趙永剛
(鄭州電力職業(yè)技術學院，鄭州 451450 )
摘要： 目的針對傳統(tǒng)建模方法在預測的翹曲變形位置與實際偏差較大的問題煮仇，開展基于Moldflow的注塑成型制品翹曲變形優(yōu)化建模分析研究劳跃。方法通過數據模擬分析預處理、澆注體系模型構建浙垫、基于Moldflow的注塑成型制品翹曲變形過程模擬等手段刨仑，實現對注塑成型制品曲面參數優(yōu)化强重。結果通過對比實驗證明，新的建模方法與傳統(tǒng)建模方法相比預測翹曲變形位置偏差更小贸人，預測結果更準確间景。結論在實際應用中，該建模方法能夠輔助塑件加工廠提升注塑成型制品生產質量艺智。
關鍵詞： Moldflow倘要；注塑；成型十拣；制品封拧；翹曲變形
在計算機輔助工程分析中，最具代表性的軟件是Moldflow軟件夭问，在對成型模具進行實際加工操作之前泽西，通過利用Moldflow軟件對模具的三維模型進行虛擬注塑，以此完成對整個注塑過程的模擬分析缰趋，得出在不同情況下制品的材料分布趨勢捧杉、翹曲變形等條件[1]。利用Moldflow軟件進行分析后秘血，能夠讓設計者在第一時間找出模具及后續(xù)制品在制作過程中可能出現的問題味抖，從而及時對模具進行更改。這一過程不僅能夠有效提高制品加工和生產的效率灰粮，同時也能夠有效降低制品加工和生產的成本仔涩，減少原材料的損耗[2]。
注塑成型是塑料材料制品成型和加工中一項十分重要的環(huán)節(jié)粘舟，當前除少數幾種材料特殊的塑件以外熔脂，幾乎所有塑件的生產和加工都是通過注塑成型完成。在塑件加工廠中柑肴，注塑成型技術的應用能夠一次性完成對各類復雜結構霞揉、精密尺寸以及帶金屬嵌件制品的制作，同時其后期還具備修整次數少嘉抒、成型周期短等優(yōu)勢[3]零聚。在注塑成型過程中，由于不同材料本身具有一定的特殊性些侍，加之復雜的加工條件和工藝流程隶症，材料參數和邊界條件的復雜性都使當前注塑成型制品極易出現翹曲變形的問題。
為進一步提高注塑成型制品的加工質量岗宣，文中開展基于Moldflow的注塑成型制品翹曲變形優(yōu)化建模分析蚂会。
1 注塑成型制品翹曲變形優(yōu)化建模
1.1 數據模擬分析與處理
在對數據模擬分析與處理前，首先建立注塑成型制品的三維造型模型耗式。在三維造型軟件UG5.0.1環(huán)境下胁住，結合注塑成型的特征以及操作要求進行建模趁猴。根據不同特征可采用旋轉成型或逐層拉伸的造型方法[5]，后續(xù)在利用Moldflow軟件對三維模型進行網格劃分的過程中彪见，若模型中存在較小的特征結構儡司，則會出現網格劃分異常的現象，嚴重影響后續(xù)優(yōu)化的效果余指。因此捕犬，在進行對注塑成型制品的三維造型時，為了能夠避免這一現象的產生酵镜，文中需要對較小的特征結構進行倒圓處理碉碉。
以上述模型為基礎，針對注塑成型制品的外形特征和結構尺寸進行分析淮韭，并完成對所有數據模擬分析的預處理[4]垢粮。對三維造型的網格結構進行劃分，將通過上述2種造型方式得到的三維模型轉換為stl格式文件靠粪，并將其導入到Moldflow軟件中蜡吧，完成網格劃分。通常情況庇配，網格的大小取值為1.25~1.55mm時斩跌，能夠得到最優(yōu)網格匹配率[6]。與此同時根據成型的實際情況捞慌，在對網格進行劃分時，其目標邊長一般為塑件壁厚度的1.5~3倍柬批。為方便論述啸澡，文中以壁厚為1mm的塑件為例，在對該塑件進行網格劃分時氮帐，可將網格目標邊長設定為2.5mm嗅虏。在完成劃分后，還需要對水平方向和垂直方向比例較大的網格進行修訂上沐。根據上述論述皮服，得出的網格結構對應參數如表1所示。
表 1 網格結構對應參數
一般情況下参咙，需要在完成劃分的網格匹配率達到85%及以上時龄广，Moldflow軟件才能夠得到更加可信的分析結果。
1.2 構建澆注體系模型
