基于Moldflow的保险杠不同浇注系统比较分析

1、精密成形工程JOU RN A L OF NET SH A PE F ORM I NG ENG IN EERI NG第3卷 第2期 2011年3月68基于Moldflow 的保险杠不同浇注系统比较分析谭安平1,向渝1,李才能2(1.成都理工大学工程技术学院,四川乐山614007;2.重庆理工大学,重庆400050摘要:为了保证浇注系统的合理性,根据经验设计几种浇注系统,运用CAE 软件分析比较后选取最佳的一种。以羚羊轿车前保险杠为研究对象,运用M o ldflow 软件对2种不同的浇注系统进行CAE 模拟分析。通过比较之后选取了最佳的一种三点进浇方案,并以此方案进行了模具设计。关键词:M old

2、flow ;大型制件;保险杠;浇注系统;比较;CAE 中图分类号:TH 145.4+2 文献标识码:A 文章编号:1674 6457(201102 0068 05收稿日期:2010 12 09作者简介:谭安平(1979-,男,湖北潜江人,硕士,主要从事塑料成形工艺与模具方面的教学与研究工作。Optimizing Analysis of Gating System for Injecing Bumper Based on MoldflowT AN A n p ing 1,X I AN G Yu 1,L I Cai neng 2(1.Eng ineering &T echnical Col

3、leg e,Cheng du U niver sity o f T echno log y,L eshan 614007,China;2.Chongqing U niv er sity of T echno lo gy ,Chongqing 400050,ChinaAbstract:In order to make sure the r ationality of g ating system,the most feasible and effective w ay is to choo se several ga t ing systems by ex per ience and choo

4、se the best one after comparison.By a type o f antelo pe car bumper as reserching object,two different gat ing systems are selected and CAE simulat ion ana lysis is made.By camparing the simulation results,3po ints gate sy tem is cho osed as gat ing system o f the car bumper ,and the mo ld is desig

5、ned according to the plan.Key words:M oldlfow ;larg e plastic parts;bumper ;g ating sy st em;compariso n;CAE目前注塑模具设计常采用经验设计,含有揣测猜想成分。模具设计制造完毕之后,设计人员要花费大量时间调试、修改。流道系统的平衡及冷却质量难以保证,无法准确预测模塑制件的翘曲变形、缩痕、成形周期等。将导致产品开发周期延长,工艺不稳定,修模次数多,模具成本上升,原材料浪费明显等1-2。针对传统设计模式的弊病,以羚羊轿车前保险杠为研究对象,运用注塑成形分析软件M oldflow 建立了轿车保险

6、杠的有限元模型,选取2种浇注系统分别进行填充分析、翘曲变形分析。通过对比模拟结果,如填充分析、保压分析、模腔残余应力、气穴及翘曲变化等,确定了浇注系统。1 有限元模型的建立此保险杠外形尺寸为1581m m 547mm 341m m,最大投影面积864807m m 2,制件体积3096.49cm 3,颜色为黑色。制件采用注塑成形,材质为聚丙烯,收缩率为0.012,密度为0.95g/cm 3,制件质量为2.942kg 。此制件要求不得有明显的缩水、凹陷、毛边、熔接痕等缺陷;不得有明显的分型第3卷 第2期 谭安平等:基于M oldflow 的保险杠不同浇注系统比较分析69线(以不刮手为准;不得有顶出

7、白化及中间脱模变形;凹模面不得有拉伤。 将制件3D 数据导入到M oldflow 中进行有限元网格划分。M oldflo w 中有限元网格有3种划分方法:midplane(中性面、fusion(表面、solid3D(实体。第1种为二维网格,第3种为三维网格,第2种介于二维和三维之间3。考虑到大型制件的复杂性,采用midplane 网格分析不准确,采用solid3D 网格则计算机运算量太大,因此选用fusion 网格。采用fusio n 网格划分完毕后再进行网格修补得到保险杠的有限元模型,如图1所示。其网格参数为:网 图1 3点进浇系统和冷却系统的有限元模型F ig.1 Finit e elem

