1、后门拉手面板模具优化设计案例后门拉手面板模具优化设计案例后门拉手面板分析报告分析概述 该模具一模成型2个制品，材料为改性BASF PA6 B3GM35，材料含40%的玻纤和矿物粉末。在本次分析中，由于制品和模具的设计已经固定，我们只能优化成型工艺条件，这在一定程度上限制了产品质量问题特别是翘曲变形和制品生产周期方面的问题解决。由于我们不知道制品烤漆时的工艺条件，所以没有分析具体的后变形量值。我们采用MPI/FLOW、MPI/COOL、MPI/WARP、MPI/MIDPLANE、MPI/FUSION、MPI/FIBER、MPI/STRESS来检查制品的质量，得到优化的成型工艺，减小了制品的翘曲变
2、形和残余应力，缩短了生产周期。制品材料剪切速率黏度曲线BASF ULTRAMID B3GM35(PA6+40%GM)1.热传导系数 0.1300 W/m/degC2.比热 2763.0 J/kg/degC3.推荐注射温度 280.0 degC4.推荐模具温度 60.0 degC5.顶出温度 200.0 deg.C6.不流动温度 220.0 deg.C 7.许可剪切应力 0.50Mpa8.许可剪切速率 60,000 1/s PVT曲线原始方案浇注系统 该模具一模成型2个制品，采用热流道系统。浇口尺寸如图所示。10mm 3mm冷却系统 如图所示为该模具的冷却系统，冷却管道直径均为10mm。从图中可
3、以看出动定模两侧冷却水道与制品表面距离相差较大，而且四个厚壁表面未采取特殊冷却措施。由于尺寸较多，未能一一标示。成型工艺条件 分析所用的注塑机的螺杆直径60mm。注：冷却时间为从保压结束开始计算的时间。融体温度280模具温度60注射段螺杆位置速度曲线保压段压力时间曲线位置（mm)速度（mm/s）压力（Mpa）时间（s）68090868602060冷却油温度602040冷却油速度24L/Min1040冷却时间60s（注）分析结果：填充情况（一）图中从红色到兰色表示填充的先后次序。评估填充情况质量的标准主要有两个：一是流动是否平衡，二是各个参数是否超过材料的许可值。本方案的填充不均匀，箭头所指左侧
4、比右侧先充满。这将引起制品左侧部分过保压，导致收缩不均匀。这是制品导致翘曲变形的三个原因之一。分析结果：填充情况（二）评估填充是否平衡还要看熔体在型腔中的前进速度是否均匀，均匀的前进速度保证制品各个部分所受的剪切速率一致，从而有均匀的的分子取向，减小由于分子取向所导致的变形。这可以从图中等值线的间距来加以判断。本方案的熔体在型腔中前进的速度不均匀。这是由螺杆前进位置-速度曲线所决定的。分析结果：熔接痕 图中红色线条表示熔接痕。图中将填充温度与熔接痕结果迭加在一起，通过查看熔接痕形成时的温度的温差，可以判断熔接痕的质量。图示箭头所指处的熔接痕由于形成时温差小，质量将较好。图中红色表示气穴。如果气
5、穴产生的位置有自然排气措施，将不会产生困气；如果排气不良，容易产生烧焦等现象，而且会有表面花纹。箭头所指处气穴将不易排除。分析结果：气穴 如图所示为制品剪切应力分布情况。如果剪切应力超过了材料许可值（可以在材料数据库中查到），制品表面质量将较差。同时，如果剪切应力被冻结在制品中，形成残余应力，将引起制品后变形，甚至后开裂。本方案中，只有少许部位的剪切应力超过了许可值（0.50Mpa)。可以通过增加制品壁厚和减小注射速度来降低剪切应力。分析结果：剪切应力 左图所示为制品剪切速率分布情况。如果剪切速率超过材料的许可值，将会引起熔体破裂和降解现象，导致制品出现银纹、分层、表面凸凹不平等表观缺陷。本方
6、案的剪切速率值没有超过材料的许可剪切应力(60,000)。分析结果：剪切速率分析结果：压力分布 图示为型腔充满瞬间的型腔压力分布。从此结果可成型所需注射压力和型腔压力降均匀与否。本方案所需注射压力为52.36Mpa，压力降较均匀，但两侧相差较大。分析结果：浇口冻结时间 通过查看浇口冻结时间可以确定准确的保压时间。如图所示，本方案中浇口在18秒时就已冻结，故保压时间应定为18秒。分析结果：体积收缩率 收缩不均匀是制品出现缩痕和翘曲变形的重要原因之一。在本例中，由于保压压力曲线不合理和制品壁厚不均匀，引起体积收缩率不均匀，其引起的变形量在将在后面给出。分析结果：锁模力 左图为锁模力时间曲线。所需最
