【文章內(nèi)容簡介】 式澆注系統(tǒng)，一般都優(yōu)先采用。當橫澆口或直澆口的總截面積小于內(nèi)澆口的總截面積時，澆注過程中塑料熔體不會完全充滿澆注系統(tǒng)，這種澆注系統(tǒng)通常稱為開放式澆注系統(tǒng)，僅在特殊工藝采用。 最佳澆口位置分析 最佳澆口位置分析可以找出產(chǎn)品上最佳進澆位置。如果產(chǎn)品上沒有設定進澆點，在已定塑膠材料的情況下，最佳澆口位置分析會產(chǎn)生一個最佳進澆位置；如果產(chǎn)品上需要兩個或幾個澆口，在給定塑膠材料的情況下，最佳澆口位置分析會多個最佳進澆位置，以滿足產(chǎn)品整體填充平衡。 設置注塑材料：在分析欄中選擇材料處進行修改。手機外殼所采用的材料為Lanxess公司的ABS 材料，牌號為Lustran ABS Elite HH 1827。工藝過程參數(shù)的選用：注塑機采用默認注塑成型機，模具表面溫度選用推薦值為80 ℃ ，熔體溫度也采用推薦值為260 ℃。 最佳澆口位置分析設置：1. 選擇成型工藝。點擊案例瀏覽區(qū)“分析”按鈕，點擊“設置成型工藝”中“熱塑性注塑成型”。2. 點擊菜單欄“分析”按鈕，點擊“設置分析順序”中“澆口位置”，或直接點擊案例瀏覽區(qū)“設置分析順序”指令按鈕，選擇澆口位置的分析。點擊“確定”，分析正式開始。勾選案例瀏覽區(qū)中“日志”，查看屏幕輸出結果。如圖31所示。 圖31 最佳澆口位置查看分析日志可知推薦澆口位置在節(jié)點2099 附近，結果顯示中，藍色的區(qū)域是最佳的澆口位置區(qū)域，澆口設在該區(qū)域可以保證注塑過程的熔體流動的平衡性。 澆注系統(tǒng)的創(chuàng)建根據(jù)最佳澆口位置分析結果，設計兩個澆注方案。分別為雙點進澆式澆注系統(tǒng)、（一模雙腔）側(cè)澆口式澆注系統(tǒng)。主流道是澆注系統(tǒng)中從注塑機噴嘴與模具相接觸的部位開始，到分流道為止的塑料熔體的流動通道。主流道上的一些尺寸主要是由所選的注塑機決定的。主流道的長度：小型模具應盡量小于60mm，本次設計取50mm進行設計；主流道小端直徑：d=注射噴嘴尺寸+（~1）mm=（2+）mm=；主流道大端直徑：d1=d+2tanα=，式中α=3176。；主流道球面半徑：SRO=注射機噴嘴球頭半徑+（1~2）mm=13mm；球面配合高度：h=3mm；，流道直徑為4mm，側(cè)澆口入口直徑為2mm。 方案一：采用流道系統(tǒng)向?qū)?chuàng)建雙點進澆式澆注系統(tǒng)。如圖32所示。方案二：采用流道系統(tǒng)向?qū)?chuàng)建側(cè)澆口式澆注系統(tǒng)。如圖33所示。圖33 方案二圖32 方案一 澆注系統(tǒng)的創(chuàng)建需根據(jù)中心線進行桿單元的網(wǎng)格劃分，利用層管理工具，將澆口、分流道、主流道分別歸屬到相應的層中，然后分別對澆注系統(tǒng)各部分進行單元劃分。澆注系統(tǒng)網(wǎng)格劃分。 在澆注系統(tǒng)網(wǎng)格劃分結束后，一定要進行澆注系統(tǒng)與產(chǎn)品網(wǎng)格模型的連通性診斷，防止出現(xiàn)不連通的情況，從而導致分析計算得失敗。澆注系統(tǒng)與產(chǎn)品網(wǎng)格連通性檢查，顯示所有產(chǎn)品三角形單元和澆注系統(tǒng)桿單元。選擇任一個單元作為起始單元，得到網(wǎng)格連通性診斷結果。