电池盖注射模模流分析与工艺优化

　　摘要：提出应用MPI首先进行电池盖注射模模流分析前处理；分析前处理包含项目创建及模型导入、 模型的网格划分、 网格缺陷修改、 最佳浇口位置分析、 一模多腔的布局、 浇注系统的建立、 冷却系统的建立、 工艺过程参数设置等；对模拟的结果进行流动和冷却分析。再采用建立新的冷却系统和浇注系统，及减少注射成型时间进行优化分析。结论：电池盖外观质量明显改善，生产效率提高。

　　Moldflow Plastics Insight 简称为MPI，是Moldflow中动态系列的升级产品，MPI是专业模流软件，可以模拟热塑性塑料注射成型过程中的填充、保压和冷却过程，预测产品的质量，并能输出量化的过程参数、曲线和图表。可以对注塑模具进行深入的分析和优化，MPI可以对制件材料的选择、确定合理的浇口设置 、流道设计、冷却水道设计及加工参数设置进行优化，从而获得高质量的产品[1-2]。

　　1.应用MPI对电池盖注射模模流分析

　　电池盖注射模模流分析过程主要由分析前处理、分析计算、结果分析及处理三个部分。

　　1.1分析前处理

　　进行电池盖注射模分析前首先要进行分析前处理，分析前处理包括：项目创建及模型导入、 模型的网格划分、 网格缺陷修改、 最佳浇口位置分析、 一模多腔的布局、 浇注系统的建立、 冷却系统的建立、 工艺过程参数的设置等。

　　项目创建及模型导入后，进行网格的划分如图1，要保证分析的精度。网格的边长一般是产品最小壁厚的1.5到2倍之间，而本产品的最小壁厚为1 mm,因此网格边长可取为2mm。网格划分后，电池盖的网格划分图如图2所示。

　　在MPI中，系统自动生成的网格可能存在或多或少的缺陷，网格的缺陷不仅可能对计算结果的正确性和准确性产生影响，而且在一些网格缺陷比较严重的情况下，会导致计算中途出错，根本无法进行。在网格修改前，先对其进行网格状态统计，再根据统计结果对现有网格缺陷进行修改。对于fusion模型，统计的网格信息必须满足以下原则：Connectivity regions(联通域)的个数应该为l; Free edges(自由边)和Non-manifold edges(非交叠边)个数应该为0;Elements not oriented(未定向的单元)应该为0;Element intersections(交叉单元)个数应该为0;Fully overlapping elements(完全重叠单元)个数应该为0;Aspect ratio(单元纵横比)数值视具体情况而定，一般最大值应控制在10～20之间;Match ratio(网格匹配率)应大于85%，Zero area triangle elements(零面积单元)个数为0[3]。选择网格状态统计命令，得到电池盖fusion模型的网格统计结果，如图3，由图可知网格的缺陷只是单元纵横比太大，应进行修改。由2mm网格边长产生的网格匹配率是94.5%大于85%的基本要求，网格边长的选取是正确的。单元纵横比一般最大值就控制在10到20之间，因此在网格纵横比工具中在MINIMUM文本框中填入20(令最大纵横比不超过20)，纵横比大于20的网格显示出来，如图4所示，共有6个单元的纵横比大于20。

　　利用网格工具进行修改，在选定要修改的单元后，确定单元的所在。有些单元是很小的，要进行放大，不然就无法进行修改，修改纵横比常用的方法:一般是合并、插入、移动节点等，也可以删除单元(一般是那些重叠三角形)下图5这个三角形就用合并节点，这个三角形很小而且也很长因此合并两个小边的点后对整体影响不大。经过合并修改后结果如图6。合并后较大的纵横比消失周边没有不良影响，还有5个的纵横比就跟这些差不多，分别使用到合并、插入等手段进行修改。

　　修改完后再次进行网格统计结果如图7，发现单元纵横比最大只有16.49合要求，而且没有对其他方面发生影响。

　　最佳浇口位置分析主要包括5个部分内容：分析类型的设定，材料选择，工艺过程参数的设定，分析计算，结果分析。

　　在项目管理窗口(Project View)中完成Gate Location(最佳浇口位置)分析的设置。材料选用GE(USA)公司的ABS材料，其牌号为Cycoloy C2950。设定注射温度为2750C、模具温度为700C。设定最大注射压力和最大锁模力。设置完成后就可分析。输出的分析结果会以文字和图形2种形式输出，最佳浇口位置在节点637，如图8显示最佳浇口位置在蓝色区域。

　　通过测量工件尺寸为72*45*1相对较小，所以我就采用一模四腔的布局。找出坐标原点的位置并以此为基准，调整开模方向，一般来说开模的方向是在Z轴上的，调整原来的工件位置，使工件以模具型腔的俯视图面向我们便于以后的分析，采用型腔复制向导命令进行型腔的布置，根据最佳浇口的确定位置，选取工件中心位置作为工件的入胶口;根据上面的工件上的四点分别用到点创建命令中的偏移、两点中心等命令创建浇注系统的各点。所有的点创建后就如图9所示。

