海尔空调:基于Moldflow仿真分析的格栅注射模设计
来源: | 作者:王月(青岛海尔空调器有限总公司) | 发布时间: 2022-08-10 | 807 次浏览 | 分享到:

图1所示为某风机盘的2个相似中盖格栅,最大外形尺寸为200.3 mm×164.2 mm×58.7 mm,材料为ABS,无任何纤维填充物,采用1模4腔注射成型,2个格栅塑件在栅格数量及料厚上存在差异,型腔布局实际为2+2。

图1 

中盖格栅

1 成型工艺分析

塑件特点及技术要求:①内侧卡(倒)扣多,单个塑件有6个,属于装配结构,精度要求高;②塑件格栅、筋条结构密布,格栅厚度较薄,成型及脱模困难,注射时存在缺料及粘模的风险;③塑件格栅筋位高度较高,注射时容易粘模具零件;④塑件外观面质量要求高,部分区域需要皮纹处理,外观面不能有浇口痕,不允许存在凸起、凹陷、缩印、困气、烧焦、飞边等缺陷;⑤为控制成本,避免材料浪费,需要控制冷凝料体积。

模具采用1模4腔结构,结合塑件尺寸、质量要求、生产批量等因素,如采用普通流道进料,浪费材料且流道长,成型的塑件会有缺料、收缩等风险,难以保证塑件的成型质量。塑件外观面不允许有浇口痕,浇口不能直接设置在待成型塑件的表面,最终采用热流道转普通流道的进料方式,热流道尺寸为φ18 mm,热喷嘴直径为φ6 mm,普通流道尺寸根据不同方案予以设定。

2 浇注系统方案确定

进料方式确定为热流道转普通流道后,考虑待成型塑件允许设计浇口的面及模具结构的可行性,普通流道浇口类型只能选择侧浇口或潜伏式浇口,为此提出5种浇注方案,如图2所示。通过CAE仿真分析,对比5种方案的优劣,确定最终的浇注系统。浇注方案:①侧壁1个侧浇口进料,浇口尺寸 φ6 mm×1.2 mm,流道尺寸φ9 mm×7 mm×7 mm;②侧壁2个侧浇口进料,浇口尺寸φ6 mm×1 mm,流道尺寸φ9 mm×7 mm×7 mm;③侧壁4个侧浇口进料,浇口尺寸φ5 mm×1 mm,流道尺寸φ9 mm×7 mm×7 mm;④侧壁6个侧浇口进料,浇口尺寸φ4 mm× 1 mm,流道尺寸φ9 mm×7 mm×7 mm;⑤中间筋条潜伏式进料,浇口尺寸φ4 mm×1 mm,流道尺寸φ8 mm×6 mm×6 mm。

图2 浇注方案

通过Moldflow软件对以上5种浇注方案进行CAE仿真分析,从充填平衡性、注射压力合理性、熔接线可行性、流动前沿温度合理性、体积收缩率均匀性、冷凝料体积量等6个方面进行对比,确定最终的浇注系统。

(1)充填平衡性如图3所示,方案1、2存在流动不平衡的问题,无法保证各型腔均匀充填熔体,方案3~5熔体能同时到达流动末端,较为合理。

图3 充填平衡性

(2)最大注射压力如图4所示,方案1、2的最大注射压力均较大,超过70 MPa,方案3~5最大注射压力均为60 MPa左右,较大的注射压力会引起较大的残余应力,因此方案3~5更合理。

图4 最大注射压力

(3)熔接线如图5所示。塑件为格栅结构,各个区域厚度存在一定差异,因此无论是何种浇注方案,都会有多条熔接线产生。但塑件颜色为白色,在外观面的熔接线痕迹较小,可以忽略其对塑件外观的影响,但需要注意的是熔接线对成型塑件结构强度的影响,需避免熔接线出现在受力区域。格栅在装配和日常使用拆装中,两侧壁是受力区域,需要确保其强度。根据图5所示,方案1、2、5熔接线均出现在两侧侧壁,对结构强度影响较大,方案3、4熔接线出现在栅格位置,对整体结构强度影响较小,方案3、4更为合理。

图5 熔接线

(4)流动前沿温度如图6所示,在待成型塑件表面,方案1、2、5在流动末端温度降低均较大,超过5 ℃,会发生滞流。方案3、4温度降低较小,最大差值小于3 ℃,在材料流动的合理范围内。

图6 流动前沿温度

(5)体积收缩率如图7所示,方案1、2表面最大收缩率差值较大,超过3%,外观面会有收缩痕。方案3~5表面最大收缩差值较小。

图7 体积收缩率

(6)对比5种浇注方案的冷凝料体积,方案4冷凝料体积最大,材料浪费较多,方案1、2、3、5所产生的冷凝料体积相对较小,从成本及废料方面考虑,方案4较差。

根据以上各个参数的汇总对比,方案3在确保型腔充填、保证塑件成型质量、控制材料成本等各方面均较优,最终确定采用方案3的浇注方式。



3 模具结构设计

3.1 推出系统设计

塑件成型时易粘模具零件,尤其是卡扣、螺钉柱以及格栅筋条位置,因此在这些位置需设置平衡的推出机构,确保成型塑件能顺利脱模。在成型塑件螺钉柱位置设置推管机构,通过二次推出,避免该位置粘模具零件。在成型塑件中间的筋条位置,设置扁推杆,其厚度单边小于筋条厚度0.1 mm,规避筋条粘模具零件的风险。此外在两侧壁布置直推机构,实现塑件的整体推出,确保成型塑件的推出平衡,推出系统设计如图8所示。

图8 

推出系统

3.2 冷却系统设计

根据冷却系统设计原则以及塑件的结构特点,设计图9所示的冷却系统,共有8条冷却水路,型芯与型腔板各4条,水路直径为φ10 mm,以保证冷却液充分的流动速率。此外结合塑件脱模方向,为使冷却水路距离成型塑件表面的尺寸一致,保证成型塑件的均匀冷却,水路沿待成型塑件边缘呈曲线布置,实现适应塑件及形状特点的网状水路结构。

图9 

冷却系统

3.3 模具结构

模具结构如图10所示,在实际注射生产过程中,熔融的塑料经过注塑机喷嘴进入模具热流道,经热流道10、热喷嘴11的持续加热后进入型腔,经过充填、保压、冷却后塑件13成型。当成型塑件达到推出温度时,定模板12与动模板5通过注塑机滑块分开,随后经注塑机顶杆、推板9、推杆固定板8、推出机构组件等作用将塑件13推出,即完成其注射过程,随后合模进入下一个注射周期。

图10

模具结构

1.定模座板 2.热流道板 3.定模镶件 4.水管接头 5.动模板 6.支撑柱 7.推杆 8.推杆固定板 9.推板 10.热流道 11.热喷嘴 12.定模板 13.塑件 14.锁紧块 15.动模镶件 16.斜推导向块 17.垫块 18.斜推块 19.定位块 20.动模座板