基于Moldflow的塑料电镀件开裂原因及解决措施.docx

模具 CAD/CAM基 于开Moldflow 的 塑 料裂 原 因 及 解 决张克龙电 镀 件措 施（上海汽车集团股份有限公司 技术中心，上海201804）摘要：以某汽车标牌底座为例，介绍了塑料电镀件在环境交变试验后开裂的原因及解决措施，通过运用Moldflow 软件分析电镀件开裂的原因，对原注射成型工艺进行了优化，最后生产出质量合格的塑料电 镀件。关键词：Moldflow；标牌底座；电镀件；开裂；注射成型中图分类号：TG76；O242.21文献标识码：B文章编号：1001-2168（2014）11-0013-04Moldflow-based analysis of cracking cause ofplastic galvanizing piece and solutionsZHANG Ke-long(Technical Center, SAIC Motor, Shanghai 201804, China)Abstract: Take an automobile label pedestal as a research object, the cracking plastic electroplating part after environmental cycling test was stated and the were proposed. After analysis on the cracking reason by using Moldflow software, nal injection moulding process was optimized.cause ofsolutions the origiKey words: Moldflow; label pedestal; electroplating part; cracking; injection moulding1引言当前，人们对汽车内、外饰塑件的结构设计和 外观质量要求越来越高。尤其是广泛运用在内、外 饰塑件上的塑料电镀件不能有任何瑕疵，因为电镀 工艺会放大瑕疵。在没有出现塑件成型模拟软件 之前，塑件的成型缺陷只能凭借经验预测。Mold- flow 是一款在汽车内、外饰塑件成型过程分析中运 用广泛的 CAE 软件，以下采用 Moldflow 软件优化 塑件注射成型工艺参数和塑件结构。图 1 塑料电镀件成型塑件的模具为 1 模 1 腔二板模结构，使用寿命达 30 万模次。模具三维图如图 2 所示，模具结 构简单，塑件脱模斜度较大，不需布置抽芯机构，冷 流道浇口布置在塑件中间。2塑料电镀件和模具结构图 1 所示塑料电镀件为某汽车标牌底座，材料为 ABS，外形尺寸 66 mm66 mm132 mm，壁厚 2 mm， 表面要求电镀。由于塑件中间表面被标牌覆盖，为 不可见面，可布置浇口；四周凸起部分为可见面。收稿日期：2014-07-07。作者简介：张克龙（1978-），男（汉族），安徽寿县人，工程师，主要 研究方向：汽车模具。3塑料电镀件开裂现象模具设计、制造完成后，连续进行了多次试模， 在试模过程中，注射熔体、冷却、推出塑件和取出塑 件都比较顺利，塑件未出现任何拉伤、开裂等缺陷。 14 模具工业 2014 年第 40 卷第 11 期 （a）模具整体结构（b）动 模图 2 模具三维图（c）定 模首先把试模后未电镀的塑件放到检具上测量，基本上每个尺寸都合格。通过三坐标测量仪检测， 塑件各个面的轮廓度也都合格。接着对每次试模的塑件电镀后进行环境交变 试验，试验时间为 50 个周期，每个周期 12 h，包括如 下阶段：40 min 常温阶段，温度 23 ，30%相对湿 度；90 min 冷却阶段，温度由 23 降至-35 ，30% 相对湿度；60 min 低温阶段，温度-35 ，30%相对 湿度；80 min 升温阶段，温度升至 50 ，80%相对 湿度；120 min 次高温阶段，温度 50，80%相对湿 度；30 min 升温阶段，温度升至 80 ，30%相对湿 度；240 min 高温阶段，温度 80 ，30%相对湿度；60 min 冷却阶段，温度23 ，30%相对湿度。 经环境交变试验，发现每个塑料电镀件出现不同程度的开裂，包括塑件本体和电镀层，开裂位置 主要在塑料电镀件的中心面上，开裂的塑料电镀件 如图3 所示。