厚壁塑料制品的注射成型流动模拟分析及模具结构优化.pdf

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1、秦贞明，等：厚壁塑料制品的注射成型流动模拟分析及模具结构优化41厚壁塑料制品的注射成型流动模拟分析及模具结构优化秦贞明王晓瑾郭建芬王丹勇贾华敏(1．中国兵器工业集团第五三研究所，济南250031；2．安阳师范学院化学化工学院，安阳455002)摘要应用MoldFlow软件对3种结构的厚壁塑料制品模具方案进行了注射成型流动模拟分析，对充模时间、熔接痕质量、体积收缩率、气穴以及翘曲变形等进行了比较，分析了每种方案的优缺点，为某企业确定合理的模具结构提供了重要的数据参考。关键词MoldFlow厚壁塑料制品数值模拟随着塑料工业的迅速发展，塑料制品在很多行CADdoctor中进行模型检查和必要简

2、化，然后在业已得到了越来越多的应用，这也导致了塑料制品MoldFlow中划分网格，如图2所示，共划分出行业的激烈竞争，企业要想在激烈的竞争中谋求生1795919个3D网格。存空间，不仅要降低成本，还要提高产品质量，缩短产品研制周期。在注射成型的实际生产过程中，由于塑料性能千差万别，制品和模具结构千变万化，工艺条件也各不相同，仅凭有限的经验和简单的公式很难跟得上成型材料的发展和制品复杂程度及精度●要求的提高。因此，在实际生产中，产品在最终投产图2原始结构造型及网格划分前都要经过反复试模和修模并一再调整工艺参数，针对原始模具生产时存在的问题，笔者提出了这种开发方法的生产周期长、费用高，产品

3、质量也难2种在模具顶部开孔的修改方案：方案一：在模型顶以得到有效保证。MoldFlow是一个专用于模流分端，沿径向远离中心1／3处的圆周上均匀开4个孔，析的先进CAE软件，它可使注射成型从制品设计、孔径为10mm；方案二：在模型顶端，沿径向远离中模具设计到注塑工艺的确定完全在并行工程的环境心2／3处的圆周上均匀开4个孔，孔径为10mm，如下进行，不仅克服了传统的串行设计存在的产品开图3所示。发周期长的缺点，而且提高了开模的成功率，优化了注射成型工艺条件，降低了产品的开发和制造成本。某企业生产的管件塑料产品是一种典型的厚壁制件，如图1所示，其最厚处近90mm。厂家生产时制品中出现诸如缩孔

4、多、翘曲变形不均匀等问题，为此笔者对其模具原始结构进行了改进，并用Mold-Flow软件对改进前后的结构进行了模流分析，以期(b)优化出更合理的模具结构。a一修改方案一；b-修改方菜二图3修改方案模具结构2原材料及模拟初始工艺参数设置2．1原材料选取生产时所用材料为高密度聚乙烯，计算时选用Targor公司产的高密度聚乙烯。其主要性能如下：熔体密度0．73817g／cm，固体密度0．95163g／cm；在190℃下施加50N力时，其熔体流动速率为0．84图1厚壁制件g／10min；210~C时其比热为3000J／(kg·K)，1产品结构造型、网格划分以及冷却管道布置将产品模型用Pro／E

5、软件创建完成后，导入收稿日期：2011-04—0742工程塑料应用2011年，第39卷，第7期热传导率为0．27W／(m·K)；剪切弹性模量为319．4MPa。2．2工艺参数设置熔体温度220~C；模具温度8O℃；注射速度160：cm／s；速度／压力转化时的注塑压力75．0MPa；保。压时间180S；保压压力占注塑压力的87％；注射、(b)保压和冷却总时问采用自动控制。[℃]3计算结果及分析224·蔫3．1充模时间216．92096图4示出不同方案的充模时间。从图4可以看202．2出，顶部开孔对充模时间基本没有产生影响，原始结l948簟●构充模时间为125．7S，当开孑L离中心较近时充

6、模时(c)间为125．3S，而当开孑L离中心较远时充模时问为a一熔体通过开孑L后的融合情况；b-修改方案一；c一修改方案二126．0S。从图4还可以看出，顶部开孔并没有改变图5不同方案的熔接痕原始结构的平衡充模过程。3．3体积收缩率体积收缩率表示的是每个节点上，体积收缩占最初体积的百分比。图6给出了不同方案在纵向和横向截面上的体积收缩率。从图6可以看m，3种■j■结构的最大体积收缩率相差不大，但内部缩孔的出。现与产品相邻位置处体积收缩率的差异有关，只有当此差异较大时才会产生缩孔。原始方案与修改方■91246．5．0I[S焉](b)案二从内部体积收缩率最大的区域到体积收缩率最6300§。

7、l(C)a一原始方案；b一修改方案一；c一修改方案二图4不同方案的充模时间3．2熔接痕熔接痕的产生会对塑料制品的力学性能如拉伸强度、断裂伸长率等有不同程度的影响，一般情况下，熔接痕处的强度为原始材料的10％～90％l1-2]。在出现熔接痕的地方，料流前峰温度高，则熔接痕的强度就高，质量就好。图5示出不同方案的熔接痕。从图5可以看出，两种修改结构中出现熔接痕位置的料流前峰温度都很高(高于220~C)，而且温度差也很小，这意味着两种修改方案中物料在