基于MoldFlow的手套箱收缩分析与优化.pdf

模具制造 2023年第9期基于MoldFlow的手套箱收缩分析与优化*张尚先1，程国飞2，魏文强2，李龙辉3，王晨2（1.广东开放大学，广东广州510091；2.中山火炬职业技术学院，广东中山528436；3.中山世达模型制造有限公司，广东中山528436）【摘要】以一款壁厚不均的手套箱为研究对象，针对原设计方案，利用MoldFlow软件找出存在问题的原因，通过改变浇口系统得到解决，并通过试模得到验证。实践证明，将注射模拟分析应用于模具设计阶段，可以发现潜在的成型缺陷，避免了重复试模改模，降低了模具生产成本。关键词：手套箱；收缩；优化设计；注射成型；MoldFlow中图分类号：TQ320.66文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.008Analysis and Optimization of Glove Box Contraction Based on MoldFlowZhang Shangxian1，Cheng Guofei2，Wei Wenqiang2，Li Longhui3，Wang Chen2（1.Guangdong Open University，Guangzhou，Guangdong 510091，CHN；2.Zhongshan Torch Polytechnic，Zhongshan，Guangdong 528436，CHN；3.Zhongshan Star Rapid Model Manufacturing Co.,Ltd.,Zhongshan，Guangdong 528436，CHN）【Abstract】Taking a glove box with uneven wall thickness as the research object,according to theoriginal design scheme,using MoldFlow software to find out the cause of the problem,solved theproblem by changing the gate system,and verified through the mold test.It has been proved thatapplying injection simulation analysis to the mold design stage can find the potential moldingdefects,avoidrepeatedmoldmodification,andreducethemoldprodution cost.Key words：glove box;shrinkage;optimized design;injection molding;MoldFlow1引言在注射成型时，壁厚和壁薄的区域冷却速度不一致1。壁薄的区域先冷却固化，壁厚的地方后冷却固化，在冷却的过程中，这些部位会对周围的壁面产生拉扯的内应力，使局部存在缩水的情况而导致了缩痕的生成。缩痕是注射成型塑件中因不均匀壁厚经常出现的一种成型缺陷，因此，如何解决这一难题也成为注射成型的一个重要课题。本文以某款带有铰链的手套箱为例，运用MoldFlow软件进行注塑模拟分析，预测塑件在成型过程可能发生的缩痕问题，通过优化浇注系统来解决这一难题，避免反复修改而影响模具的开发时间。2塑件结构及工艺分析2.1塑件结构分析图 1 所示某款手套箱外形尺寸为 249.6185.482.7mm，塑件壁厚不均，其中最大壁厚为 4mm，*基金项目：2022年度广东省教育科学规划课题（高等教育专项）（2022GXJK621）图1手套箱结构分析a外形尺寸分析b壁厚分析（a）（b）塑料注射模技术26模具制造 2023年第9期大部分壁厚为2mm，而手套箱箱体与盖子的连接处壁厚仅0.3mm，壁厚差距较大，极易因壁厚收缩不均产生缩痕或缩孔。另由于铰链处需要常保持旋转运动，故此处不可存在熔接痕，以免降低其强度，影响使用寿命。2.2塑件工艺分析材料选择通用PP，成型工艺采用材料推荐默认值，其中模具表面温度为40，熔体温度为240，材料最大剪应力为0.25MPa、最大剪切速率：1,000,001/s，材料的黏度曲线和PVT曲线如图2所示，由图2可知该材料流动性受温度影响不大，受注射压力和速率影响较大。（a）（b）图2材料的黏度曲线和PVT曲线a黏度曲线bPVT曲线2.3模型的建立3D模型来自客户，并根据塑件尺寸和结构等因素确定采用一模一腔布局2，利用NX或CADdoctor等软件祛除塑件上的微小特征如何小的倒角、圆角和字符等，再将模型文件导入MoldFlow软件进行网格划分和网格修复3，修复好的网格统计数据如图3所示，符合双层面网格分析要求。