基于Moldex3D汽车配件注塑成型工艺优化.pdf
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1、第 61 卷 第 11 期Vol.61 No.112023 年 11 月November 2023农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT&VEHICLE ENGINEERINGdoi:10.3969/j.issn.1673-3142.2023.11.033基于 Moldex3D 汽车配件注塑成型工艺优化慕江瀚,刘淑梅,吕兴利(201620 上海市 上海工程技术大学 材料工程学院)摘要 注塑成型生产某种汽车配饰过程中会出现翘曲、缝合线、包封等缺陷,对汽车配饰件的装配以及使用产生影响。通过 Moldex3D 分析某种汽车装配件的注塑成型过程,采用 PA66 材料对产品的浇口
2、位置、冷却水路、成型参数 3 方面进行模拟仿真,综合分析汽车配饰的翘曲程度和产生翘曲的主要原因,根据实验结果设立对照组进行优化处理,最终优化结果较原始方案翘曲优化率达到 11.3%。关键词 Moldex3D;翘曲优化;塑料注塑 中图分类号 U463.8 文献标志码 B 文章编号 1673-3142(2023)11-0163-05引用格式:慕江瀚,刘淑梅,吕兴利.基于 Moldex3D 汽车配件注塑成型工艺优化 J.农业装备与车辆工程,2023,61(11):163-167.Optimization of injection molding process of auto parts based
3、 on Moldex3DMU Jianghan,LIU Shumei,L Xingli(Faculty of Materials Engineering,Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620,China)Abstract Defects such as warping,sewing line and sealing will appear in the process of injection molding production of certain automotive accessories,which wi
4、ll have an impact on the assembly and use of automotive accessories.Moldex3D was used to analyze the injection molding process of a certain automobile assembly.PA66 material was used to simulate the gate position,cooling water channel and forming parameters of the product,comprehensively analyze the
5、 warping degree and the main reasons for warping of automotive accessories,and set up a control group for optimization treatment according to the experimental results.Compared with the original scheme,the warpage optimization rate of the final optimization results reached 11.3%.Key words Moldex3D;wa
6、rpage optimization;plastic injection molding0 引言随着科学技术的不断发展,计算机模拟仿真技术广泛应用于汽车、航空航天等领域。近些年,制造业其它领域也开始引入计算机仿真技术1。塑料注塑工艺作为一项传统制造工艺,是如今塑料产品的主要加工方式之一2。CAE(计算机辅助工程)技术可以大大缩短注塑成型反复调整模型和修模时间,在降低生产成本和制造周期的同时提高了生产效率和产品质量3。为保证高效生产高质量产品,在注塑成型工艺中,国内外许多企业都采用了注塑成型 CAE 分析软件4-5。本文采用由中国台湾科盛科技股份有限公司开发的一款仿真程度高、较为高效的 CAE
7、软件 Moldex 3D,该软件广泛应用于各种注塑类产品的仿真分析,苗利蕾等6使用该软件对浇口数量和浇口位置进行仿真分析;刘苗苗等7使用该软件注射参数等进行仿真分析;廖李忠8通过对水路和浇口系统进行仿真优化,得到结果均与实际情况相符,对实际生产有指导意义。Moldex 3D 采用实体混合网格和有限单元法的计算方式,可以较准确地预测产品的各类缺陷,如包封困气、缝合线位置及温度和翘曲产生的各种原因9。本文以解决汽车配饰件的远端翘曲和表面缝合线问题为目的,通过对 3 组变量之间的优化与调整得到最优的注射方案。利用控制变量法,将同一条件下的最优结果设为不变量,其他条件为变量,通过对照实验得到模拟仿真的
