基于Moldflow的汽车盒体件注塑模具设计

基于 Moldflow的汽车盒体件注塑模具设计

杨鹏

深圳市凯中精密技术股份有限公司广东深圳 518000

摘要：注射成型是获得各种形状、尺寸、精度塑料件的重要途径。在传统注塑模具设计中，模具设计人员一般依靠以往经验设计。然而，塑件注射成型是一个复杂过程，根据以往经验设计的模具往往会无法确定一些产品问题及缺陷位置。模具设计制造完成后，仍需对模具进行不断试模和修模，以保证塑件质量，这降低了生产效率，增加了生产成本。基于此，本文对基于Moldflow的汽车盒体件注塑模具设计进行了论述。

关键词：Moldflow；汽车盒体件；注塑模具设计

一、Moldflow概述

Moldflow软件是美国MOLDFLOW公司产品，该公司自1976年发行了世界上第一套塑料注塑成型流动分析软件以来，一直主导塑料成型CAE软件市场。它是CAE分析软件的一种，是通过计算机数值模拟方法结合有限元分析方法来求解塑胶熔体在模腔内流动、保压、冷却过程中各个物理量的变化，从而得到塑胶熔体的温度场、压力场、速度场的分布，进而预测填充、保压、冷却过程中潜在的各种问题。Moldflow在塑胶模具行业的作用：①缩短开发周期；②减少试验模具的制作费用；③减少试模费用；④预先回避量产时可能出现的问题；⑤降低总体成本。

二、塑件工艺

图1所示塑件为汽车盒体件，由ABS制成，总质量为35g，其中浇注系统为8g，长宽为116mm×100mm，平均壁厚2.0mm，最大壁厚2.3mm。塑件内外表面的粗糙度为Ra1.6 m，表面无飞边、银丝、缺料、焊痕、变形等缺陷。塑件一侧设有腰孔，滑块可用于抽芯脱模；左右两侧卡勾采用斜推杆抽芯机构脱模。为方便塑件取出，避免取出时塑件的表面损伤，塑件分型面边缘及主要外观面的脱模斜度设为3.0°，滑块及斜推机构的脱模斜度设为1.0°。为避免塑件应力集中产生裂痕，在塑件连接处进行圆角过渡处理。为保证塑件的外观质量，采用三板潜伏式浇口进料。

图1 塑件结构及浇注系统

三、基于Moldflow的塑件模流

1、浇注系统设计。浇注系统用于将熔融塑料注入到模具型腔中，并将注射压力传递到塑件各部位，以形成适合不同需求的塑件。浇注系统由四部分组成：冷料穴、进料口、流道、浇口。模具设计有两个潜伏式浇口，使塑件脱模时浇口自动脱离，有效提高塑件生产效率。

2、工艺条件设置。塑件成型相关工艺条件：①材料供应商为LG Chemical；②材料为ABS HF380；③注射时间1.055s；④最大注入压力120 MPa；⑤模具温度60℃-80℃；⑥熔体温度235℃；⑦注射压力37.96 MPa；⑧锁模力20t。

3、熔体流动。塑件外观面不允许有进料痕迹，且外观面需咬花处理，因此只能采用潜伏进料方案。考虑到塑件前侧需使用滑块抽芯，无法从该侧进料，采用左右两侧各一个潜伏浇口进料的熔体流动方案，确保塑件成型完整可靠。通过Moldflow熔体流动分析，工艺人员能直观看到填充时间、注射压力、熔体前沿温度、气穴和熔接痕位置等，从而找到塑件缺陷原因，通过不断调整浇口位置和流道尺寸，制定塑料熔体流动平衡方案。通过Moldflow分析，我们可以确认熔接痕及气穴的位置，可通过增加模具温度及在对应气穴位置处设计排气镶件来解决塑件的熔接痕及困气的问题。而其他位置熔接痕不影响塑件质量；通过斜推杆、推杆与滑块间的配合间隙及在分型面上设置的排气槽，可消除塑件气穴现象。