图3网格统计3模流分析-原始设计3.1原始模具结构依据塑件的结构特点，塑件居中布置，分型面为与水平面成19.5夹角的斜面，塑件4个4mm左侧孔采用定模斜销滑块抽芯的结构，塑件采用2个斜顶和4个推杆顶出机构，如图4所示。图4原始模具结构1.定模2.动模3.推杆4.斜顶5.分型面6.定模滑块7.定模斜销8.手套箱3.2原始浇注系统根据PP料的流长比和经验分析，原始设计采用两个浇口，浇口设置在盒子的底端、靠内侧边处，如图5 所示。进胶处的壁厚为 2mm，点浇口的浇口为1.5mm；一级分流道采用体型流道，大端宽度为8mm，高度为7mm；二级分流道采用圆锥体，长度为61.4mm，大端为7.5mm，小端为3.5mm。图5原始浇注系统3.3CAE分析结果采用MoldFlow软件默认的工艺参数进行“填充+保压+翘曲”分析，分析结果如下。由图6a可知，塑件的最大缩痕指数为1.951%，会在外盖侧边留下痕迹；由图6b可知，塑件的最大缩痕指数为1.269%，会在底箱侧边留下痕迹。由于塑件铰56781234塑料注射模技术27模具制造 2023年第9期链处过薄，首先凝固，所以使得盖子部分的保压不完全，引起很大翘曲。由图6c和6d可知，塑件的整体变形 量 为 2.1080.0563mm，在 Z 方 向 的 变 形 量 为0.6036-1.749mm，翘曲变形较大。经试模也得到了验证，其中手套箱卡扣处、表面字体和底部蜂窝孔处均有明显的缩痕（见图7），箱体侧边明显内缩，变形较大，无法满足客户需求。图6分析结果a缩痕指数b缩痕指数c塑件的整体变形量d产在Z方向的变形量图7原始试模件a两个点浇口进胶位置b卡扣处缩痕c底部蜂窝孔缩痕d箱体侧边明显内缩变形4模流分析-初始优化4.1初始优化浇注系统为了克服塑件的缩痕，如图8所示，在原始设计的基础上增加2个浇口（浇口3和浇口4），其中原浇口1和浇口2负责填充，浇口3和浇口4负责对字体及接近端壁厚处进行保压，避免缩痕。图8初始优化浇注系统4.2CAE分析结果通过初始优化设计，采用相同的注射成型条件进行分析，分析结果如下。由图 9a 可知，塑件的最大缩痕指数最大为0.3395%，较原始方案有了明显改善；由图9b可知，塑件的最大缩痕指数为1.558%，会在底箱侧边留下痕迹，需进一步改善。而翘曲与原始方案相比较有所改善。图9初始优化的分析结果a缩痕指数b缩痕指数c塑件的整体变形量d产在Z方向的变形量5模流分析-最终优化5.1最终优化浇注系统为了完全能消除塑件的缩痕，在上面的两个方案的基础上进行了微调，其中浇口1和浇口2的浇口位置进行了变更，改到了靠外侧边的盒子底端，其主要负责填充。浇口3和浇口4未做变更，如图10所示。（a）（b）（c）（d）（a）（b）（c）（d）浇口1浇口2浇口4浇口3（a）（b）（c）（d）塑料注射模技术28模具制造 2023年第9期图10最终优化浇注系统5.2CAE分析结果通过最终优化设计，采用相同的注射成型条件进行分析，分析结果如下。由图11a可知，塑件的最大缩痕指数为0.2649%，不会在塑件表面留下痕迹，满足塑件需要4；由图11b可知，塑件的最大缩痕指数为0.1360%，不会在塑件表面留下痕迹，满足塑件需要。而翘曲与前两种方案相比均有改善，其最终方案比原始方案总翘曲变形量降幅达62.64%，经实际试模打样，质量判定合格。浇口1浇口2浇口3浇口4图11最终优化的分析结果a缩痕指数b缩痕指数c塑件的整体变形量d产在Z方向的变形量（a）（b）（c）（d）表1各类方案分析结果6结论本文以一款壁厚不均的手套箱为例，针对原设计方案，利用MoldFlow软件找出存在问题的原因，通过改变浇口系统得到解决，并通过试模得到验证，避免了重复试模改模，有效缩短了塑件开发周期，降低了模具生产成本。参考文献1傅莹龙.MoldFlow在仪表盒盖注塑模具设计中的应用J.中小企业管理与科技（上旬刊），2018，（05）：1421432郑跃刚.注塑模具浇注系统设计及工艺探讨J.工业设计，2011，65（12）:1083程国飞，丁立刚，魏文强等.基于MoldFlow的TPE塑件流动平衡优化设计J.机电工程技术，2020，49（07）：1631654唐文辉.汽车内外饰设计质量控制J.科技风，2019，372（04）：134+146第一作者简介：张尚先，男，1969年10月生，教授，主要从事机械设计与制造、高等教育管理等研究。通信联系人：程国飞。（收稿日期：2023-06-20）原始方案初始优化最终优化总翘曲量mm2.05171.31870.7666Z向翘曲量mm2.35261.71231.0146最大缩痕指数%1.9151.5880.2649铰链处缺陷熔接痕+困气熔接痕+困气困气塑料注射模技术29