基于CAE的塑料件模具设计方案选择

    奚晓嬿

    

    摘要：本文对一复杂塑件进行了模具方案的选择。通过模流分析，在单浇口和3浇口两套模具设计方案中选择了3浇口的模具结构。然后又通过进一步的注塑工艺参数改善，找到了成型塑件质量较好时的注塑工艺参数最佳理论值。实践证明，运用CAE软件进行模流分析，可减少模具的设计周期，提高模具的结构合理性及降低模具的成本。

    关键词：模流分析；模具设计；浇口；工艺参数；试模

    1.塑件分析

    塑件如图1所示，该塑件长175mm，宽427mm，最大高度为41mm，除局部加厚部位外基本壁厚为2.5mm。材料选用美国Monsanto Kaser公司生产的牌号为TFX-210的ABS材料，具有良好的耐腐蚀性、表面硬度和较高的抗冲击强度。从图中可以看出，该塑件为板型塑件，应采用点浇口注塑，同时因塑件结构比较复杂，面上的通孔较多，考虑到一个浇口注塑未必能保证塑件的质量，所以塑件成型模具的方案设计拟用两套方案分析对比：第一套方案采用单浇口中心进料，第二套方案采用3浇口围绕中心3点进料。采用华塑CAE软件进行模流分析，选择更优方案。

    2.CAE分析对比

    因为是通过CAE分析两套方案中哪套方案的塑件质量更优，所以两套方案的注塑参数应一致方能比较，故暂都采用软件默认参数进行分析，待方案选定后再对注塑参数进行优化。两套方案的对比如表1所示：

    对以上方案对比进行分析发现，方案一的充模时间为1.8s，要高于方案二的2.5s，这说明方案一料流在模具中的流动的时间要更少，模具各部位的温差要更小，这点从熔体最大温差方案一為140℃、方案二为180℃上也得到了验证，说明方案一型腔末端的填充温度要高于方案二，塑件的收缩不均要优于方案二；方案一各浇口的凝固时间分别为10.0s、10.7s、10.2，说明浇口的设置地点合理，基本同时充模结束，型腔各部分的塑件性能均匀，而且3个浇口的补缩影响也要大于方案二的1个浇口，塑件质量进一步得到了提高；收缩指数两者基本相同，而方案一无论是最大注射压力、最大剪切力还是最大锁模力都要小于方案二，所耗用的功率更省，塑件的内应力也更小，有利于节能和塑件的使用。

    3.注塑参数优化

    为减小实际试模的次数和成本，可运用CAE分析找出最佳注塑参数的理论值，在实际试模时围绕最佳理论值尝试可很快确定实际注塑参数。优化后的注塑参数如下所示：

    熔体温度：240℃；模具温度45℃；保压时间：20s；保压压力59 Mpa；顶出温度79℃。

    图2为模流分析后的气穴显示，可以看出在此工艺参数下产生的气穴很少，并且都分别在塑件的边缘或孔的边缘，在成型时很容易排出。图4为熔合纹的显示，可以看出塑件上的熔合纹数量不多，且都分布在非主要受力使用的位置，也不影响塑件的使用。

    应力翘曲分析结果显示：x方向长度变化值为0.54mm，Y方向为0.5mm，z方向为0.03mm，局部缩水最大值为0.0318mm，三维各个方向的翘曲值都不大，局部缩水最大值也很小，对于这种体型的板类零件来说，这个翘曲值已经是很小了，塑件的质量非常好。

    4.模具三维装配图

    运用UG软件可绘制模具的三维结构装配图如图4所示，三维装配图相对于传统的AUTOCAD绘制的二维装配图来说，更直观、更具体，更能体现细节上的全方位观测。

    5.结论

    对于较复杂及较大塑件来说，注塑成型的条件对于模具结构有着决定性的作用。本文正是基于华塑CAE软件的模流分析对一板型塑件进行了单浇口和3浇口两套方案的分析对比，通过模拟注塑分析的结果对比，选择了3浇口的模具结构方案。然后又通过进一步的参数调整尝试与分析，找到了成型塑件质量较好时的注塑工艺参数最佳理论值，为提高实际试模的成功率和减少试模成本提供了很好的理论依据。最后运用UG软件做出了模具结构三维设计图，通过三维设计图可以很好地提供模具结构各部位的全方位观测，并为模具装配提供了图纸依据。实践证明，运用CAE软件进行模流分析，对于模具的设计、试模都具有极大的指导意义，可减少模具的设计周期，提高模具的结构合理性及降低模具的成本。