基于moldflow的中央接線盒翹曲變形優(yōu)化

基于moldflow的中央接線盒翹曲變形優(yōu)化

在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，中央接線盒是連接電源和信號(hào)傳輸?shù)暮诵?。本?shí)驗(yàn)以某中央接線盒為例，分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，并通過Moldflow建立網(wǎng)格模型和流道系統(tǒng)。設(shè)計(jì)五因素四水平的正交試驗(yàn)，通過仿真計(jì)算分析工藝參數(shù)對(duì)最大翹曲變形量的影響，得出該中央接線盒最大翹曲變形量的最優(yōu)工藝參數(shù)。1塑料分析1.1中央接線盒厚度分布圖1為某中央接線盒三維結(jié)構(gòu)，從圖1可以看出，接線盒長(zhǎng)度為176mm，寬度為160mm，高度為24mm，整體呈半封閉盒狀結(jié)構(gòu)，由周邊多個(gè)卡扣進(jìn)行固定。內(nèi)部存在系列加強(qiáng)筋，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度。中央接線盒主要對(duì)內(nèi)部電器元件起保護(hù)作用，對(duì)其整體尺寸和形狀要求較高，通常注塑成型的制件最大翹曲變形量不超過1.2mm。圖2為該中央接線盒厚度分布，從圖2可以看出，其主要壁面厚度為1.8mm，整個(gè)平面上厚度分布相同，利于料流穩(wěn)定填充和收縮均勻一致。主要加強(qiáng)筋厚度為1.5mm，相對(duì)平面厚度較低，有助于減輕縮痕。安裝卡扣附件的厚度達(dá)到2.0mm以上，增強(qiáng)卡扣連接區(qū)域的強(qiáng)度，防止安裝時(shí)發(fā)生斷裂。1.2材料的pvt曲線和黏度曲線玻纖增強(qiáng)PP-GF20由于具有較好的剛強(qiáng)度、易成型、較好的阻燃性能，較低的價(jià)格以及易回收利用，常用于電子電器的外殼件，表1為PP-GF20注塑成型推薦工藝及力學(xué)性能。圖3為該材料的PVT曲線和黏度曲線。PVT曲線是材料的本質(zhì)屬性，不會(huì)隨成型條件而改變。材料在注塑成型過程中經(jīng)歷的熔膠-填充-保壓-冷卻-頂出等階段都與PVT曲線密切相關(guān)，影響成品的質(zhì)量。從圖3可以看出，該材料在相同溫度下的比容隨壓力的降低而增長(zhǎng)，125℃以下，隨著溫度的增加比容幾乎呈線性增長(zhǎng)。黏度曲線表征材料在不同溫度條件下剪切變稀特性，影響其在螺桿中的加熱塑化以及模具中的快速填充過程。該材料在不同溫度下的黏度隨剪切速率的增加呈線性降低，表明剪切速率對(duì)該材料的黏度影響較大。1.3moldearth網(wǎng)格檢測(cè)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征，采用雙層面網(wǎng)格類型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。較小的縱橫比和較高的匹配率有利于提升Moldflow分析計(jì)算精度，表2為經(jīng)過質(zhì)量修復(fù)后的網(wǎng)格質(zhì)量指標(biāo)，網(wǎng)格質(zhì)量滿足工程計(jì)算的要求。圖4為中央接線盒的雙面網(wǎng)格模型，網(wǎng)格無重疊、交叉單元、自由邊等缺陷，可正常進(jìn)行模流分析計(jì)算。1.4進(jìn)膠系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)產(chǎn)品大小和材料流動(dòng)性，采用單點(diǎn)熱流道系統(tǒng)進(jìn)行填充。為保證填充過程平衡，將澆口位置放置于產(chǎn)品中部。圖5為進(jìn)膠系統(tǒng)。圖6為冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。產(chǎn)品正面采用三條水路，背面采用5條水路。在產(chǎn)品中部的熱澆口附近設(shè)置圓形水路，以加強(qiáng)此區(qū)域的冷卻。對(duì)于接線盒內(nèi)部對(duì)尺寸要求較高的區(qū)域，水路與產(chǎn)品背面距離較小，以加強(qiáng)冷卻效果。冷卻水道為直徑Φ=8mm，采用常溫水作為冷卻介質(zhì)，回路雷諾數(shù)默認(rèn)為10000。