【汽车电器插座注塑工艺中流道的优化设计分析案例4300字】

汽车电器插座注塑工艺中流道的优化设计分析案例1.1浇注流道的优化（Optimizationofpouringrunner）1.1.1浇口的选择原则浇口又叫进料口，是连接分流道与型腔的通道。它有两个功能：一是对塑料熔体流入型腔起着控制作用；另一个是当注射压力撤销后封锁型腔，使型腔中尚未固化的塑料不会倒流。常向的浇口形式有直接浇口，侧浇口，点式浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。浇口的位置选择原则：浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时，应考虑以下几点：1.浇口应设在能使型腔各个角落同时充满的位置；2.注入型腔的塑料，在注塑过程的各个阶段都应保持统一而稳定的流动速度；3.浇口应设置在制品较厚的部位，使熔体从厚断面流入薄断面，以利于补料，保充冲模完全；4.浇口位置的选择，应使塑料充模流程最短，以减少压力损失；1.浇口的位置应选择在有利于排除型腔中气体的部位；6.浇口不宜使熔料直冲入型腔，否则会产生旋流，在塑件上留下旋形的痕迹特别是窄的浇口更易出现这种缺陷；7.应考虑可能出現熔接痕、气泡、凹陷、射胶不足和喷料等情况；8.浇口的位置应选择在能避免制品表面产生融合纹的部位，当无法避免融合纹的产生时，浇口位置的选择应考虑到融合纹产生的部位是否合适；9.浇口位置的选择应防止在塑料表面上产生拼缝线；10.浇口的设置应避免引起溶体断裂的现象；11.当产品投影面积较大时，避免单面开设浇口，以防注射受力不均；12.浇口应设置在不影响制品外观的位置；13.不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的位置设置浇口；14.带有细长的型芯的注塑模额浇口位置，应当离成型芯较远，不使成型芯受料流冲而变形；11.应尽量使除水口操作容易进行，最好是自动操作。浇口主要分为以下几种类型：点浇口：点浇口是一种截面尺寸特小的圆形浇口。特点是浇口位置限制小;去除浇口后残留痕迹小，不影响塑件外观;开模时浇口可自动拉断，有利于自动化操作浇口附件补料造成的应力小。但压力损失大，模具必须采用三板模结构，模具结构复杂，并且要有顺序分模机构，也可应用于无流道的两板模具结构。潜伏式浇口：潜伏式浇口是由点浇口演变而来，其分流道开设在分型面上，浇口潜入分型面下面，沿斜向进入型腔，潜伏式浇口除了具有点浇口的特点外，其进料浇口一般都在塑件的内表面或侧面隐蔽处，因此不影响塑件外观，塑件和流道分别设置推出机构，开模时浇口即被自动切断，流道凝料自动脱落。侧浇口：侧浇口又叫边缘浇口，一般开设在分型面上，从型腔(塑件)外侧面进料(如图5所示)。侧浇口是典型的矩形截面浇口，能方便的调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间，因而也称之为标准浇口。侧浇口的特点是浇口截面形状简单，加工方便，能对浇口尺寸进行精密加工;浇口位置选择灵活，以便改善充模状况;不必从注塑机上卸模就能进行修正;去除浇口方便，痕迹小。侧浇口特别适用于两板式多腔模具。但是塑件容易形成熔接痕、锁孔、凹陷等缺陷，注塑压力损失大、对于壳体形塑件排气不良。1.1.2用Moldflow对浇口进行分析优化注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。本模型原定的浇口方案为侧浇口，交口选择在分型面上。如下图所示。图1.1优化前浇口位置Fig.1.1Optimizethefrontgatelocation运用Moldflow分析工具对该模型下的填充时间、达到顶出温度时间、平均速度、压力、壁上剪切应力、流动前沿速度等因素进行分析，其相关模拟分析结果为：充填时间（b）达到顶出温度时间（c）平均速度（d）压力（e）壁上剪切应力（f）流动前沿速度（g）气穴（h）熔接痕图1.2优化前分析结果Fig.1.2Analyzetheresultsbeforeoptimization对浇口位置进行优化，变侧浇口为点浇口，在产品顶面进浇注。