四、模具结构设计

1、分型面选择。分型面是注射模动模及定模模面的接触面，分型面的选择与塑件结构有关。在选择分型面时，必须充分考虑其是否影响塑件的外观和其他注意事项，以避免因分型面的选择不当而影响其成型质量。

2、脱模机构设计。为便于塑件脱模，塑件下端面设计斜推杆、推杆、推管以推出塑件。整个脱模机构由复位弹簧及复位杆复位，由斜导柱、滑块、复位弹簧对塑件进行侧抽芯及复位。

3、冷却系统设计。根据型芯和型腔结构特点及模具其他零件分布情况，设计模具冷却水道。为避免冷却水道与相关模具零件间的干涉，冷却水道直径设为410mm，在进出口接口处设铜质冷却水嘴。该冷却系统既能避免与模具零件的干涉，又能起到良好的冷却效果。

4、模具结构设计。模具采用三板模结构，外形尺寸为350mm×350mm×391mm。模具活动件必须定位准确，运动平稳，无歪斜、卡滞现象，模具的固定件不得相对窜动。HTF-240t注塑机是根据锁模力大于胀型力原则，并考虑到模具厚度及其允许开模距离来选择的。

五、模具的选材及热处理

设计模具时，模具的选材非常重要，若选材不当，将严重影响模具的使用寿命。因此，模具设计人员需根据模具制造工艺合理选材。选材后，还要制定合理的模具热处理方案，因热处理不当也会影响模具使用寿命，从而增加企业生产成本。根据热处理工艺要求，预留热处理变形余量，开粗加工后在进行热处理。这样大大的减少了整块料热处理后的加工量及加工周期，节约加工设备刀具损耗。

六、模具装配要求

塑件成型精度与模具装配质量有很大关系，为使塑件成型精度满足要求，模具装配要求为：

1、在注塑机上安装模具时，模具分型面应闭合良好，分型面与安装平面或支撑面平行度偏差在250mm长度内应小于0.02mm；模具成型镶块和浇口系统零件的分型面应高于模板分型面，但不得高于0.1mm。

2、导柱硬度58-62HRC配合青铜加石墨的导套，装配后轴线与模板平面垂直度偏差在250mm长度内应小于0.03mm。

3、模具各活动零部件装配后，在室温下用手施力时，要求运作灵活，无卡阻现象。

4、推杆在成型面以上的高度不得超过0.1mm，推管应以与定模接触分型面为准，允许低于分型面，但不得超过0.05mm。

5、顶针板变形应在0.05mm内，导套与顶针板单边间隙应为0.02mm，两者滑动顺畅。

6、模具流道转接处应平滑，拼接处应密合，脱模斜度≥6°，表面粗糙度≤Ra0.4 m。

七、模具的进料技术

模具采用两点潜伏进料，模穴数为1，成型机台HTF-120，型腔表面处理咬花MTll020，实际成型周期29～30s。塑件成型后，操作者从模具中取出塑件，修剪进料浇口，检验合格后放入包装箱即可。

八、结论

综上所述，基于Moldflow的汽车盒体件注塑模具设计，能解决汽车盒体件的尺寸精度。设置正确的产品缩水率、确定困气位置，在模具设计增加排气零件改善困气问题、及表面熔接线问题，避免了后期无法改善或重新开模带来的成本和时间上的损失，设计工程师需根据产品的要求，选择合理的分型线位置，尽可能的控制在装配后不可见的区域，特别是滑块及斜推结构的分型线位置。合理优化模具选材和热处理，能增加模具结构强度和模具的使用寿命，从而降低企业生产成本。

参考文献：

[1]闵志宇.基于Moldflow的复杂塑件模具优化设计[J].塑料工业，2015(06)．

[2]邓国基.基于Moldflow的汽车装饰件优化设计[J].模具工业，2015(03)．

[3]程美.基于Moldflow的汽车盒体件注塑模具设计[J].中国塑料，2016(02)．