聚光器注塑成型分析及模具設(shè)計淺議

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【摘要】本文以聚光器為例，在詳細(xì)分析塑件結(jié)構(gòu)、成型材料性能和塑件質(zhì)量基礎(chǔ)上，利用Moldflow對其澆口位置進(jìn)行仿真分析，并對注塑成型中的流動前沿溫度變化和氣穴現(xiàn)象進(jìn)行分析。在模擬分析基礎(chǔ)上，確定本模具采用1模8腔扇形側(cè)澆口進(jìn)膠、單分型面的模具結(jié)構(gòu)，并通過合理設(shè)計模仁鑲件，解決模仁尖角部位難加工、放電成本高及排氣不利的缺陷。經(jīng)生產(chǎn)驗證，該模具結(jié)構(gòu)合理，產(chǎn)品成型完整、注塑質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。

【關(guān)鍵詞】聚光器；澆口；氣穴；Moldflow；兩板模；模仁鑲件

聚光器是組成車燈必不可少的一個零件，尤其是透明材質(zhì)的聚光器在遠(yuǎn)近光車燈中應(yīng)用越來越多，其作用是消除或減弱車燈光形輸出中的雜散光，減少有效光能量輸出的損耗。聚光器通常選用PC（聚碳酸酯）材料，PC具有良好的光學(xué)性能且無色透明，折射率高，很好地滿足聚光器的透明性要求。同時，PC有很高的韌性，耐熱、阻燃和耐沖擊性能好，適于車燈工作時的溫度環(huán)境。但PC的流動性差，不利于注塑成型，因此，本設(shè)計選用光學(xué)級的PCLED2245樹脂作為聚光器成型材料，不僅改善了PC流動性差的缺陷，同時更好地滿足聚光器的透光需求。

1聚光器結(jié)構(gòu)工藝性分析

聚光器是一個結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的不規(guī)則塑件。產(chǎn)品材質(zhì)為PCLED2245，屬于低粘度光學(xué)級塑膠原料，具有良好的流動性能和脫模性能。產(chǎn)品外形尺寸為40.2×17.5×26.5mm，產(chǎn)品上有一個Φ3的圓孔和一個橢圓孔，兩個凸臺特征和一塊花紋，塑件上不存在需通過側(cè)抽芯或斜頂成型的結(jié)構(gòu)特征。聚光器端部的弧形聚光面為外觀面，要求無吸癟、無流痕、無飛邊等缺陷，為保證塑件外觀質(zhì)量，同時考慮模具加工方便和制造成本，應(yīng)合理選擇進(jìn)膠位置，將容易產(chǎn)生氣穴的部位設(shè)計為鑲件結(jié)構(gòu)，這是模具設(shè)計的難點之一。圖1、圖2為聚光器塑件的2D和3D結(jié)構(gòu)。

2聚光器注塑成型分析

制件材料為PCLED2245，熔體溫度范圍280~320℃，絕對最大熔體溫度330℃。工藝參數(shù)如下:熔體溫度為300℃，頂出溫度為130℃，模具表面溫度為100℃。網(wǎng)格劃分結(jié)果：面積32.7374cm2，體積6.89126cm3，最大縱橫比6.39，最小縱橫比1.16，自由邊0，多重邊0，匹配百分比為86.9%。

2.1最佳澆口位置分析

利用Moldflow軟件分析出最佳澆口位置區(qū)域。根據(jù)上述PCLED2245的推薦參數(shù)，設(shè)置熔體溫度為300℃，模具表面溫度為100℃，注塑時間為1s，澆口分析結(jié)果如圖3所示。根據(jù)模流分析結(jié)果，得出適合澆口位置的分布區(qū)域，即聚光器的凸臺側(cè)面及相鄰的弧形聚光面?zhèn)让孑^適合進(jìn)膠，塑件圓角處不適合作為進(jìn)膠位置。結(jié)合該零件的形狀特點及生產(chǎn)設(shè)計經(jīng)驗，厚壁件的澆口應(yīng)設(shè)置在接近厚壁的位置，塑件不易產(chǎn)生缺陷故將最佳澆口位置設(shè)置在塑件靠近中間厚壁邊緣側(cè)如圖4所示。

2.2流動前沿溫度分析

流動前沿處的溫度是塑料熔體充填一個節(jié)點時的中間流溫度。在一個截面內(nèi)熔接線首先形成的地方是截面的中心，因此，如果流動前沿溫度高，熔接線強(qiáng)度通常較高。不同區(qū)域流動前沿溫度有變化，過高的溫度變化會導(dǎo)致零件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力[1]。流動前沿處的溫度分布如圖5所示。如圖5所示，塑膠熔融溫度260℃，料流前鋒溫度為260℃~267.5℃，溫度變化比較平穩(wěn)，說明流動前沿處溫度分布較合理。