經(jīng)診斷，兩種方案的連通性均無問題。 冷卻系統(tǒng)方案的確定冷卻系統(tǒng)是直接影響注塑制品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要因素，模具冷卻裝置的設計與使用冷卻介質(zhì)、冷卻方法有關。本模具設計是用純水來冷卻。純水冷卻較為普遍。因為水的熱容量大、傳熱系數(shù)大、成本低廉。冷卻水回路開設在模具型腔周圍和型芯內(nèi)，使純水或者冷凝水在其中循環(huán)帶走熱量，維持模具注塑時所需的溫度[8]。冷卻回路的設計應做到回路系統(tǒng)內(nèi)流動的介質(zhì)能充分吸收成型塑件所傳導的熱量，使模具成型表面的溫度穩(wěn)定地保持在所需的溫度范圍內(nèi)。而且要做到使冷卻介質(zhì)在回路系統(tǒng)內(nèi)流動暢通，無滯流位。冷卻澆注系統(tǒng)的冷卻一般采用不對稱的形式，常采用的結構形式有兩種，一是型腔冷卻系統(tǒng)結構，常常采用環(huán)形冷卻水槽的形式，這種結構有很好的密封性。二是型芯的冷卻系統(tǒng)結構，其根據(jù)塑件的深度和寬度不同而異，一般采用噴射式循環(huán)水路。其冷卻水通過模具帶走熱量，是高效的、最常用的方法。本次研究采用手工創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)。水管的直徑為8 mm，水管與制品間的距離為25 mm，管道數(shù)量為6條，管道中心之間的距離為20 mm，管道超出制品邊緣的距離為30 mm。管道之間的銜接適用軟管。冷卻管布局如圖34；35所示。圖34 方案一的冷卻回路圖35 方案二的冷卻回路 流動結果分析對于塑料注射成型來說，最重要的是控制塑料在模具中的流動方式。制品的許多缺陷，如氣穴、熔接痕、短射乃至制品的變形、冷卻時間等，都與樹脂在模具中的流動方式有關。MPI/Flow通過對熔體在模具中的流動行為進行模擬，可以預測和顯示熔體流動前沿的推進方式、填充過程中的壓力和溫度變化、氣穴和熔接痕的位置等，幫助工藝人員找出缺陷產(chǎn)生的原因并加以改進工藝參數(shù)。選擇分析類型為冷卻+填充+保壓+翹曲。 充填時間充填時間為聚合物熔體從進入模具到充填滿模具的時間。分析結果主要通過不同的顏色顯示了熔接痕流動時的形狀變化以及充模過程，查看該結果可以知道型腔是否充滿，充模過程是否平衡等。充填時間是一項非常重要的結果，從圖36；37分別看出每種方案的充填時間。圖37 方案二：圖36 方案一： 熔接痕比較兩個方案的熔接痕如圖38；39所示。圖38 第一方案熔接痕圖39 第二方案熔接痕 由于制品結構的復雜性，熔接線/熔接痕常常很難避免，改善熔接線缺陷可以從以下幾個方面入手:通過改變澆口位置、型腔的壁厚及流道系統(tǒng)的設計等改變?nèi)劢泳€的位置，盡量將其置于制品中不醒目而且強度要求不太高的地方；通過調(diào)整熔體交匯時的溫度，提高熔接線的抗拉/抗壓強度，并盡量使痕跡不明顯；通過調(diào)整澆口位置、數(shù)目等減少熔接線/接痕條數(shù)；溫度對熔接線/熔接痕的影響特別大，提高熔體的溫度可以提高熔接線的質(zhì)量；如果熔體交匯時的溫度與注射溫度相差不到20度，熔接線的質(zhì)量都可以接受(最理想的情況是熔體交匯時的溫度等于注射溫度)。提高型腔內(nèi)熔體溫度的方法很多，提高模壁溫度、注射熔體溫度及調(diào)整流道的尺寸(提高摩擦熱)等都可以達到目的[9]。