搜索Moldflow軟件在汽車保險(xiǎn)杠澆口設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2016-11-14 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
澆口是注塑成型模具的澆注系統(tǒng)中連接流道和型腔的熔體通道。注塑件的質(zhì)量在很大程度上取決于模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),澆口數(shù)量和位置是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù),因此,澆口設(shè)計(jì)對(duì)注塑件質(zhì)量的影響尤為重要。注塑模澆口位置的設(shè)定決定了聚合物的流動(dòng)方向和流動(dòng)平衡性,產(chǎn)品質(zhì)量可以通過澆口位置的優(yōu)化得到顯著提高,不合理的澆口位置常常造成熔體充填不均,引起過保壓、剪切應(yīng)力高、熔接線性質(zhì)差和翹曲等一系列缺陷…。澆口數(shù)量對(duì)注射壓力和熔接線有很大的影響,澆口數(shù)量較多,熔體在型腔中流動(dòng)的流程較短,所需注射壓力較低,但可能會(huì)使熔接線的數(shù)目增多,反之澆口數(shù)量較少,熔接線的數(shù)目可能會(huì)減少,但流程較長,所需的注射壓力較高,制品的殘余應(yīng)力也相應(yīng)增高,還可能會(huì)導(dǎo)致注塑件產(chǎn)生翹曲變形。
對(duì)于大型注塑件利用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,其試模過程復(fù)雜,時(shí)間很長且難于確定澆口的數(shù)量和位置。運(yùn)用Moldflow軟件進(jìn)行流動(dòng)模擬分析,可以得到最佳的澆口數(shù)量與位置,減少試模修模次數(shù),縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本。
1 有限元網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格修補(bǔ)
課題研究的汽車塑料保險(xiǎn)杠為重慶某公司生產(chǎn)的,保險(xiǎn)杠外形尺寸為1580mm×547mm×337mm,平均壁厚為3.5mm,為大型塑料制件。使用NX4.0軟件建模,采用stl文件格式導(dǎo)人MPI6.1中劃分有限元網(wǎng)格,分析中采用表面網(wǎng)格劃分。利用Mesh Tool對(duì)網(wǎng)格缺陷進(jìn)行網(wǎng)格修復(fù),達(dá)到較為滿意的結(jié)果,最終的有限元格模型如圖1所示。
圖1中網(wǎng)格的三角形數(shù)量為51444,節(jié)點(diǎn)數(shù)量為25658,自由邊與非重疊邊全部為零,網(wǎng)格匹配率為85.6%,三角形最大縱橫比為6.5,最小縱橫比為1.05,滿足流動(dòng)分析、翹曲分析及冷卻分析對(duì)網(wǎng)格的要求。
2 材料及工藝參數(shù)設(shè)置
保險(xiǎn)杠材料為改性聚丙烯(PP),為南京某工程塑料公司生產(chǎn),牌號(hào)為ABP-1125。由于Moldflow的材料庫里沒有這種材料,模擬時(shí)選取與此種材料相近的專業(yè)保險(xiǎn)杠PP材料,美國Advanced Composites Inc公司的C0-0849,該材料固體密度為0.93514g/cm3,熔體密度為0.78046g/cm3,最大剪切應(yīng)力為0.25MPa,最大剪切速率為1x105s-1,熔體指數(shù)為27g/10min。充模流動(dòng)分析的成型條件為模具溫度40℃,熔體溫度210℃。
3 澆口設(shè)置及流動(dòng)分析