構建的澆注體系是否合理關系到最終注塑成型制品的性能蕴侧、尺寸择同、外觀等因素[7]。同時建筑體系模型構建的合理性净宵，關系到Moldflow軟件最終得出的分析結果敲才。
圖1a和1b分別為初始階段和經過細化處理后的三維網格模擬澆注體系澆口裹纳，可知，三維流動模擬的過程中紧武，在網格結構模型中選擇注塑成型其中一個澆口時剃氧，在翹曲變形分析過程中，初始階段給出的默認澆口大小包含在其各個點周圍阻星，并且涵蓋了所有鄰近的網格區(qū)域[8]朋鞍。
圖 1 三維網格模擬澆注體系澆口位置時間信息
考慮到初始階段得出的結果與實際模具設計階段的澆口大小不符，因此迫横，需要對初始階段澆口模型及相應的網格結構進行細化處理番舆。利用Moldflow軟件提供的局部細化功能，將澆口網格結構中最大對角長度控制在1.5mm左右矾踱，以此構建新的澆注體系恨狈，從而得到更加準確的模擬結果[9-10]。由于模具中各個塑件的型腔均相同呛讲，因此在Moldflow軟件模擬分析過程中禾怠，需要盡可能地減少網格計算量，并去除對稱型腔贝搁，僅將其中一個型腔作為Moldflow軟件模擬分析的依據吗氏。
1.3 基于Moldflow的注塑成型制品翹曲變形過程模擬
注塑成型制品出現翹曲變形的主要原因是塑件的幾何形狀與注塑成型模具的設計存在不合理或工藝參數設置有誤等問題[11]。因此雷逆，文中結合Moldflow軟件在對注塑成型制品翹曲變形過程模擬時弦讽，首先明確制品出現翹曲變形與塑件本身收縮不均勻有著密切的聯(lián)系[12]。原材料在流動方向的收縮率與垂直方向上的收縮率相差較大膀哲，是導致注塑成型制品出現翹曲變形的主要原因[13]往产。除此之外，影響注塑成型制品翹曲變形還包括澆注位置不當某宪、冷卻系統(tǒng)設計不合理仿村、注塑保壓參數錯誤、澆注流速等原因兴喂。
根據上述分析蔼囊，得出制品在發(fā)生翹曲變形過程中應力和應變的關系如式(1)所示：
{σ} = [D](ε - a)∇T - {σi } (1)
式中：{σ}為注塑成型制品翹曲變形應力大小( MPa )；[D]為翹曲變形過程中的彈性模量(MPa )衣迷； ε為彈性應力大小(MPa )畏鼓；a為注塑成型制品材料熱傳導系數(W/(m2·℃))；∇T為溫度差值(℃)蘑险；{σi} 為由剪切流動引起的初始應力大小(MPa )滴肿。根據式(1)，結合節(jié)點自由度的有限元分析方法佃迄，對已知注塑成型制品的上表面和下表面的溫度以及加工過程中周圍環(huán)境等參數的變化情況進行分析[14]泼差。
1.4 注塑成型制品曲面參數優(yōu)化
根據上述論述內容贵少，完成對注塑成型制品翹曲變形的模擬，文中針對影響注塑成型制品翹曲變形的模具澆口堆缘、冷卻系統(tǒng)進行調整滔灶，實現對其參數的優(yōu)化。
首先吼肥，針對模具澆口參數進行調整录平。當熔體從主流道進入，并經過分流道進入到澆口時缀皱，其澆口的截面面積會突然縮小斗这，為了防止在這一過程中出現翹曲變形的問題，需要通過提升剪切速度啤斗、降低粘度的方式表箭，確保熔體在澆口位置上能夠得到最理想的狀態(tài)[15]。澆口的寬度尺寸計算公式如式(2)所示：
b = (2)
式中：b為澆口寬度尺寸钮莲；A 為注塑成型制品外側表面積免钻。
h = 0.3δ (3)
式中：h為澆口厚度大小崔拥；δ為澆口位置上注塑成型制品壁厚度极舔。
d = 0.06 (4)
式中：d為澆口位置橫截面直徑。根據上述公式設定澆口參數链瓦，以此確保注塑成型制品在不出現翹曲變形的基礎上完成澆注拆魏。
