基于Moldflow的冰箱果菜盒注塑工艺参数优化.pdf

模具技术2 0 2 3.No.5文章编号：10 0 1-49 34(2 0 2 3)0 5-0 0 0 1-0 51基于Moldflow的冰箱果菜盒注塑工艺参数优化潘利，王星星*，邓旭秋,王陈雪，王（宿迁学院机电工程学院，江苏东宿迁2 2 38 0 0)蕊，骨节，徐凯摘要：在采用一模一腔的注塑成型时，填充过程中容易出现熔接痕、气穴、翘曲变形，尤其是熔接痕对产品质量影响大等问题。通过理论分析、实验设计与有限元仿真相结合的方法，开展冰箱果菜盒注塑成型工艺参数与模具设计优化的研究。首先，通过Moldflow模拟仿真分析，选择合适的浇口位置，建立浇注系统及冷却系统；其次，将Moldflow与Minitab软件结合，建立了三因素三水平实验方案并进行仿真；最后，以熔接痕为优化目标，确定最佳的注塑成型工艺参数：当熔体温度为2 6 0，流动速率为40cms-1，注射压力为18 0 MPa时，塑件表面产生的熔接线最短，为6.43mm，相比于初始熔接痕最大长度56 mm，降低了8 8.52%。关键词：果菜盒；模流分析；田口实验；模具设计中图分类号：TG67文献标识码：AOptimization of molding process parameters of refrigerator vegetable box based on MoldflowPAN Li,WANG Xingxing*,DENG Xuqiu,WANG Chenxue,PAN Li,XU Jie,XU Kai(School of Mechanical and Electrical Engineering,Suqian College,Suqian 223800,Jiangsu,China)Abstract:The injection molding of one mold and one cavity is adopted,however,the weldmark,air hole,warping deformation of quality problems are appeared during the injectionprocess.Therefore,the theoretical analysis,experimental design and finite elementsimulation will be combined to reduce the weld marks and optimize the mold design ofrefrigerator vegetable box.First,the select the appropriate gate position,establish the gatingsystem,and complete the optimization analysis through Moldflow simulation.Second,three-level and three-factor Taguchi experiments are established based on Minitab,and thesimulation experiments are carried by Moldflow.Finally,with the weld mark as the responsetarget,the optimal injection molding process parameters were determined:when the melttemperature was 260 C,t h e f l o w r a t e w a s 40 c m.s-1,a n d t h e i n j e c t i o n p r e s s u r e w a s180MPa,the shortest weld line generated on the plastic surface was 6.43 mm,which was88.52%lower than the maximum length of the initial weld mark 56 mm.Key words:vegetable box;Moldflow;Taguchi experiment;mold design收稿日期:2 0 2 3-0 4-0 1作者简介：潘利，硕士，主要从事模具设计与优化方面的研究。*通信作者：王星星，讲师，主要从事超声振动辅助连接、模具设计与优化方面的研究。2Die and Mould Technology No.5 202300引言1果菜盒塑料产品分析随着塑料制件的大量应用，产品更新换代的周期也逐步缩短，从而对塑料产品的质量及生产效率的要求也越来越高，如何快速、低成本地解决中大型塑件高质量成型呕待研究。本文以中大型塑件一冰箱果菜盒的注塑成型为研究对象，采用Moldflow3-51 注塑模流分析技术与Minitab软件相结合，确定果菜盒注塑模具浇筑注系统与冷却系统，并采用优化算法分析注塑工艺参数对熔接痕长度的影响，确定最佳成型工艺参数。果菜盒作为冰箱中高频使用的零件，不仅要求安全性、强度高，还要求外观质量翘曲变形小、熔接痕小等。因此，果菜盒塑料产品的材料一般选用聚丙烯(PP),其具有不吸水、光泽性好、容易着色、抗疲劳、抗弯曲强度较高、耐腐蚀性好和高频绝缘性好等特点。采用UGL软件对果菜盒产品建模，具体尺寸及三维结构如图1所示。产品的外形尺寸为32 0 mm206mm153mm，平均壁厚为2 mm，由于产品尺寸比较大,采用一模一腔的型腔布局。206.36200.9230.62688ZT106.01CCCyc123.14图1果菜盒塑料产品尺寸2前处理及浇口位置的确定结合UG对产品壁厚进行分析，确定网格划分的全局边长为4.3mm，网格划分并修复后的最大纵横比为14.9 2，小于15，匹配百分比和相互百分比分别为9 5.7%和9 3.9%，满足分析可靠性要求，网格划分后的零件如图2(a)所示。进一步对产品的浇口位置进行分析，最佳浇口位置如图2(b)中的红色圆圈所示。流动阻力指示器=1.0 0 0最好最差(a)有限元模型（b）浇口位置云图图2 果菜盒浇口位置分析模具技术2 0 2 3.No.53熔接线=135.0 3冷却分析在果菜盒模具的水路设计中，冷却介质为水,采用的是生产中常见的双边循环型冷却水路，并结合水塔进行塑件的冷却。本次设计塑件的最大壁厚为2.19 mm，大于2 mm，且模宽为32 0 mm，大于2 0 0 mm，故确定冷却水路直径d=8mm，由XC方向，模板单侧进水，如图3所示。进而建立带冷却水路的三维模型，分析结果如图4可示，回路冷却液的最高温度为25.7，最低值为2 5，最大温差为0.7，冷却均匀。