對熔接痕/熔接線改善，可參考以下幾項措施:(1) 調(diào)整成型條件，提高流動性。(2)調(diào)整模具方面，增設排氣槽，在熔接痕的產(chǎn)生處設置頂桿也有利于排氣。(3)盡量減少脫模劑的使用。(4)設置工藝溢料并作為熔接痕的產(chǎn)生處，成型后再予以切斷去除。(5)若僅影響外觀，則可改變澆口位置，以改變?nèi)劢雍鄣奈恢?。或者將熔接痕產(chǎn)生的部位處理為暗光澤面等，予以修飾。 通過對比兩種方案熔接痕可觀察到，第二方案產(chǎn)生的熔接痕較多。對產(chǎn)品表面質(zhì)量有較大影響。 氣穴比較氣穴是指由于熔體前沿匯聚而在塑件內(nèi)部或者模腔表層形成的氣泡。氣穴的出現(xiàn)會在最終的制件表面留下瑕疵，甚至可能由于氣體壓縮產(chǎn)生熱量出現(xiàn)焦痕。氣穴的顯示結果如圖310；311所示，它可以和填充的動態(tài)結果疊加。圖310 方案一氣穴分布圖311 方案二氣穴分布 通過氣穴數(shù)量和位置分析，第二方案由于流動前沿溫度高產(chǎn)生的氣穴較多并且位置處于表面難排氣的位置。 制件翹曲的比較所謂翹曲，就是不均勻的內(nèi)部應力導致的制件缺陷。注塑成型的制件產(chǎn)生翹曲的原因在于收縮不均勻。制件上不同區(qū)域的收縮不均勻、厚度方向上的收縮不均勻或者在與材料分子取向平行和垂直的方向上收縮不均勻都會導致翹曲的產(chǎn)生。各種不同的澆注系統(tǒng)可能引起的翹曲也會有很大的區(qū)別，另外加大冷卻也可以降低翹曲的程度，在這一小節(jié)中我們主要從在相同冷卻條件下分析2種方案的翹曲情況，以找到最佳的澆注系統(tǒng)。如圖310；311所示。圖310 方案一總翹曲量圖311 方案二總翹曲量翹曲變形在成型條件設定因素中，主要取決于:1，保壓時間及壓力；2，塑料熔體溫度；3，模具溫度；4，其它因素 (流動充模時間等 )。其中，保壓時間及壓力的影響最明顯。保壓壓力能使型腔內(nèi)熔體在完全凝固前始終獲得充分的壓力和補料，從而出現(xiàn)熔體的流動，特點是流速慢。，單從翹曲量來看，方案一更好一些。由于二方案采用側(cè)澆口一定程度上會影響制件表面質(zhì)量，并且會出現(xiàn)少量的氣孔，綜合分析決定采用第一方案進行生產(chǎn)分析及接下來的正交分析。第4章 基于正交試驗工藝參數(shù)優(yōu)化分析正交試驗設計是利用規(guī)格化的正交表，恰當?shù)卦O計出試驗方案和有效地分析試驗結果，提出最優(yōu)配方和工藝條件，進而設計出可能更優(yōu)秀的試驗方案的一種科學方法HJ。注塑工藝是一個復雜的過程，影響塑件的工藝參數(shù)很多，為了減少試驗次數(shù)，同時獲得足夠的參數(shù)，模擬試驗采用正交試驗法，通過分析試驗結果，提出最優(yōu)的注塑工藝條件[10]。 優(yōu)化目標設計對于某些注塑產(chǎn)品，翹曲、收縮、表面沉降、飛邊和尺寸變化等缺陷是一些無法徹底消除的問題，只能通過對工藝參數(shù)的優(yōu)化，減輕塑件的這些缺陷，從而滿足塑件的設計要求。成型過程中制品在型腔中非均勻的體積收縮率是引起制品翹曲的主要原因。翹曲變形是指注塑制品從型腔脫模后由于制品內(nèi)殘余應力的存在而使制品的形狀產(chǎn)生變形，它是注塑制品最常見的缺陷之一。