图9 一模四腔与点创建

　　所有的点创建后就可创建主流道、分流道。由于材料是ABS，根据采用塑料的分流道直径是4.8到9.5mm之间，可采用直径5mm，主流道以这个为基准取上下直径为4mm和6mm.设定过程如图10所示。图11为建立浇注系统与连通性的检查。

图10流道参数设定

　　利用连通性connectivity Diagnostic来检验整个浇注统的连通性，确定进料位置为N4687。

图11浇注系统

　　冷却系统的建立，由于整个模的布局设想和工件的厚度不大只有1mm，因此水道我就选用8mm直径，其中心离工件大约为2到3个直径的的距离，因此我选取20 mm.其中冷却液体参数选取默认。工艺过程参数采取默认，等分析完后根据相关的不足再改参数。#p#分页标题#e#

图12 冷却系统

　　1.2结果分析及处理

　　分析前处理完成后，执行分析命令，分析计算由系统自动完成，由屏幕输出分析结果。

　　1.2.1流动分析

　　从输出的结果图13中显示填充时间为0.6003s,没有欠注现象。由图14显示型腔内压力分布主要在50MPa附近。

　　图15显示保压从1.51S开始到10.55S结束，用了9s时间保压。由图16可知整个冷却过程要30秒。

　　图17中熔接痕在于经常受力的位置，容易断裂。这需要作出更改。由于流道没有设计冷料穴而导致熔接痕出现，在实际生产中应适当设计冷料穴或者是浇注系统的不合理、冷却系统安排不合理等因素造成。图18中紫色的是气穴，他们都位于分型面和侧抽芯上，实际上都可以排气，不会对工件造成影响。

　　1.2.2冷却分析

　　图19为冷却进出口状况，冷却液的最高温度25.16℃, 冷却液的最底温度25℃, 温差只有0.16 ℃符合制件生产要求。图20所示顶出温度最高只有53.21 ℃在实际生产中是完全可以接受。

　　图21显示电池盖制件翘曲综合分析，总体最大变形量：0.2445mm，X方向最大变形量：0.1839mm，Y方向最大变形量：0.1362mm，Z方向最大变形量：0.1243mm。总体来说变形没有超过0.5mm,还符合工件的要求。

图21变形量

　　由上分析可知制件的熔接痕所在的地方将影响制件的质量，需要改善。更改浇注系统和冷却系统。整个制件过程要40秒，对实际生产来说生产率低了点，需要改正。更改设备参数，令整个过程为20秒。

　　2 电池盖注射工艺优化分析

　　修改整个制件过程(注射、保压、冷却)时间更改为20秒。如图22。建立新浇注系统和新冷却系统，再进行模拟分析，得到如下结果。

图22修正过程时间

　　由图23可知制件充满所用的时间0.91秒与设定的0.8秒相差不多可以接受，最大的保压力为167.28MPA在原设定的180MPA的范围内且相差不大。整个生产周期控制在20秒内达到原定要求，如图24。

　　图25中可见此时的熔接痕都不在常受力的位置，对制件的影响不大，有改善。由图26中可见制件顶出温度大约为45左右，温度比原来下降30%。

　　图27中的气穴都在分型面上能够排出气体。

图27优化后气穴位置

　　由图28可见优化后的总体最大变形量：0.0795mm，X方向最大变形量：0.0748mm，Y方向最大变形量：0.0659mm，Z方向最大变形量：0.0386mm。翘曲变形不大可以接受，而且比原来明显减小，最大变形量减小67.5%, X方向最大变形量减小59.3%, Y方向最大变形量减小51.6%, Z方向最大变形量减小68.9%。

图28优化后的翘曲变形

　　3 结论

　　重新建立浇注系统和冷却系统，电池盖制件熔接痕、翘曲变形量等外观质量明显改善;生产的周期也缩短到20秒完成制件的出模，有利于提高生产率。通过应用MPI对电池盖注射模的模流分析，在模拟状态下，以获得更好的制件质量与更高的生产效率，来确定注射的工艺与模具结构，达到优化设计的目的,以指导实践生产。

　　参考文献

　　[1] 曾亚森，梁飞华，莫才颂等. 基于MPI的注塑模分析前处理及优化设计的实现[J].茂名学院学报，2006，16(4)：51-55.

　　[2] 曾亚森，罗宇玲. 用MPI分析注射成型工艺确定浇口设置[J].模具工业，2006，32(12)：10-13.

　　[3] 王刚，单岩.MOLDFIOW模具分析应用实例[M].北京，清华大学出版社，2005.