2010年第三届国际会议，注塑模具设计关于汽车覆盖件的优化

在本文中，呈现的是汽车面板注射成型的工艺分析及仪表板部件的注塑模具设计，通过在结构和过程上的分析，可以确定分型面，浇注系统。对注塑件模具进行模流分析，来确定该设计是否可行，并对模具的浇口系统和注射成型过程中的气体辅助工艺进行优化。由此，以获得高品质的产品。实践证明，CAE技术对塑料模具设计和成型等方面具有很强的指导作用。
关键词：注塑模具，汽车覆盖件，模流分析
一.引言
随着塑料制品越来越广泛的应用，注塑模具业得到了快速的发展。然而，由于塑料制品具有多样性，复杂性的限制。所以很难精确地设计出一个最合理的，较低成本，且提高产品质量和模具的合格率的工艺方案，
在模具的设计过程中，有一些东西是应该注意的，如产品形状，型腔，浇道系统，门系统，冷却通道，模具和热交换系统的排气等等诸多因素。正因为如此，一个设计的做出，需要依靠并考虑到上面的一些因素，这一直被认为是模具设计的一部分标准。然而，设计出的类型和条件若想将以上的因素都包括，是非常困难的。例如，对于决定浇口的位置，如果位置选的不好，那么生产出的产品就不可能达到最好的效果。所以，为了克服这个问题，对所设计的模具进行相应的模拟分析是很有必要的。之后，用以提高产品的质量，注射的产品依赖于将要作出的设计，因此，若想要模具生产出一个好的产品，则要用软件进行相应的模流分析。只有使用这个软件，才可以预测出与注射过程有关的东西，并且可以改善产品的质量。模具工作过程中，往往是用模流分析软件对模具进行分析，用以获得注塑模具良好的结构和参数，从而在真正投入试生产中，以尽可能地解决上述问题，并支撑模具设计人员的准确设计。高效的模具设计，提高了模具质量，降低模具成本，缩短模具交货时间，其模流分析已被广泛应用。在本文中，汽车覆盖件模具作为一个例子说明模流分析在模具设计中的应用。
二.技术分析和鉴定
汽车面板做为汽车内饰产品的重要组成部分，对表面质量的要求非常高，并且产品​​的外观表面需要有良好的成型工艺。如此同时，应增加产品强度，降低模具成本，提高产品质。该汽车面板的的组件设有一个气体辅助注塑成型系统。因此，分析的焦点被分成充模分析和气体辅助注射成型分析两个部分。
如图1所示，汽车面板组件，其材质为ABS，采用的生产方式中大批量。这是一个整体尺寸约230×325毫米塑的制件，并且在内表面上有许多槽，这也就使得该模具的结构相对较复杂，在设计的过程中需要对这些细小结构进行仔细的比较，这也就增加了模具设计的难度。为了满足模具设计的要求，可以选择内抽芯机构，并使得抽芯功能机构在同一时间进行。

图1  汽车面板
三．注塑件的模流分析
由模流分析结果显示出，浇口位置和浇口数目的设计对产品会有很大的影响。这是因为汽车仪表板的结构有许多孔，使得熔体流动不畅，若仅增加浇口的数量，在不得影响产品的质量下，就得考虑到浇口位置，因此，为了可以成功填充，确保该产品物理性能和机械性能，应使孔尽可能的对称分布。汽车覆盖件外表面质量要求使很的，故不能破坏外用表面。浇口可以放置在工件的凹陷部分或分型面的上部分，以便确保零件表面的光滑。为了简化模具，提高分析效率，优化浇口位置的设计，汽车覆盖件将用到模流分析。最好如图2所示，浇口位置是在图中该蓝色的部分，可以被看作是最佳浇口位置，因此，浇口应首先考虑设置在中间的蓝色部分。

图2  最佳浇口位置的分析
在模流分析中，最佳浇口位置的分析是一个比较重要的环节。对于一模多腔模具的浇口位置，图2是一个重要的设计参考。如下是分析成型条件的设定：在冲头温度为55，金属模具温度为80℃，下料温度为230℃，结果用不同的颜色显示。如图2中在蓝色的区域是最佳的浇口位置。根据图2分析出最佳的浇口位置，两个侧浇口被设置在中间孔槽，然后进行注射。进行冷却的分析，在模流分析的过程中，对浇口的大小，压力，温度和其他参数的设定进行分析，并初步估计。该分析的主要目的是预测浇口大小的设定是否正确。对满足部分需求和可能的缺陷位置进行了分析后，得到设置参数在表1。