8、最优解。对这些缺陷进行有效的分析优化,可以避免反复调整模型和修模的人力、物力浪费。1 分析前处理1.1 模型前处理采用SolidWorks软件建立配饰件三维模型,如图 1(a)所示,外形尺寸为 93.40 mm63.35 mm18.39 mm,最大厚度为 13.410 mm,厚度最小处为收稿日期:2022-10-18164农业装备与车辆工程 2023 年0.313 mm。分析前将模型以 step 格式导入 Moldex 3D 软件进行网格划分,采用 Solid 网格类型进行撒点划分网格,如图 1(b)所示。塑件表面网格数量 60 704,塑件实体网格数量 317 573,产品体积12.25 c
9、m3。1.2 材料属性产品材料采用 PA66+25%GF,来自制造商 A.Schulman 生产的型号为 SCHULAMID 66 GF 25 H 的尼龙66。该材料的PVT特性曲线和粘度曲线如图2,图 3 所示。1.3 浇口设置针对该产品采用原始组和多组仿真对照组设计以下方案:分别为 3 浇口,2 浇口和优化 2 浇口3 种浇口形式,其中浇口长度为 5.305 cm,浇口面积为 3.121 cm2。浇口形式及位置如图 4 所示。1.4 成型条件本文注射成型采用 2 组参数对照分析,原始组和对照组具体数值如表 1 所示。表 1 成型参数Tab.1 Forming parameters参数原始组
10、数值对照组数值最大射压压力/MPa155155最大保压压力155155充填时间/s0.80.8VP 切换点/%9898保压时间/s5.04.5塑料温度/300300模具温度/8060冷却时间/s12.712.7循环时间/s23.523.51.5 冷却水路冷却水路采用标准水路和随形水路 2 种形式,不同的水路设计意味着不同的散热效率,对于翘曲变形的分析有参考意义。如图5为2组水路示意图。2 缝合线问题的分析2.1 缝合线会合角的优化缝合线的产生是由于多组浇口同时进胶后 2 股 (a)(b)图 5 冷却水路 Fig.5 Cooling waterway(a)原始组标准水路 (b)对照组随形水路组别
11、 2模型组别 8模型 (a)(b)图 1 配饰塑件Fig.1 Plastic products(a)三维模型图 (b)实体网格划分图10 68 126 184 242 300温度 /比容/(cc/g)0.8460.8270.8090.7910.7730.7550.7370.719Tm=247.00 0 MPa50 MPa100 MPa150 MPa200 MPa图 2 PA66+25%GF 的 PVT 特性曲线Fig.2 PVT characteristic curve of PA66+25%GF图 3 PA66+25%GF 的粘度特性曲线Fig.3 Viscosity characteris
12、tic curve of PA66+25%GF101 102 103 104 105剪切率/(1/s)粘度/(g/(cm s)103102101100290 300 310 (a)(b)(c)图 4 浇口位置Fig.4 Gate location(a)3 浇口 (b)2 浇口 (c)优化 2 浇口组别 2模型组别 3模型组别 8模型10.00 mm10.00 mm10.00 mm165第 61 卷第 11 期熔胶前端产生温度差、浇口位置布置不合理以及产品结构等原因导致流动不平衡造成的。缝合线是复杂零件中不可避免的缺陷,但是可以通过改变浇口数量、位置以及改善成型参数减少缝合线数量、增大缝合线会合
13、角、提高缝合线温度,从而降低缝合线对产品质量的影响。如图 6 所示,缝合线会合角越大,缝合线处的垂直方向厚度越大,使得产品可以承受更大的外部应力,有效避免产品开裂,提高产品质量。本文采用设立仿真对照组的方法,对生产过程中不同注射参数、浇口位置、水路分别进行分析,得到缝合线位置、缝合线会合角、缝合线温度。由图 7(a)可知,原始方案主要缝合线出现在产品使用面上,原始组缝合线会合角集中在 96 132之间,角度较小,易出现断裂;由图 7(b)可见,改变浇口数量和位置,缝合线会合角集中在121 144 之间,角度增大。当缝合线会合角角度在 120 150之间时,塑件表面基本上看不到缝合线的缺陷痕迹,
14、因此当缝合线角度大于 120 时认为不影响产品质量。由图 7(c)可见,通过优化水路和改善浇口位置使流胶流动更加平衡。此时,受力处缝合线消失,缝合线出现在非受力处,并且缝合线会合角增大,角度集中在 131 144 之间。由图 8 可以看出,改善浇口位置和数量可以有效提高缝合线会合角大于 120 部分的占比,从而降低缝合线对产品质量的影响。实验组8(b)、8(c)缝合线角度大部分在120 以上,不影响产品质量。由此可分析得到,实验组 8(c)缝合线缺陷基本被优化,不会对产品质量产生过大影响。慕江瀚 等:基于 Moldex3D 汽车配件注塑成型工艺优化图 6 缝合线会合角Fig.6 Meeting
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