如果注塑制品結構中壁厚不均和不對稱，澆口位置、流道系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設計不當，或成型工藝參數(shù)不合理等均會使注塑制品收縮不均而產(chǎn)生翹曲變形。本研究僅針對最大翹曲變形量這個指標的綜合值，討論如何使綜合指標達到最優(yōu)的工藝參數(shù)組合。 正交試驗的設計及參數(shù)設定 分析的目標是確定體積收縮率變化、表面縮痕指數(shù)和最大翹曲變形量三個指標的綜合值。為保證產(chǎn)品外觀質(zhì)量和使用要求，體積收縮率變化、表面縮痕指數(shù)和最大翹曲變形量影響注塑成型質(zhì)量的因素很多，選取對注塑成型過程影響較大的6個因素，每個因素安排3個水平。 1）注塑溫度(熔體溫度)—T1 塑件采用的ABS材料，其牌號為Lustran ABS Elite HH 1827在Moldflow的材質(zhì)庫中提供了所選取材料的注塑溫度范圍：T1=220 ℃~280 ℃，推薦值是260 ℃，在這個推薦值區(qū)間，取3個值，選取T1=250 ℃，260 ℃，270 ℃。 2）模具溫度—T2 在Moldflow的材質(zhì)庫中提供了所選取材料的的模具溫度的為范圍：T2=60 ℃~90 ℃，推薦值是80 ℃，在這個推薦值區(qū)間，取3個值，選取T2=70 ℃，80℃，90℃。 3）注射時間—t1 根據(jù)實際情況和模擬分析，注射時間t1=~ s之間任取3個值，則t1= s， s， s，其中開模時間固定在5 s不變。 4）保壓時間—t2 根據(jù)實際情況和模擬分析，保壓時間t2=~ s之間任取3個值，則t2=12 s，15 s，19 s。 5) 保壓壓力—P 根據(jù)實際情況和模擬分析，保壓壓力P，根據(jù)分析結果顯示V/P轉(zhuǎn)換點壓力為136 MPa注射后期壓力保持在108 MPa左右，所以保壓壓力選擇110 MPa，120 MPa，130 MPa三個數(shù)值。 6）冷卻時間—t3 根據(jù)實際情況和模擬分析，冷卻時間t3=~ s之間任取3個值，則t3=15 s，20 s，25 s。 基于正交試驗多工藝參數(shù)優(yōu)化利用流體分析軟件Moldflow模擬成形及翹曲過程，對塑件注塑成形過程中的多因素進行了優(yōu)化設計，以減小翹曲變形提高成形精度。利用正交表安排試驗確定如下試驗指標、設計變量、以及約束條件。數(shù)值模擬與正交試驗方法結合的注塑工藝參數(shù)優(yōu)化實施方案。(1) 試驗指標定義工件的總翹曲變形量為考察指標。(2) 設計變量注射溫度T1，模具溫度T2，注射時間t1，保壓時間t2，保壓壓力P，冷卻時間t3。(3) 約束條件注塑成型過程中避免填充不滿、注射壓力小于200 MPa，鎖模力小于500 T，開模時間鎖定為5 s。(4) 確定影響翹曲指標的因子及水平影響塑料件注塑成形后翹曲變形量大小的主要因素為：注射溫度T1，模具溫度T2，注射時間t1，保壓時間t2，保壓壓力P，冷卻時間t3。將它們簡稱為因子A、B、C、D、E、F，并假設各因子之間不存在交互作用。在各因子的取值范圍內(nèi)，每個因子均勻地取3個水平，如表41所示。表41 影響翹曲指標的因子及水平因素水平A注射溫度T1℃B模具溫度T2℃C注射時間t1/sD保壓時間t2/sE保壓壓力P/MPaF冷卻時間t3/s125070121101522608015120203270901913025根據(jù)因素及水平劃分，采用六因素三水平的正交實驗矩陣設計實驗，采用