135.0101.367.5633.840.1170图5果果菜盒浇熔接痕分析表1各因素的水平值熔体温度流动速率水平值/水平1240水平2250水平3260注射压力/(cm:s-1)/MPa301803520040220图3冷却系统设计回路冷却液体温度=2 5.7 0 25.7025.5325.3525.1825.004注塑参数优化分析图5为熔接痕初步分析结果，可知熔接线最大可达到135，经测量，得最长长度可达到56mm。根据7 和经验可知影响熔接痕变化的显著因素包括熔体温度、注射压力、注射速度。因此,利用Minitab建立三因素三水平的田口实验方案，以熔接痕长度为优化目标，确定果菜盒注塑成型的工艺参数。表1为各因素水平值，表2 为实验方案及基于Moldflow软件分析的熔接痕结果。结合田口算法的特点，采用望小特征函数对响应目标结果进行分析，如公式1所示8-9 表2 果菜盒优化方案直交表及仿真结果熔体温度流动速率注射压力熔接痕长度熔接痕长度/(cm:s-1)24030240352404025030250352504026030图4回路冷却液温度分析260260式中：X，表示第i次试验的目标量：i表示试验的序号；N表示试验重复次数。根据望小特征原理，计算出不同水平条件下各工艺参数的平均信噪比，如表3所示。其中，流动速度对熔接痕长度影响最大，其次是溶体温度和注射压力。对应的信噪比折线图如图5所示。可知当熔体温度为2 6 0，流动速率为40cms-1,注射压力为18 0 MPa时，塑件表面产生的熔接线最短为6.43mm，相比于初始熔接痕最大长度56 mm,降低了8 8.52%。/MPa1802002202002201802203518040200n=-101lglo(/mm信噪比/dB60.61-35.650955.2534.846611.2621.030852.12-34.340127.5328.79617.93-17.985 545.4933.158316.73-24.46990.00错误(1)4水平值123信噪比极差值-10-15-20-25-30-35240Die and Mould Technology No.5 2023表3塑件熔接线平均信噪比熔接线信噪比熔体温度流动速率注射压力/(cm s-1)一30.5129.40-27.04-27.80-19.21-13.0111.316.39250溶体温度/5结束语/MPa冰箱果菜盒产品的质量要求高,因此不允许28.78出现过长的熔接痕而影响外观和强度。由于产品24.33较大,在注塑模具设计时，需采用一模一腔的结-27.06构布局,浇口位于底部中心区域，冷却水道为双4.45边循环形冷却水路并设有水塔进行塑件的冷却。运用Moldflow软件对浇口位置、冷却系统及注塑工艺参数进行了仿真分析，确定了最佳浇口位置为底部中心位置；由冷却系统仿真结果可知，冷却回路中水温差0.7,冷却均匀，设计合理；结合Minitab,建立田口实验并进行仿真，以熔接痕长度为响应目标，确定了填充质量最佳的工艺参数方案为熔体温度为2 6 0，流动速率为40 cms-1,注射压力为18 0 MPa时，塑件表面产生的熔接线最短为6.43mm，相比于初始熔接痕最大长度56 mm，降低了8 8.52%。260参考文献：1刘文卓，孙明建，贾兆扬.现代塑料模具业发展现状及未来趋势探讨.现代农机，2 0 2 0（2)：6 2.LIU W Z,SUN M J,JIA Y Y.Current DevelopmentStatus and Future Trends of the Modern Plastic MoldIndustry JJ.Modern Agricultural Machinery,2020(2):62.2 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计M.北京：高等教育出版社，2 0 14.30流动速度/(cm s)180200注射压力/MPa图6 果菜盒仿真熔接线变量信噪比折线图3540220QU H C.Plastic Forming Technology&.Mold DesignM.Beijing:Higher Education Press,2014.3黄建峰，高蕾娜.中文版AutodeskMoldflow2018完全实战技术手册M.北京：清华大学出版社，2 0 19.HUANG J F,GAO L N.Chinese Version AutodeskMoldflow 2018:Complete Practical Technical ManualM.Beijing:Tsinghua University Press,2019.4程美.基于Moldflow的汽车盒体件注塑模具设计.中国塑料.2 0 16,30(2)：10 4-10 8.CHENG M.Injection Mold Design for AutomotiveBox Parts Based on Moldflow J.China Plastics,2016,30(2):104-108.5李雅.基于Moldflow的香皂盒套件注塑流动平衡优化.中国塑料，2 0 19,33(9)：7 2-7 6.Li Y.Flow Balance Optimization of Soap Box KitInjection Based on Moldflow JJ.China Plastics,模具技术2 0 2 3.No.52019,33(9):72-76.6 王凯.UGNX12.0中文版模具设计从入门到精通M.北京：机械工业出版社，2 0 19.WANG K.UGNX12.0 Chinese Version:FromEntry to Mastery in Mold Design M.Beijing:Machinery Industry Press,2019.7 黄建峰，高蕾娜.中文版AutodeskMoldflow2018完全实战技术手册M.北京：清华大学出版社，2 0 19.HUANG J F,GAO L N.Chinese Version AutodeskMoldflow 2018:Complete Practical Technical Manual5M.Beijing:Tsinghua University Press,2019.8 OU H,LAN J,ARMSTRONG C G,et al.An FEsimulation and optimization approach for the forging ofaeroengine components J.Journal of MaterialsProcessing Technology,2004,151(1/2/3):208-216.9 SENT H I L K U M A R K,SR I NI V A SA N E S.A p p li-cation of taguchi method for the optimization ofsystem parameter of centrifugal evaporative aircooler Jl.Journal of Thermal Science,2010,19(5):473-479.