求造型美观，强度高，装配精度也要求较高，传统的模具设计中，只能凭借经验设计模具，制造出模具后进行试模，不合理地方进行调整，不仅质量难以保证，且成本较高。随着计算机仿真技术的发展，在产品外壳造型设计使用CAE分析技术，在电脑上对塑件进行注塑成型模拟分析。它在计算机上建立数学模型，并对注塑成型过程进行仿真和分析，把仿真及分析的结果用图形显示出来[1]。模拟预测相机外壳注塑成型缺陷，模具设计缺陷和成型窗口，从而优化工艺参数，有效缩短试模时间，提高产品成型质量。
本文采用moldflow/MPI对相机外壳进行模拟分析，确定并优化浇口位置及数量的设计方案，并减少翘曲变形量优化工艺参数，从而得到合理的成型工艺，提高产品质量。
2 塑件建模
首先用pro/e软件进行外壳三维建模， 相机外壳模型图形如图1 所示。相机外壳尺寸为108mm×60mm×17mm,壁厚为1mm，材料为CycoloyC6200(PC+ABS)。然后将相机外壳模型导入moldflow软件中，利用moldflow软件对塑件先先进行优化浇口分析与优化，在此基础上再进行工艺参数的优化。
3 浇口优化
3.1 浇口设计
该塑件采用一模两腔的模具设计，对浇口位置设计两种浇口设计方案，如图2所示。
3.2 模拟分析
3.2.1熔接痕分布
熔接痕形成是熔料的细流分叉并又连接到一起的地方，大多数情况下，工艺调试不可能完全避免熔接痕。浇口的数量和位置决定了熔接痕的数量和位置，流体前锋相遇的角度越小，结合缝越明显。细小的熔接痕不会影响塑件的强度。方案一是一个浇口，溶解痕相对较少，方案二熔接痕细小，不会影响塑件强度。
3.2.2流动前沿处的温度分析
流动前沿处的温度是指塑料熔体流动到型腔内各处的温度，温度差越大对塑件的翘曲变形影响越大，塑件越容易产生断裂等缺陷。如图4方案一所示，流动前沿温度最高值是268.4℃，最低温度是256.4℃，温度差为12℃。方案二，流动前沿温度最高值是268.0℃，最低温是257.2℃，温度差为10.8℃。由于方案二的温度差较小些，且温度分布均匀，故对塑件的翘曲变形影响较小。
3.2.3 速度和压力切换时的压力、顶出是对体积收缩率，体积收缩率分析
通过型腔被充满瞬间的压力分布情况看，如图5方案一成型所需的注射压力为82.88Mpa，方案二成型所需的注射压力为78.67 Mpa，方案一压力下降不均匀，会导致注塑压力明显升高而充不满型腔，而方案二有了改善[2]。由顶出时体积收缩率看出，如图6方案一为6.982%，方案二是6.562%，即方案二的顶出时体积收缩率低，发生变形翘曲较小。由此可以看出，两个浇口注塑压力小，而且顶出时体积收缩率也小。体积收缩率表示了每个单元相对于自身原始体积的收缩率[3]。塑件的体积收缩率如图7方案一是7.235%，方案二是7.248%，对于两种方案体积收缩率基本一致。
3.2.4翘曲变形分析
翘曲变形是指塑料未按照设计的形状成型，表面发生扭曲，是塑件常见的缺陷之一，作为评定产品质量的重要指标之一[4]。翘曲变形不仅影响塑件的外观形状，还会影响塑件的力学性能，因此应尽量减小塑件的翘曲变形。由图7（a）可知，方案一翘曲变形量为0.5327mm，由图7(b)知，方案二的翘曲变形量为0.5222mm。方案二的翘曲变形总量较小，浇口数量对翘曲变形有一定的影响。
综上所述，两个浇口的方案较好，故该塑件采用两个浇口方案注塑成型，下面对两个浇口方案进行成型工艺优化。
4 成型工艺优化
表1初始工艺参数，其保压为一恒定值，这对成型产品不利，根据型腔压力变化情况，设置了三段不同的保压曲线，如图表2所示。详细数据如图8所示。优化前保压压力值恒为80Mpa，保压时间10s，如图8（a）,优化后保压压力分为三个阶段，前8s保压压力是90Mpa，降到60Mpa保压5s，后3s压力降为0,如图8（b）。分段保压可以减小产品凹陷，减少翘曲变形。
4.1 速度和压力切换时的压力、顶出时的体积收缩率、体积收缩率分
优化后方案速度/ 压力切换时的压力为92.17Mpa，比方案二压力大，型腔填充均匀，如图9（a）所示。优化后方案顶出时体积收缩率为5.497%，体积收缩率是5.541%，如图9（a）(b)所示，均比优化前有所减小，使塑件的翘曲变形减小。
4.2 翘曲变形分析
通过翘曲分析模拟塑件成型过程，对成型结果的翘曲变形进行预测，确定改进方案。从图10可以看出，综合因素影响下的塑件总变形由方案二中的0.5222mm下降到0.4110mm。由此可见，保压曲线的调整对翘曲变形有直接影响[4]。通过分离翘曲原因，可以看出收缩因素影响下的塑件翘曲变形量最大，这表明引起塑件的翘曲变形的主要原因是熔体的不均匀收缩，与优化前方案比较，变形量已有所下降。
5 结论
基于moldflow软件对相机外壳的模拟注塑分析，可以大大缩短由模型到模具，到产品的生产周期，从而更适应市场的需求。
（1）通过优化浇口数量和位置，预测注塑时可能产生的各类缺陷，确保模具设计合理性，提高塑件质量。
（2）在优化后方案中，在保压阶段优化保压曲线，可以降低翘曲变形。通过模拟分析，为模具设计提供了重要的参考数据，保证模具设计的质量和效率。
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参考文献
[1]许勤周，郭志忠.CAE技术在数码相机注塑模设计中的应用[J].塑料，2005,34(4):1-4
[2]章跃洪，李银海，方仁.基于moldflow对突变壁厚塑件的注塑成型优化方案的研究[J].机械研究与应用，2012,3(119):1-4
[3]单岩，蔡玉俊等.塑料模具成型分析与优化设计[M].杭州：浙江大学出版社，2011
[4]陈艳霞，陈如香，吴盛金.moldflow2012中文版完全学习手册[M].北京：电子工艺出版社，2012