澆注完成后基于Moldflow的注塑成型制品翹曲變形過程模擬結果，對冷卻系統(tǒng)進行優(yōu)化慈俯。對于粘度低稽揭、流動性良好的塑料品種而言，其注塑成型工藝的模具溫度要求相對較低肥卡，可通過溫水或冷水的方式對模具進行冷卻。但針對粘度高事镣、流動性較差的塑料品種步鉴，若仍然采用上述冷卻系統(tǒng)，則會造成制品翹曲變形問題璃哟。因此氛琢，針對這一類型塑料品種，其溫度需要控制在155~200℃随闪，以達到模具的加熱條件阳似。在冷卻時，采用ABS作為輔助材料铐伴，對其進行25℃水冷卻處理撮奏，以此確保在冷卻階段注塑成型制品不會出現翹曲變形現象俏讹。
2 實驗論證分析
2.1 實驗準備
以塑件加工廠中尺寸為55mm×45mm×15mm的塑件制品為例，針對上述通過理論論述的方法設計出的基于Moldflow的注塑成型制品翹曲變形優(yōu)化建模畜吊，對其在實際應用中的性能進行研究泽疆。為確保實驗具有可對比性，文中選擇將文獻[4]基于CAE與正交實驗的建模方法作為實驗對照組玲献，將文中建模方法作為實驗組殉疼，開展如下對比實驗。
2.2 制作塑件制品
實驗中塑件制品的制作要求包括：表面平滑捌年、不允許出現明顯擦傷瓢娜、缺口等外部缺陷，不允許出現嚴重的翹曲變形現象礼预。該塑件制品的最小厚度為1.2mm眠砾，最大厚度為2.8mm。為保證最終得出的實驗結果具有客觀性逆瑞，在使用2種建模方法時荠藤，其注塑成型工藝的參數均設置為默認值，塑件制品注塑成型工藝參數如下：①模具表面溫度變化范圍為55~75℃获高；②溶體溫度范圍為120~220℃哈肖；③頂出時溫度為90℃；④最大剪切應力為0.45MPa念秧；⑤最大剪切速率為45000s−1淤井；⑥最大注射壓力為155MPa；⑦最大鎖模力為5710.26N摊趾。
2.3 實驗數據采集
根據上述塑件制品注塑成型工藝參數設定币狠，將其分別引入到2種建模方法中，對變形參數每隔10min采樣1次砾层，注塑成型制品翹曲變形參數分布如下漩绵。
注塑成型制品測點區(qū)：0→0.45σcon(初應力變形荷載)→σcon應變荷12min→優(yōu)化。注塑成型制品的受拉區(qū)：0→0.34σcon (載荷力)→1.34σcon(結構損傷)→持續(xù)載荷30min→σcon優(yōu)化肛炮，其中σcon表示注塑成品應力止吐。根據上述過程，完成對5個該塑件制品的注塑成型模擬侨糟，得到2組不同的建模結果碍扔。文中將2種建模方法得出的預測注塑成型制品翹曲變形位置的精準度作為實驗評價指標，為方便驗證秕重，文中將實驗組和對照組2種建模方法下預測得出的具體翹曲變形位置進行記錄不同，并將其與完成注塑成型后制品的實際翹曲變形位置進行對比。
2.4 結果與分析
根據上述實驗完成對比實驗，將得出的實驗結果記錄如表2所示二拐。
表 2 實驗組與對照組實驗結果對比表
從表2中2組建模方法的實驗結果可知服鹅，實驗組建模后預測出的翹曲變形位置與實際位置之間偏差均低于±0.642mm，而對照組建模后預測出的翹曲變形位置與實際位置之間偏差均高于1.245mm卓鹿，由此可知文中方法的翹曲變形偏差較小菱魔，能夠更加準確地預測出在后續(xù)注塑成型階段，制品存在的翹曲變形位置吟孙。同時澜倦，通過文中建模方法能夠對具體影響該位置出現翹曲變形的原因給出明確的結果，通過對影響其發(fā)生翹曲變形的參數進行優(yōu)化杰妓，能夠使最終加工生產得到的塑件制品質量達到標準規(guī)定要求藻治，提高塑件加工廠的生產效率。
3 結語
在注塑成型制品中巷挥，是否出現翹曲變形現象是判斷產品質量的重要指標桩卵，當前塑料制品的精細化和功能化程度不斷提升，加之部分零件變形能力低等因素的影響倍宾，使當前注塑成型制品的生產質量受到嚴重影響雏节。針對這一問題，提出了一種對注塑成型制品翹曲變形的建模方法高职，并結合Moldflow軟件實現變形預測钩乍。在后續(xù)研究中，還將針對這一方法在實際應用中的廣泛性進行優(yōu)化怔锌，從而使文中方法能夠應用于對更多不同材質產品的變形預測中寥粹。
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