经分析，塑料电镀件的生产过程分为 3 个阶段：塑件注射成型阶段；塑件应力释放阶段；电 镀阶段。经检查，塑件注射成型阶段和电镀阶段并 无问题。在塑件应力释放阶段，将塑件放在室温静 置 72 h，或在 70 烘箱内烘烤 4 h 后，把塑件浸入冰 醋酸溶液内 2 min，发现塑件少部分区域出现开裂， 大部分区域发白，说明塑件内的残留应力很大，在 环境交变试验中会释放残留应力从而导致塑件及 其电镀层开裂。冰醋酸试验后的塑件如图4 所示。（a）常温静置 72 h（b）70 烘烤 4 h图 4 冰醋酸试验后的塑件图 3 开裂的塑料电镀件4塑料电镀件开裂的原因及解决措施为解决塑料电镀件开裂问题，采用 Moldflow 软 模具工业 2014 年第 40 卷第 11 期 15 件对塑件成型过程中的熔体流动、保压、冷却和变形进行分析。为此设计如下方案：（1）把填充和保压工艺设置成自动，Moldflow 默认的保压压力是最高注射压力的 80%。图 5 所示 为保压工艺设置，图 6 所示为注射和保压过程压力 随时间变化的曲线。图 7 所示为第一主方向上的型 腔内残留应力，显示了塑件推出前在分子取向方向 上的应力。从图 7 可以看出，塑件中心面上的残留 应力分布没有发生突变，比较均匀（在 18 MPa 左 右）。图 7 第一主方向上的型腔内残留应力件中心面上的残留应力数值超过 50 MPa，而塑件周边的残留应力只有 18 MPa 左右。残留应力是正值， 表明此处是收缩应力。经分析，塑件残留应力大的 区域与试模塑件的开裂区域一致。图 5 保压工艺设置图 8 试模时的保压工艺设置图 6 注射和保压过程压力随时间变化曲线（2）采用试模时的注射成型工艺。将试模中采用的工艺参数输入到 Moldflow 软件内进行分析模 拟，其中保压压力被设置成 55 MPa，而自动工艺条 件下的保压压力约 30 MPa，二者相差很大。图 8 所 示为试模时的保压工艺设置，图 9 所示为在此保压 工艺条件下的第一主方向上的型腔内残留应力。 从图 9 可以看出，塑件中心面上的残留应力分布明 显不均匀，塑件周边的应力分布较均匀。此外，塑图 9 第一主方向上的型腔内残留应力从前面 2 个工艺方案可以看出，残留应力是引 16 模具工业 2014 年第 40 卷第 11 期 起塑件电镀试验中开裂最主要的原因。由于实际流道的压力损失和模拟分析结果有一定误差，为使 塑件表面不产生明显的缩痕，采用 Moldflow 软件对 工艺进行了优化，把保压压力从自动工艺条件下的 约 30 MPa，提高到 35 MPa，保压时间设置为 10 s。 优化后的保压工艺设置如图 10 所示，优化后的第一 主方向上型腔内残留应力如图11 所示。缺陷。将塑件释放应力后进行电镀，经多次环境交变试验，塑料电镀件质量全部合格，无一出现开 裂。试验合格的塑料电镀件如图12 所示。图 12 试验合格的塑料电镀件5结束语对于需要电镀的塑件注射成型，需要保证塑件 内的残留应力分布均匀。在试模前，采用 Moldflow 软件对塑件注射成型进行分析模拟，可防止第一主 方向上的型腔内残留应力分布不均、数值过大或出 现负值，为优化塑件结构设计和外观质量提供参 考，同时为后期的试模提供合理的工艺。图 10 优化后的保压工艺设置参考文献：1徐 静,孟 兵,杨明华.Moldflow 在改善汽车轮罩熔接线 质量中的应用J.模具工业,2014,40(6):26-29.2曹 渡.汽车内外饰设计与实战M.北京:机械工业出版 社,2011:160-209.3傅 建,姜勇道,赵国平.Moldflow 设计指南M.成都:四川 大学出版社,2010:23-49.4李欣棚,陈亚辉,张 杰.基于 CAE 的纯平显示器面板注 射模设计J.模具工业,2014,40(3):40-44.5李 昆.基于 Moldflow 的汽车水箱盖注射成型工艺参数 优化设计J.模具工业,2012,38(10):24-27.6权 非,曹阳根,张 锋,等.基于 Moldflow 的 PC 细长管件 注射模型芯变形研究J.模具工业,2014,40(7):12-16.图 11 优化后的第一主方向上型腔内残留应力从图 11 可以看出，塑件中心面上的残留应力分布均匀（在 18 MPa 左右），残留应力没有发生突变。 根据优化后的保压工艺在注塑机上注射成型塑件， 发现