8、ent model o f 3po int s g at e system andco oling sy stem格的三角形数量为51444,节点数量为25658,自由边与非重叠边全部为零,网格匹配率为85.6%,三角形最大纵横比为6.5,最小纵横比为1.05,满足流动分析、翘曲分析及冷却分析对网格的要求。Mo ldflow 中的Best Gate Laction(最佳浇口位置是用于分析最佳浇口位置区域的分析模块。由于此模块只适于单点进浇的中小型制件,结合以往设计保险杠经验拟定3点进浇和6点进浇的方案,然后进行比较,选择好的方案。为了更好地比较与分析,2种方案的流道直径均为8mm ,进浇口直径

9、为3mm 。另外,由于保险杠属于大型制件,其冷却系统比较复杂,考虑到型芯较高,选用了直孔隔板式冷却回路。2种方案建立的有限元模型如图1和图2所示。2 分析及比较2种方案同材质同工艺:在Mo ldflow 材质库中选取保险杠的材质为PP,牌号为LG Chemical 图2 6点进浇系统和冷却系统的有限元模型F ig.2 F inite element model of 6points g ate sy stem andcoo ling systemLupo l T E 5007B 。模具温度设置为50 ,熔体温度设置为230 ,其它为默认设置。分别进行有限元分析以后,得到以下几个方面的分析结果。

10、2.1 填充过程M oldflow 可以模拟塑料在注射成形中填充过程的瞬时填充状态。表1和表2分别是3点进浇和6点进浇的填充过程(v 表示填充,p 表示保压,v/p 表示二者切换点。表1 3点进浇的填充过程Table 1 Fill course of 3p oin ts gate system 时间/s 填充百分比/%注射压力/M P a 锁模力/t 流动速率/(cm 3 s -1 精密成形工程 2011年3月70表2 6点进浇的填充过程 10047.1961248.3充满 由填充过程可以看出,3点进浇填充时间为5.13s,6点进浇时间为4.92s,填充时间相差仅0.21s,6点进浇填充时间稍

11、短。这是由于分流道增加,主流道分出更多的料流,压力损失小,填充性更好,填充时间相应减少。由于浇注系统为热流道系统,6浇口的热流道系统比3浇口的热流道系统多出3路分流管和3个热喷嘴,温控器和加热线圈也相应复杂。此外,6点进浇系统相应凹模的设计和加工都要复杂,因此6点进浇系统在成形周期上比3点进浇系统略少,成本却要增加很多。2.2 气穴3点和6点进浇的气穴比较如图3所示。可以看出,3浇口系统产生的气穴更多,即6浇口系统的排气效果好。这里气穴位置的模拟并不是说实际生产中一定有气穴产生。M oldflo w 中主要是考虑料流的汇集情况,要解决排气必须在模具设计中设计排气系统,如在分型面增加排气槽,增加

12、顶杆与动模之间的间隙等5。2.3 溶接痕熔接痕是由模具不同位置浇口处流出的熔融塑料汇聚时形成的交接痕迹。熔接痕的形成原因是由于各浇口流出的熔料经过形状复杂的型腔到达汇聚图3 3点和6点进浇系统气穴比较F ig.3 Compariso n of air t raps between 3po ints g ate system and 6points g ate system处时,或同一浇口流经制件上的孔洞后2股料流它们各自的温度、压力、速度不完全一致而产生的1。熔接痕的排气一定要好,排气好熔接痕不明显,不明显的熔接痕或熔接痕不在制件表面是允许的。由图图4 3点和6点进浇系统溶接痕比较F ig.4

13、 Compariso n of w eld lines between 3po ints gatesystem and 6po ints gate system4可以看到:6浇口比3浇口料流多,熔接痕较易形成。可以看出6浇口在保险杠左右各有一处很明显第3卷 第2期 谭安平等:基于M oldflow 的保险杠不同浇注系统比较分析71的熔接痕,且在制件的表面显眼处,不符合要求。 2.4 冷却和翘曲变形注塑模冷却系统设计的好坏是模具设计成功与否的一个关键因素,它直接影响塑件的质量和生产效率。在注塑成形过程中,塑料制品在型腔中的冷却时间要占整个成形周期的70%80%,而且冷却的速度和均匀性直接影响制品