1.5中央接線盒的設(shè)計(jì)采用“填充+保壓+翹曲”分析序列對(duì)中央接線盒注塑成型過程進(jìn)行模擬。初始分析采用默認(rèn)的工藝參數(shù)，其中熔體溫度選擇推薦范圍的平均值230℃，模具溫度選擇推薦范圍的平均值40℃，保壓壓力設(shè)置為32MPa，注射時(shí)間設(shè)置為1.1s,V/P切換體積設(shè)置為99%。圖7為中央接線盒所有效應(yīng)的變形及Z方向的分量。從圖7可以看出，所有效應(yīng)下的最大翹曲變形量為1.627mm，位于產(chǎn)品中部，且產(chǎn)品邊緣翹曲變形也較大。Z方向最大翹曲變形量為1.164mm，使產(chǎn)品整體呈拱形。Z方向最大翹曲變形量與所有效應(yīng)的最大翹曲變形量接近，故產(chǎn)品主要以Z方向翹曲變形為主。所有效應(yīng)的最大翹曲變形量大于設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的1.2mm，需要進(jìn)行優(yōu)化。2工藝參數(shù)對(duì)中央接線盒最大翹曲變形量的影響翹曲變形與注塑成型過程中的工藝參數(shù)密切相關(guān)，根據(jù)文獻(xiàn)表4為正交試驗(yàn)結(jié)果。從表4可以看出，第14組參數(shù)組合的最大翹曲變形量值最大，為1.869mm，第15組參數(shù)組合的最大翹曲變形量值最小，為1.165mm。正交試驗(yàn)中不同工藝參數(shù)下最大翹曲變形量差異較大，說明工藝參數(shù)組合對(duì)最大翹曲變形量影響較大。正交試驗(yàn)中存在滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的試驗(yàn)序列，故正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)合理。通過極差得到各工藝參數(shù)對(duì)最大翹曲變形量的影響程度依次為：保壓壓力>模具溫度>注射時(shí)間>熔體溫度>v/p切換體積。圖8為最大翹曲變形隨不同工藝參數(shù)水平變化的曲線。從圖8可以看出，當(dāng)工藝參數(shù)組合為A各組工藝參數(shù)組合下又進(jìn)行一次重復(fù)試驗(yàn)，并進(jìn)行誤差及方差分析，表5為方差分析結(jié)果。從表5可以看出，誤差的平均偏差平方和明顯小于各工藝參數(shù)的平均偏差平方和，說明誤差的影響相對(duì)較小，試驗(yàn)結(jié)果具有可信度。各工藝參數(shù)對(duì)中央接線盒最大翹曲變形量的影響程為：保壓壓力>模具溫度>注射時(shí)間>熔體溫度>v/p切換體積，驗(yàn)證極差分析的結(jié)論。保壓壓力C和模具溫度B的F值大于F3充填模擬結(jié)果基于最優(yōu)工藝參數(shù)進(jìn)行中央接線盒的Moldflow分析，計(jì)算得到翹曲變形分布結(jié)果。圖9為優(yōu)化工藝下翹曲變形量結(jié)果。從圖9可以看出，所有效應(yīng)下的最大翹曲變形量為0.9927mm，與初始工藝參數(shù)下的最大翹曲變形量相比降低39.0%，并且小于正交試驗(yàn)表的最小值，驗(yàn)證優(yōu)化工藝參數(shù)對(duì)于最大翹曲變形量的優(yōu)化效果。圖10為優(yōu)化工藝下的模擬結(jié)果。從圖10可以看出，充填過程順暢，無缺膠及明顯的滯留現(xiàn)象。填充過程中料流動(dòng)前沿溫度在215.6～218.4℃之間，最大溫度與最小溫度相差小于3℃，產(chǎn)生溫差線和色差的可能性較小。主要外觀區(qū)域不存在明顯熔接線，氣穴主要分布于加強(qiáng)筋末端，外觀較好。填充過程注射壓力變化穩(wěn)定，最大注射壓力為40.41MPa，保壓壓力為32.33MPa，壓力較小有利于降低產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力。產(chǎn)品最大縮痕估算為0.0627mm，位于產(chǎn)品邊緣，主要外觀面縮痕估算小于0.01mm，產(chǎn)生縮痕的可能性較低，外觀可以接受。圖11為產(chǎn)品狀態(tài)穩(wěn)定后的實(shí)際試模樣品，從圖11可以看出，注塑樣品無缺膠、銀絲、氣痕等外觀缺陷，尺寸測(cè)試合格，可以正常安裝，符合生產(chǎn)要求。4工藝參數(shù)優(yōu)化后的