其模型如下图所示。图1.3优化后浇口位置Fig.1.3Optimizedpostgatelocation其相关分析结果如下。充填时间（b）达到顶出温度时间（c）平均速度（d）压力（e）壁上剪切应力（f）流动前沿速度（g）气穴（h）熔接痕图1.4优化后分析结果Fig.1.4Analyzetheresultsafteroptimization对比数据可知，浇口优化后和优化前分析结果对比，填充时间更短、填充速度更快、产生的气穴和熔接痕更少、达到顶出温度时间更短、压力更小，更加符合设计和实际生产要求。相关数据对比如下表所示。表1.1浇口优化前、优化后相关数据对比Table1.1Comparisonofrelevantdatabeforeandaftergateoptimization优化前优化后填充时间（s)0.31590.3138达到顶出温度时间（s）19.5719.06平均速度（cm/s）1041.11447.3压力（MPa)18.6517.79壁上剪切应力(MPa)0.97630.9986流动前沿速度(cm/s)7488.515611气穴较多较少熔接痕较多较少以下是优化之后的注射可行区域、%射出重量：XY图和注射位置压力：XY图。可以看出模型注射均匀、注射压力变化比较缓和、整体区域可注射。注射可行区域（b）%射出重量：XY图（c）注射位置压力：XY图图1.5优化后分析结果Fig.1.5Analyzetheresultsafteroptimization1..2冷却流道的设计与优化（Designandoptimizationofcoolingchannel）在注射模中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不相同。一般注射到模具内的塑料粉体的温度为左右，熔体固化成为塑件后，从60℃左右的模具中脱模。温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走。1.2.1冷却流道的设计原则循环水冷却法是模具冷却的通常方式。冷却系统中最重要的是控制温度均匀，因为温度不均匀会导致塑料件具备冷却温度不一样，形成密度和质量偏差，所以通常对模具设计有以下方面的要求：（1）具在设计冷却水流出孔数量时，应增加孔数，流出孔的直径调节加大。模具的型腔与冷却水流速有直接关系，冷却水孔数量、直径与孔间距成反比例关系，对型腔表面温度调节均匀。（2）冷却水孔的设计要与型腔表面形成适宜的距离，一般设计范围在12-15mm之间。孔距太近，表面冷却不均匀；孔距太远，冷却时间长效率低。（3）输送塑料粉和冷却水的速率应当保持一定的时间差，有助于对浇口出进行高质量成型效果。塑料粉成型过程是把塑料溶体浇注到型腔中，控制浇口温度，保持溶体能匀速进入到型腔末端，然后冷却水匀速注入到浇口附近，使冷却水与料流的方向一致，冷却效果最好。（4）冷却水的入水温度和出水温度不可差异过大。水温差异过大，会使得模具的冷却温度不均匀。水的温度和流速影响制品的冷却速度，这需要对水流通道进行合理设置，改变排列方式，从而控制差异度。（5）水孔的排列方式要尽可能沿着型腔的形状排列，这能够按照塑料件的形状特点进行冷却，塑料件的形状差异也会影响水道内的排布情况。（6）冷却水道要便于改变设置方式和排列方式，因为加工工艺的不同，所以钻孔的工艺要相对简单。1.2.2冷却流道的设计优化冷却流道有几个重要的指标，包括回路冷却液温度、回路流动速率、回路雷诺数、回路管壁温度、最高温度（塑件）、平均温度（塑件）、最高温度位置（塑件）、回路压力等，通过分析几个重要指标的变化，可以对流道进行优化。回路冷却液温度：回路冷却液温度表示冷却液流经某一位置时的流动速率。常规情况是回路冷却液温度升高值不会大于3℃。（2）回路流动速率：冷却回路的流动速度。