Moldflow中的澆口位置分析可以快速而又較為準(zhǔn)確地得到最佳的澆口位置區(qū)域。而流動(dòng)分析模擬了塑料熔體在注射過程中流動(dòng)情況,可以優(yōu)化加工參數(shù)、預(yù)測制件,可能出現(xiàn)的缺陷等。從而大大減少試模次數(shù),節(jié)約成本。
3.1澆口設(shè)置分析
3.1.1澆口位置分析
Moldflow中的最佳澆口位置主要是用于分析單點(diǎn)進(jìn)澆的最佳位置,但是能夠很好地得到最佳澆口位置區(qū)域。對(duì)于大型復(fù)雜制件特別是保險(xiǎn)杠這種長流程的制件來說不可能使用單點(diǎn)進(jìn)澆。單點(diǎn)進(jìn)澆雖然在熔接痕方面比多點(diǎn)進(jìn)澆的優(yōu)勢大得多,可是因流動(dòng)距離太長卻不容易充滿型腔,分析結(jié)果如圖2所示。
從圖2中可以看出,最佳澆口位置區(qū)域分布在制件的中心區(qū)域附近。符合形狀對(duì)稱制件澆口位置設(shè)置應(yīng)居中的原則,這樣能很好地避免制件發(fā)生翹曲變形。但澆口分析模塊只是為設(shè)計(jì)分析找到一個(gè)初步最佳澆口的位置,該澆口位置對(duì)設(shè)計(jì)者有很好的參考價(jià)值,最終的澆口位置還需結(jié)合實(shí)際情況而定。
3.1.2澆口設(shè)置
Moldflow里的澆口模塊可以非常準(zhǔn)確地模擬出最佳澆口位置,對(duì)保險(xiǎn)杠來說不適合采用單點(diǎn)進(jìn)澆。因此應(yīng)考慮大型模具設(shè)計(jì)特點(diǎn),采取多點(diǎn)進(jìn)澆設(shè)置保險(xiǎn)杠的澆口。根據(jù)保險(xiǎn)杠模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),保險(xiǎn)杠模具澆口的設(shè)計(jì)常選用兩種多點(diǎn)進(jìn)澆的方案。方案一如圖3所示,為6個(gè)澆口進(jìn)澆,澆口形式為點(diǎn)澆口,澆口直徑為6mm,采取熱流道點(diǎn)澆口直接進(jìn)澆的形式。方案二如圖4所示,為3個(gè)澆口進(jìn)澆,澆口形式為點(diǎn)澆口,澆口直徑為8mm,采取熱一冷流道結(jié)合的方式,即在制件上設(shè)置輔助冷澆道,將熱流道的點(diǎn)澆口設(shè)在冷流道上。這兩種方式都是保險(xiǎn)杠模具設(shè)計(jì)常見的澆口進(jìn)澆形式。
圖4 3點(diǎn)進(jìn)澆的冷熱流道結(jié)合的澆口設(shè)置
3.2流動(dòng)分析
選用MPI/Flow流動(dòng)分析流程,分別對(duì)方案一和方案二進(jìn)行分析計(jì)算,得出分析報(bào)告,將兩種方案的分析結(jié)果進(jìn)行比較。
3.2.1填充時(shí)間
填充時(shí)間是注射成型中的重要參數(shù),填充時(shí)間短,成型周期縮短,生產(chǎn)效率得到提高,降低,成本;填充時(shí)間短,制件中的內(nèi)應(yīng)力減小,引起材料翹曲變形的可能性降低,塑件質(zhì)量得到保證。圖5為兩種方案填充時(shí)間的比較。從圖5可以看出:兩種方案填充時(shí)間大致相同,但方案一比方案二填充時(shí)間要多0.038s。這說明并不是澆口越多,填充時(shí)間越短,充填型腔的速度越快,是因?yàn)樘畛鋾r(shí)間與許多因素有關(guān)。方案二采取的熱-冷流道結(jié)合的方法,冷流道的澆口截面積比單一的熱流道澆口截面積大21.982mm2,反而比單一的熱流道點(diǎn)澆口填充的稍微快0.038s。
圖5 填充時(shí)間的比較
3.2.2填充/保壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)壓力
