以常見的塑膠產(chǎn)品外殼為研究對象，應(yīng)用SOLIDWORKS Plastics對產(chǎn)品的注塑成型過程進行仿真。在產(chǎn)品開發(fā)前期對產(chǎn)品進行澆口位置、數(shù)量、成型壓力、填充時間、冷卻時間、冷卻水路排布及翹曲進行預(yù)測，同時評估產(chǎn)品熔合線、包封等缺陷，從而減少試模次數(shù)，縮短開發(fā)周期，進而降低成本。

一 引言

塑膠由于其重量輕，強度高，價格低而被廣泛地應(yīng)用在家電、儀器儀表、電線電纜、建筑器材、通訊電子、航天航空、日用、玩具及汽車等行業(yè)。但是由于涉及到高分子材料性能，成型工藝，模具設(shè)計及注塑機等多方面的原因，在實際的注塑成型中經(jīng)常會出現(xiàn)一些缺陷，如短射，縮痕，燒焦及飛邊等。大多數(shù)的工程師會根據(jù)經(jīng)驗去設(shè)計產(chǎn)品或模具，經(jīng)常要經(jīng)過多次的試模，修模才能滿足注塑成型的需求，這樣會造成了開發(fā)周期長和成本過高的問題。因此，我們可以利用CAE的技術(shù)，模擬整個注塑的整個過程以及預(yù)測成型后產(chǎn)品的缺陷。本文以SOLIDWORKS Plastics對某產(chǎn)品外殼進行模擬分析，并根據(jù)分析結(jié)果進行優(yōu)化。

二 SOLIDWORKS Plastics注塑模擬

SOLIDWORKS Plastics是一款基于SOLIDWORKS平臺的模流分析軟件。它可以模擬塑料制品在注塑成型過程中的流動，保壓和冷卻過程，預(yù)測產(chǎn)品的殘余應(yīng)力分布、纖維的排向、收縮和翹曲變形等，幫助設(shè)計人員及早發(fā)現(xiàn)問題，減少試模及修模次數(shù)，幫助我們縮短產(chǎn)品的上市周期，提高市場競爭能力。其分析流程如圖1。

圖1 分析流程

2.1 3D 模型

圖2 3D模型

圖2 所示為某產(chǎn)品的外殼3D模型，采SOLIDWORKS建立模型，無需數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，可以直接切換到SOLIDWORKS Plastics進行模流分析。產(chǎn)品要求外觀光滑，設(shè)計澆注系統(tǒng)，確定合理的注塑成型條件。

2.2 網(wǎng)格及材料

SOLIDWORKS Plastics根據(jù)用戶輸入的網(wǎng)格尺寸自動劃分網(wǎng)格，支持局部網(wǎng)格加密。一般在幾何變化較大的地方需要做網(wǎng)格細化處理。另外，SOLIDWORKS Plastics內(nèi)置大概有5000多種材料可供我們選擇，同時支持自定義。產(chǎn)品采用的材料為ABS。

圖3 網(wǎng)格模型

2.3 澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計

SOLIDWORKS Plastics可以根據(jù)流動的平衡自動選擇澆口的位置跟數(shù)量。綜合產(chǎn)品外觀要求，暫時采用設(shè)計如圖澆道，澆口位置位于澆道上端的位置。另外考慮產(chǎn)品的冷卻系統(tǒng)如圖。只需要在SOLIDWORKS中繪制草圖線就可以定義冷卻水路及澆道。

圖4 冷卻水路及澆道

2.4 流動分析結(jié)果

流動分析用來預(yù)測制產(chǎn)品在特定的塑料材料以及相關(guān)注塑成型參數(shù)下的填充行為。填充分析結(jié)果主要用于查看產(chǎn)品的填充行為是否合理、填充是否平衡、能否完成對制件的完全填充等。用戶可以根據(jù)動態(tài)的填充結(jié)果來查看填充階段的熔體流動行為，判斷填充流動行為是否合理。

通過分析結(jié)果，可以知道最大的注塑壓力44.10Mpa，一般情況下最大壓力應(yīng)不超過注塑機壓力極限的80%，若果分析部包含澆注系統(tǒng)，最大壓力則不能超出注塑機壓力極限的59%。同時要求壓力分布均勻，如圖5。從圖中可以知道壓力分布并不均勻，這是由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與進澆位置決定的。另外，填充時間為1s。最大鎖模力29.17T，填充完成最高溫度244.48℃。包封出現(xiàn)在如圖5 所示的位置，如果包封的位置不在分型面上，則需要在該包封位置設(shè)計排氣。熔合線則出現(xiàn)在側(cè)面，需要盡量保證熔合線不出先在受力位置上和影響外觀。

圖5 填充結(jié)束時模穴壓力

2.5 冷卻結(jié)果及優(yōu)化

冷卻分析參數(shù)主要有塑件和模具的溫度、模具熱通量、冷卻結(jié)束時產(chǎn)品溫度及冷卻時間等。通過冷卻分析結(jié)果判斷產(chǎn)品冷卻效果，所需的冷卻時間，確定成型周期。如圖6所示，冷卻時間為10.34s，冷卻結(jié)束時產(chǎn)品溫度最高溫度為69.44℃，最低位56.20℃，冷卻效果較差。我們可以將冷卻水路進行優(yōu)化，將冷卻水路貼近產(chǎn)品。優(yōu)化后冷卻時間降低到9.04s，模面溫度降低到60攝氏度。優(yōu)化后的結(jié)果如圖7所示。

2.6 翹曲分析

翹曲分析是基于冷卻分析過程，對產(chǎn)品成型后可能出現(xiàn)的變形以及形狀尺寸等進行分析，便于對成型過程進行優(yōu)化。從結(jié)果可知，總的變形量為0.71mm，如圖8所示?？傋冃斡蓛刹糠謽?gòu)成，分別是材料本身熱脹冷縮導致的收縮變形和不同區(qū)域收縮不均或材料分子取向不平衡導致的翹曲變形。通過SOLIDWORKS Plastics分析，可以預(yù)測產(chǎn)品變形，為設(shè)計方案提供參考，從而減少試模次數(shù)。

圖8 翹曲結(jié)果

三 總結(jié)

應(yīng)用CAE的分析工具SOLIDWORKS Plastics對注塑成型的整個過程進行模擬分析，可以在模具設(shè)計的前期對注塑成型的結(jié)果進行預(yù)測并進行方案優(yōu)化，避免實際生成過程出現(xiàn)的一些缺陷，減少試模的次數(shù)，縮短開發(fā)周期，降低成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力。