（3）回路雷诺数：回路雷诺数可以表示流道内的流动情况，一般要大于4000，可以持续产生紊流，有较好的冷却效果，理性状态为10000。（4）回路管壁温度：回路管壁温度与冷却液入口温度不能相差太大，一般不大于5℃。（5）最高温度（塑件）：塑件的最高温度。（6）平均温度（塑件）：塑件平均温度。最高温度位置（塑件）：塑件的最高温度位置，一般分布在塑件内表面以及部分边缘位置。回路压力：冷却系统首尾的回路压力差。优化前采用的冷却系统为一个回形流道和两个直行流道组成，如图所示。图1.6优化前冷却系统回路Fig.1.6Optimizethepre-coolingsystemloop冷却回路的分析结果：（a）回路冷却液温度（b）回路冷却液温度（c）回路雷诺数（d）回路管壁温度（e）最高温度（f）平均温度(g)最高温度位置(h)回路压力图1.7优化前结果Fig.1.7Pre-optimizationresult运用Moldflow软件中提供的冷却系统创建工具对冷却系统进行优化，创建两个回形流道组成的冷却系统。如图所示。图1.8优化前冷却系统回路Fig.1.8Optimizedcoolingsystemloop优化后冷却回路的分析结果：（a）回路冷却液温度（b）回路冷却液温度（c）回路雷诺数（d）回路管壁温度（e）最高温度（f）平均温度(g)最高温度位置(h)回路压力图1.9优化后结果Fig.1.9Optimizedresult对比数据可知，方案二（优化后）、方案一（优化前）冷却系统回路流动速度、最高温度、平均温度、最高温度位置大致相同，但回流冷却液温差、回路管壁温差、回路压力温差相比，优化后要比优化前数值小，更符合设计要求。。相关数据对比如表4.1所示。表1.2方案一、二相关数据对比Table1.2Comparisonofrelevantdataofscheme1and2方案一（优化前）方案二（优化后）回路冷却液温度（温差℃)0.630.57回路流动速度（lit/min）2.542.54回路雷诺数1090310000回路管壁温度（温差℃)3.51.79最高温度(℃)146.5146.5平均温度(℃)111.0111.1最高温度位置塑件内表面塑件内表面回路压力（压差KPa）11.287610.8576采取最佳工艺参数及流道优化后的模流分析结果（1）充填时间从下图中可以看出本模型的充填时间为0.5230s。图1.10充填时间Fig.1.10Fillingtime（2）流动前沿处的温度熔体前沿温度通常指的是熔体在型腔当中进行每一位置中间流温度的填充，其显示的指标是截面中心截面，那么合理的温度分布应该是大致相同，温度差相对偏小，通常情况下最大值在20℃以下。此处温度差为19.4℃，较为合理。如下图所示。图1.11流动前沿处的温度Fig.1.11Temperatureattheflowfront（3）注射位置处压力：XY图注射点位置曲线所展示的是注射位置压力在注射、保压以及冷却等环节可能出现的压力改变。通过分析图4.13容易发现：速度/压力切换点钱，所对应的压力大小是52.25MPa。当达到速度/压力切换点时，压力降低到了42.10MPa，然后在10s左右降低到0。通过分析计算发现：保压曲线执行良好，而且从结果中可见充填压力90MPa在合理的范围内。图1.12速度/压力转化时的压力Fig.1.12Thepressureofthevelocity/pressureconversion图1.13注射位置处压力：XY图Fig.1.13Pressureatinjectionsite:XYplot（4）顶出时的体积收缩率顶出时体积收缩率能够反映塑件保压以及冷却当中出现的收缩率改变，根据要求，整个塑件的收缩率应该均匀。而如下图所示的结果，塑件顶出时的体积收缩率为7.356%，在4%～10%之间，分布很均匀。图1.14顶出时的体积收缩率Fig.1.14Volumeshrinkageatejection（5）冻结层因子冻结层因子分析能够展示模型与浇口冷凝层因为时间变化而发生的改变，进而获得浇口所对应的冻结时间，能够作为保压时间修改的重要参考。本模型浇口冻结的时间是