2.3氣穴位置分析

塑件的基本壁厚為3.5~18mm，熔體會首先填充更易流動的產(chǎn)品中間較厚區(qū)域，再向兩側(cè)較薄區(qū)域流動，最終形成一個封閉的環(huán)狀空間，殘留在封閉空間的氣體阻滯熔體的彌合，會形成氣穴缺陷。模流分析表明聚光器氣穴的位置分布如圖6所示。如圖6所示，氣穴產(chǎn)生在塑件的B面，可通過降低注射速度、增加注射壓力，提高模具外觀A面的模溫，在B面動模處增加排氣鑲件，使氣體通過動模小鑲件的間隙排出，從而改善氣穴缺陷。

3聚光器模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1模具分型設(shè)計

該產(chǎn)品尺寸為40.2×175×26.5mm，塑件尺寸較小，且產(chǎn)品精度要求不是太高，為提高生產(chǎn)效率，采用一模八穴的型腔布局。塑件整體為階梯式結(jié)構(gòu)特征，考慮采用階梯分型面。為防止產(chǎn)品粘前模，造成脫模困難，需在塑件四周做加膠拔模。為保證兩個孔特征的裝配需求，需做減膠處理，孔位設(shè)置在動模。塑件花紋側(cè)面需加膠做一段0°面，并取消R角，防止花紋處倒扣在動模側(cè)，造成無法脫模。模具分型設(shè)計如圖7所示。

3.2澆注系統(tǒng)設(shè)計

模具采用一模八穴的多型腔結(jié)構(gòu)。由于制件表面不允許直接設(shè)定澆口，故所以采用側(cè)向進(jìn)澆方式[1]。本設(shè)計產(chǎn)品為厚壁件，考慮到壓力和溫度損失，為防止填充不足，采用圓形截面分流道，澆口采用扇形側(cè)澆口進(jìn)澆。澆注系統(tǒng)形式如圖8所示。

3.3主要成型零件設(shè)計

為便于模具裝配，動模和定模均采用嵌入式的整體設(shè)計[2]。產(chǎn)品尖角處為易損部位，故可設(shè)計為鑲件形式，以嵌入方式裝入定模中，鑲件尖角部位易加工且易更換，可降低銅公、放電等制造成本且有利于排氣，并減少氣穴等缺陷的產(chǎn)生，定模及鑲件結(jié)構(gòu)如圖9所示。動模部分有一塊花紋特征，其加工要求較高，需拆成鑲件，方便采用加工中心進(jìn)行加工。另外，動模上兩個凸臺間的間隙過小，整體銑削時鎢鋼刀的鉆頭銑削不完整，而放電加工成本較高。綜合考慮，將動模部分拆出三個小鑲件，采用鑲嵌式型芯，這種結(jié)構(gòu)加工效率高，且裝拆方便。同時也針對注塑成型分析中此處易產(chǎn)生氣穴缺陷的問題，利用鑲件形式增加排氣作用。動模及鑲件結(jié)構(gòu)如圖10所示。

4模具結(jié)構(gòu)

聚光器注塑模具為一模八穴的兩板模結(jié)構(gòu)，采用側(cè)澆口形式。為減少熱量合壓力損失，防止填充不足，采用圓形截面分流道和扇形澆口形式，使熔體進(jìn)入型腔后在塑件整個寬度方向上均衡分布。為便于模仁加工，改善注塑排氣，提高模具壽命，產(chǎn)品尖角易損部位和花紋部分特征的模仁采用鑲件結(jié)構(gòu)。為防止推桿轉(zhuǎn)動，保證推出精度，本設(shè)計采用帶肩推桿結(jié)構(gòu)。模具裝配結(jié)構(gòu)如圖11所示。

5結(jié)論

（1）以Moldflow軟件為工具，對聚光器進(jìn)行了注塑成型分析。通過數(shù)值模擬驗證了最佳澆口位置，分布合理的料流前鋒溫度和較好的氣穴缺陷控制，為降低企業(yè)模具開發(fā)成本提供了有益的技術(shù)支持。（2）結(jié)合塑件結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計了1模8腔扇形側(cè)澆口進(jìn)膠，單分型面的模具結(jié)構(gòu)；通過合理設(shè)計公、母模鑲件，降低模仁加工中銅公、放電等制造成本且有利于排氣，并減少氣穴等缺陷的產(chǎn)生，為同類產(chǎn)品的模具設(shè)計提供了有益的參考。

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作者:許春龍 單位:蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院