表1
模流分析的填充分析，应该是通过结果的比较，由不同的流动方向分析选择出最佳的浇口位置，浇口数目，最好的布局。同时，工件应避免充填注射，以及流量不平衡等，以避免或减少气蚀和熔接痕，并尽可能采用较低一些的注射压力，合模力，以减小对注塑成型机各方面性能参数的要求，使用模流分析还可以做到避免或减少产品因包装不当的收缩，翘曲，变形等质量缺陷。由图3可见，填充时间为3.68s。第一部分工件被填充蓝色的位置，它的最后一部分是红色数字位置，设计时应尽可能远离红色区域。

图3填充顺序和时间

图4 填充温度
体积和温度反映了工件内产生的剪切热。如果工件有内角，工件的温度会升高。在充模阶段，从图4温度图可以看出（速度加权平均温度）应该是很均匀。最低温度是201.5℃，最高温度为205.9℃，并且变化不超过5℃，以控制最大温度在5℃〜10℃范围内。

图5  充模压力分布

图6  温度和压力转换
当模具填充完成时，数字观测的结果表明工件的压力分布是平衡的。因为压力在对填充端的平衡非常敏感，所以，应使图中的压力分布是平衡，然后，工件将达到良好的平衡的状态。根据图5中精加工灌装压力分布显示，在填充的边缘蓝色部分是在压力较低的地方，并且整个注射成型零件的压差低于47MPa。
体积和压力的转换数据和填充模具端部的压力数据有相同的效果。通常，在整个体积和压力转换注塑成型周期中是最高的。此时，通过压力剖分面可以观察到压力分布的大小，且与工件填充基本达到100％的转换。如从图6中，可以看出在成型过程中注射出的最大压力为58.9MPa，而且是图中的红色位置。在图中的灰色部分表示工件100％充满了的良好的效果。

图7流动前沿温度

图8熔接痕
当两个或更多的流动前沿的接合，其熔接痕将形成。在熔接痕位置的分子有强烈改变的倾向，从而使零件在该位置的机械强度显著减弱，且熔接痕不是显而易见的。在这种情况下，增大模具温度和熔体温度，才能使两个熔体接合的更好。最好是增加注塑机螺杆转速或提高浇注系统温度的设计，并减少摩擦所产生的热量，同时保持熔体流动速率，减小流道的尺寸。流动前沿中间的温度，它表示流体截面中心的温度，因此它没有太大变化。图7显示出了该材料熔化时温度为230.5 〜 231.4 ℃，注射熔体最低温度仅为227.9 ℃。所以可以使材料很好的融合，并且不会出现熔接痕。气泡是出现在熔接痕和分型表面上，并且排气管道设置在熔接痕结合处。这不仅方便排气，同时也增加了熔接痕的牢度。从图7流动前沿温度图和图8的熔接痕图中，我们可以看到的形成当熔体温度为约230 ℃的熔接痕。该熔接痕不明显，且结果是最好的。
根据工件的体积和密度在室温下的关系，计算出注入量的百分比，图9是用于显示出工件注射的变化量和保压时间

图9注射量百分比（XY）

图10推荐的注射速度（XY）
注射速度主要影响熔体在模腔内的流动。通常增加注入的速度，增加熔体流量的速度，剪切功能会加强，粘度会降低，熔体温度升高时，因为剪切会产生热量，所以产品的各个部分有助于在模具上填补，并也增加了熔接痕强度。然而，由于喷射速度的增加，有可能熔化体流动变得不平稳，情况严重会导致熔体在模具注入时，空气不能排出。空气在高压下被压缩时，迅速升温，将造成局部熔体燃烧或分解产物。
注射速度，建议使流动前沿的速度均匀，这将有助于消除压力峰值，并且在同一时间可以提高工件表面的光洁度。在图10中注入压力的XY位置可以很容易地显示出压力变化。当聚合物熔体注入模腔中，压力可以继续上涨。如果出现压力峰值（通常出现在填充的端部），这表明模具工件填充不平稳，或由于流动前沿的材料的量显著减少。
四。结论
通过分析的结果可以看出，一个经过优化的结构和注塑模具的参数可以得到相对满意的注塑件。根据本文结果，汽车覆盖件模具的设计，可适当降低保压压力，缩短喷射时间，和冷却水设定应避免最后在红色部分填充。
模流分析软件可以优化模具结构，可以模拟整个生产过程，并可以发现模具成形前存在的质量问题，从而有针对性地修改和规范流程参数的设计，以避免模具在实际生产的重复测试，维修模具。这不仅会缩短模具的开发周期，又节省了人力，物力，降低生产成本，提高产品质量。
参考文献
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