基于CAE分析的塑件产品注射成型浇注系统优化设计

李锦妍 何敏红 王涛

摘  要：以薄壳塑件注射成型过程为例，设计浇注系统对塑件进行Moldflow填充结果仿真分析，根据塑料产品的结构分析填充效果，并进行浇注系统二次优化设计，得出系统优化后的浇注系统尺寸参数保证塑件结构局部强度，提高塑件成型质量。

关键词：注射成型;浇注系统;Moldflow

中图分类号：TB33      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）02-0070-03

Abstract： Taking the injection molding process of thin shell plastic parts as an example， a gating system is designed to simulate and analyze the filling results of the plastic parts by Moldflow， and the filling effect is analyzed according to the structure of the plastic products， and the secondary optimization design of the gating system is carried out. It is concluded that the optimized gating system size parameters ensure the local strength of the plastic part structure and improve the molding quality of the plastic parts.

Keywords： injection molding; gating system; Moldflow

1 产品分析及有限元网格处理

本塑件为一款薄壳塑件，三维模型视图如图1所示，长145mm，宽55mm，高30mm，产品壁厚约1.5mm。塑件部分中空，有十字形细长结构连接特征。注塑材料选择Targor公司生产的PP，牌号PPU 1752 S1，其流动性能好，温度变化对于熔体粘度的改变小，顶出温度高，剪切速率高，是一种常见的注塑材料，其主要性能如表1所示[1]。

对产品进行有限元网格划分，全局网格边长2.5mm，修改网格缺陷，使三角形单元纵横比在10以内，匹配百分比大于85%[2-3]。

2 浇注系统设计及初次填充分析

型腔排列为一模两腔，塑件中心间距90mm，两腔180°镜像对称，型腔布局及浇注系统尺寸如图4、图5所示。

根据填充分析结果，塑件填充时间为1.309s，填充阶段最大注射压力为20.0925MPa，此时注射时间为1.2802s，填充体积为99.01%，熔体流动速率为30.85cm3/s，成型状态由填充转化为保压。塑件细杆部位填充时间如图6（a）所示，速度/压力切换时的压力（V/P转变压力）如图6（b）所示。

由塑件的熔接痕及气穴分析（图7所示）可以看出，因为侧浇口设置，熔体塑料流动前沿汇合处温度、方向不同而在塑件局部区域形成熔接痕[4-5]。细杆部位因其尺寸细长，波前交汇产生的V型缺口熔接痕类似裂纹（图7熔接痕1、2、3处），容易产生应力集中，使此部位材料力学性能变差，成为裂纹潜伏区，同时此部位分子链运动性降低，扩散不足，易夹带杂质，生成针孔，使其局部强度降低约20%-30%。为转移细杆部位熔接痕，提高强度，增长塑件整体使用寿命，对浇注系统进行二次优化设计。

3 浇注系统优化设计及二次填充分析

根据塑件结构特点及熔体塑料流动分析，细杆部位熔接线通过改变浇口位置进行转移，浇口位置设置在细杆部位中心，一模两腔型腔排列，如图8所示，浇注系统尺寸如图9所示。

如图10（a）（b）可以看出，优化之后的三板模点浇口浇注系统注射成型，塑件填充时间1.532s，填充阶段最大注射压力作为31.41MPa，与两板模设计相比注塑压力较大。塑件十字形细杆部位几何中心点浇口注射使熔接痕位置转移（图11），增加局部力学强度，提高塑件使用寿命，同时三板模结构开模后浇口自行脱落，并且残留痕迹小，生产便利。冷却系统设计如图12所示，6条冷却水管道，入水口和出水口溫差0.39℃，塑件上下表面均匀冷却，冷却效率良好。

参考文献：

[1]杨海鹏.塑料成型工艺与模具设计[M].北京：北京大学出版社，2013.

[2]沈洪雷，刘峰.Moldflow注射成型过程模拟实例教程[M].北京：电子工业大学出版社，2014.

[3]王卫兵，李金国.Moldflow中文版注塑流动分析案例导航视频教程[M].北京：清华大学出版社，2014.

[4]袁海兵.玻纤增强聚丙烯复合材料熔接痕性能的研究[J].广东化工，2019，46（13）：23-25+20.

[5]常辉，樊晓红，林荣川.基于Moldflow端盖浇口位置优化设计的研究[J].内燃机与配件，2019（05）：117-121.