填充/保壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)壓力是最大型腔壓力的體現(xiàn),圖6為兩種方案填充/保壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)壓力的比較。從圖6可以看出:方案一的轉(zhuǎn)換點(diǎn)壓力為91.95MPa,方案二的轉(zhuǎn)換點(diǎn)壓力為66.49MPa。即方案二最大注塑壓力比方案一小25.46MPa。所需的注射壓力小,說明流道和型腔的阻力小,注射壓力損失小,熔體充模容易。所需的注射壓力小,模具材料受力小,對(duì)模具材料的強(qiáng)度、剛度要求降低,模具磨損小、壽命提高;所需的注射壓力小,注射成型的能源消耗小,生產(chǎn)成本降低,經(jīng)濟(jì)效益提高。
3.2.3鎖模力
在注塑成型過程中,動(dòng)模與定模合模并被鎖緊,凹、凸模需緊密地合在一起構(gòu)成型腔,然后才能注入熔融的塑料。鎖模力的作用主要就是為了防止模具分型面被模腔壓力脹開,防止出現(xiàn)溢邊跑料現(xiàn)象,因此必須對(duì)模具施以足夠的鎖模力。但鎖模力越大不僅會(huì)增加模具的磨損,降低排氣作用,還提高了對(duì)注塑機(jī)的要求,應(yīng)適當(dāng)降低鎖模力。圖7為兩種方案的系統(tǒng)鎖模力隨時(shí)間的變化。從圖7可以看出,方案一從保壓點(diǎn)的開始所需鎖模力從1300t左右上升到2400t左右,方案二從保壓點(diǎn)開始,所需鎖模力從1250t左右上升到1750t左右,方案二的所需最大鎖模力比方案一低560t。可見,方案二對(duì)注塑機(jī)的鎖模力要求低,在注塑量、裝?？臻g和開模行程等滿足要求的前提下,可以選用較小的設(shè)備進(jìn)行注射成型生產(chǎn)。
3.2.4殘余應(yīng)力
殘余應(yīng)力是引起塑件龜裂、翹曲變形等缺陷的主要原因。預(yù)測殘余應(yīng)力是CAE模擬分析的一個(gè)重要環(huán)節(jié)和目標(biāo)。減小產(chǎn)品的殘余應(yīng)力,產(chǎn)品引起龜裂、翹曲變形等缺陷的可能性也會(huì)降低。圖8為兩種方案模腔內(nèi)第一方向(分子取向方向)的殘余應(yīng)力的比較。從圖8可以看出:方案一分子取向方向上的殘余應(yīng)力為-65.33~51.12MPa之間變化,變化區(qū)間為116.45MPa;方案二從-60.20~51.11MPa之間變化,變化區(qū)間為111.31MPa。方案二的殘余應(yīng)力變化區(qū)間比方案一的小5.14MPa。因此,從殘余應(yīng)力的大小看,方案二比方案一要好。
3.2.5熔接痕
注塑件在成型的填充過程中,存在兩個(gè)或者兩個(gè)以上流動(dòng)前沿時(shí),當(dāng)流動(dòng)前沿相遇會(huì)形成熔接痕,而出現(xiàn)兩個(gè)或者兩個(gè)以上的流動(dòng)前沿,除與型芯和嵌件有關(guān)外,還與澆口位置或數(shù)量有關(guān),且澆口位置和數(shù)量對(duì)熔接痕的位置和強(qiáng)度還有影響。通過改變澆口位置或數(shù)量可改變?nèi)劢雍鄣奈恢?使熔接痕位于制件上較不敏感的區(qū)域,以避免影響制件的機(jī)械性能和表觀質(zhì)量。圖9為兩種方案熔接痕的比較,從圖9可以看出:方案一和方案二的熔接痕數(shù)目差不多,但方案二比方案一熔接痕較不明顯,且熔接痕出現(xiàn)的位置也比方案一理想。從圖9可以看出,方案一的熔接痕平均長度要比方案二長,且大部分出現(xiàn)在保險(xiǎn)杠的邊緣處,影響保險(xiǎn)杠的強(qiáng)度。
圖9 熔接痕的比較
4 結(jié)論
通過Moldflow分析可以看出,該汽車保險(xiǎn)杠注射模的澆口設(shè)置中,方案二具有填充時(shí)間短、型腔壓力低、鎖模力小、殘余應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn),因此選擇方案二即三個(gè)澆口較為理想。這也說明,設(shè)計(jì)模具澆口時(shí),并不是澆口數(shù)量越多越好。合理的澆注系統(tǒng),與澆口數(shù)量和澆口位置以及澆注系統(tǒng)的尺寸有關(guān)。
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