14、的性能。M oldflow 的冷却系统可以预测出冷却时间,型腔表面、冷却水及制件的温度分布,冷却制件的最高温度、最低温度及变形翘曲程度4,其中翘曲变形最为重要也难于掌握。翘曲变形的主要原因是冷却水管布置不合理或不均匀、流动不平衡、分子取向不一致等造成收缩大小不同所致,主要原因是冷却系统。翘曲变形的比较如图5所示。可以看出,3浇口系统与6浇口冷却系统之下的翘曲变形分别是15.19mm 和15.45mm 。2.5 其它重要分析结果其他的重要分析比较结果见表3。图5 3点和6点进浇系统翘曲变形比较F ig.5 Compariso n of deflect ion betw een 3po int s

15、 gatesystem and 6po ints gate sy stem表3 其他重要分析比较结果Tab le 3 The other k ey analysis and comparison results填充最大锁模力/t填充时间/s 最大注射压力/M P a 体积温度/ 最大剪切应力/M P a 最大剪切速率/(s -11044.74.92358.9241.40.30385591724.349.080.1270.0152.6 2种方案分析比较对比3点进浇与6点进浇的模拟结果如下所述。1从填充性来说,采取3点进浇方案填充时间比6点纯热流道进浇略多,注塑最大压力、所需要的最大锁模力略大,但

16、是从热流道的成本来说,3点进浇系统有很大优势。 2对于产品质量而言,采取3点进浇方案的模腔内翘曲变形、残余应力较小,产品引起龟裂的可能性也会降低。33点进浇方案熔接痕不明显,位置避开了保险杠外观的位置。6点纯热流道进浇熔接痕明显,位置处于影响保险杠外观的位置,不利于产品的质量。3 模具设计比较结果表明:3点进浇方案优于6点进浇方案,因此模具以3点进浇方案进行设计。模具浇注系统及凸凹模的3维设计UG 档如图6和图7所示。图6 模具设计采用3点进浇系统F ig.6 M o ld desig n with 3points gate sy st em精密成形工程 2011年3月72图7 凸凹模设计Fi

17、g.7 T he desig n of cor e and cav ity4 结语在模具设计之前对塑料制件进行不同CAE浇注系统分析比较,这可以有效地预测不同浇注系统的填充情况,对模具设计起到了有效的指导作用。 从填充分析、保压分析、模腔残余应力、气穴及翘曲变化对保险杠的2种浇注系统等进行了对比分析,并结合热流道成本得出了3点进浇方案较好。当然,有时候2种方案并不能得到最优化的结果,这就需要比较3种、4种乃至更多的方案,譬如点进浇与扇形浇口结合,点进浇采取顺序打开各个热喷嘴等。多种方案比较就会得到某个最佳的方案。参考文献:1 黄虹.塑料成形加工与模具M.北京:化学工业出版社,2004:118-

18、132.2 唐志玉.大型注塑模具设计技术原理与应用M.北京:化学工业出版社,2004:38-61.3 单岩.M oldflow模具分析技术基础M.北京:清华大学出版社,2004:118-127.4 余卫东.M oldflow技术在注塑成形中的应用J.软件世界,2006(3:57-58.5 花杏华.大型塑件注射模结构设计中的几个要点J.模具制造,2004(4:37-38.(上接第42页1利用三维实体建模软件建立机架模型,并导入有限元分析软件ANSYS中,根据有限元的分析结果对压力机机架的结构进行改进,提高了设计效率。2机架经过静态有限元分析,得到应力分布与位移分布。通过对机架部分结构进行改进,既减轻了机架的质量,又满足其强度要求,可获得比较明显的经济效益。3动力学模态分析中计算出机架各阶固有振动频率与振型,改进后机架的固有频率远大于设备的工作频率,不会产