7、大锁模力约为405T。分析结果：动定模温差 图示结果为在现有冷却系统和工艺条件下动定模温差。为了使制品得到均匀的冷却，一般情况下，此温差应小于20。本方案的温差在-28.42与56.14之间，制品冷却很不均匀。分析结果：冷却液温度 我们可以通过冷却液的进出口温差来判断冷却效率的高低。通常，此温差应小于3。本方案中，最大温差已超过3，而且定模一侧的冷却水道进出口温差很小，仅有0.32，几乎没起到冷却作用。分析结果：冷却时间 如图所示38.32s时制品的冷冻层分布情况，制品表面最小冻结程度为79.17%。一般地讲，制品冻结到80%，流道冻结到60%时就可以顶出制品。扣除填充时间和冷却时间，实际冷却
8、时间30s就足够了。分析结果：变形情况（一）如图所示为制品相对于图中所示坐标系总的变形量。如果变形量均匀，就只有尺寸的缩小，不会引起翘曲变形。从图中可以看出，制品顶出后变形比较均匀。注：坐标系可以很方便地根 据需要随时任意定义分析结果：变形情况（二）如图所示为制品相对于图中所示坐标系X方向的变形量，最大值为1.007mm。分析结果：变形情况（三）对比由于取向所造成的变形和总的变形，可以看出分子取向和纤维取向是制品变形的主要原因。由于取向所造成的变形总的变形分析结果：残余应力 如图所示为制品顶出以后的残余应力分布。从图中可看出制品内部有较大的残余应力，而且分布不均匀。这是造成制品在喷漆烘干时变形
9、的主要原因。高残余应力区小结 由于前述限制条件，在优化时我们保留了原有的浇注系统和冷却系统，只对成型工艺条件进行了修改。缺陷产品变形产品后变形生产周期长原因 分子和纤维取向不均匀。由于玻纤取向的影响，垂直取向方向和平行取向方向的收缩率不一致。但在设计时没有考虑到这一点。冻结在产品内部的残余应力太大冷却时间过长壁厚部位无特殊冷却措施对策 由于产品结构模具结构和已固定，只能调整成型工艺，降低注射速度，并使熔料在型腔里前进速度均匀，以降低分子取向程度，尽量使纤维取向均匀。降低注射速度，采用合理的保压压力时间曲线，尽量使应力在顶出前得到释放。把冷却时间从60s减少到30s。可以考虑在壁厚部位采用不同模
10、具材料或开设冷却管道。优化方案成型工艺条件 分析所用的注塑机的螺杆直径60mm。注：冷却时间为从保压结束开始计算的时间。融体温度280模具温度60注射段螺杆位置速度曲线保压段压力时间曲线位置（mm)速度（mm/s）压力（Mpa）时间（s）6809006818904631801463353535冷却油温度603515冷却油速度24L/Min1015冷却时间20s（注）分析结果：填充情况（一）优化方案的填充情况与原始方案相似，但延长了注射时间。分析结果：填充情况（二）优化方案的熔体在型腔中的前进速度均匀，均匀的前进速度保证制品各个部分所受的剪切速率一致，从而有均匀的的分子取向，减小由于分子取向所导
11、致的变形。分析结果：体积收缩率 优化方案的体积收缩率比原始方案均匀。但由于制品壁厚差异太大，壁厚部位和壁薄部位的体积收缩率差异仍然很大。分析结果：冷却时间 如图所示为40.3s时制品的冷冻层分布情况，制品表面最小冻结程度为83.33%。可以顶出。分析结果：变形情况（一）如图所示为制品相对于图中所示坐标系总的变形量。优化方案比原始方案变形小1.5mm。分析结果：变形情况（二）如图所示为制品相对于图中所示坐标系X方向的变形量，最大值为0.528mm，比原始方案小0.48mm。分析结果：残余应力 优化方案的残余应力比原始方案小约50%。这将大大减小制品在喷漆烘干时的后变形。小结缺陷产品变形产品后变形
12、生产周期长原始方案 分子和纤维取向不均匀。由于玻纤取向的影响，垂直取向方向和平行取向方向的收缩率不一致。但在设计时没有考虑到这一点。冻结在产品内部的残余应力太大冷却时间过长生产周期长达108s壁厚部位无特殊冷却措施优化方案 总变形量减小了1.5mm，X方向变形量减小了0.48mm。减小了50%的残余应力。生产周期80.5s（填充2.5s+保压18s+冷却20s+开模40s）通过以上分析，我们优化了成型工艺条件，大大地减小了变形量，降低了制品残余应力，缩短了生产周期27.5s。一般地讲，凭设计人员的经验可以确定缺陷产生的原因和修改措施的方向，但很难确定具体的修改值，而只好凭经验修改试模再修改再试模，直到合格。这就延迟了产品上市时间，增加了产品成本（模具成本+生产成本）。而利用CAE技术就可以在计算机上反复修改试模，找到合理的方案后再进行加工，其效益是不言而喻的。
