流動(dòng)模擬技術(shù)在洗衣機(jī)面板模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用芻議

苗文標(biāo)

（合肥榮事達(dá)三洋電器股份有限公司，安徽 合肥 230088）

流動(dòng)模擬技術(shù)在洗衣機(jī)面板模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用芻議

苗文標(biāo)

（合肥榮事達(dá)三洋電器股份有限公司，安徽 合肥 230088）

現(xiàn)今，企業(yè)只有提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本才能在激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中得以生存發(fā)展。在模具設(shè)計(jì)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助軟件及有限元分析技術(shù)，以提升產(chǎn)品開發(fā)效率已是必然趨勢(shì)。對(duì)此，本文將淺析在洗衣機(jī)面板模具設(shè)計(jì)過程中，如何運(yùn)用流動(dòng)模擬技術(shù)。

流動(dòng)模擬技術(shù)；CAE；模具設(shè)計(jì)

現(xiàn)今，企業(yè)只有提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本才能在激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中得以生存發(fā)展。在注射工藝模具設(shè)計(jì)階段，有很多問題都需要根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，而基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)模型開發(fā)的CAE系統(tǒng)，是發(fā)現(xiàn)這些問題的關(guān)鍵，只有發(fā)現(xiàn)問題才能解決問題。而運(yùn)用CAE系統(tǒng)也使得原本在試模階段才能發(fā)現(xiàn)的問題，現(xiàn)今在設(shè)計(jì)階段便能發(fā)現(xiàn)并予以解除，同時(shí)結(jié)合注射工藝對(duì)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化模擬，從而獲取最優(yōu)注射方案，這是傳統(tǒng)辦法所不能及的。對(duì)此，本文將結(jié)合滾筒式洗衣機(jī)面板模具設(shè)計(jì)，淺析流動(dòng)模擬技術(shù)的應(yīng)用。

1 設(shè)計(jì)要求和初步方案

該面板模具是利用某類熱塑性樹脂注射成型，是某洗衣機(jī)外置零件的三維模型。零件主體部分及其他部分壁厚分別為2 mm、1mm，同時(shí)為滿足制件外表面較高的質(zhì)量要求，在其成型過程中將較短的熔接線設(shè)在零件表面不起眼的地方，因此，最好只有1個(gè)澆口或盡量最少。壁厚較薄的模具內(nèi)腔分布著數(shù)個(gè)1mm厚的安裝支撐筋，而大量實(shí)踐說明這些內(nèi)腔在注射成型中極易造成裝填不足的現(xiàn)象，但它們又是必要的安裝位置，必須填充達(dá)標(biāo)。所以，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，初步考慮在零件側(cè)面中部安置澆口，以滿足上述需求。

CAD/CAM集成設(shè)計(jì)平臺(tái)選用UG系統(tǒng)，并在此完成模具設(shè)計(jì)、模具型芯（腔）的初步加工工藝以及數(shù)控編程。首先，在UG平臺(tái)中依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三維建模。通過在UG中查詢實(shí)體模型的幾何屬性信息，可以獲取3個(gè)與注射成型相關(guān)的幾何參數(shù)：流程長(zhǎng)=232mm；零件體積=79.4 cm3，投影面積= 275.28 cm2。依據(jù)模具的集合特性，決定初步運(yùn)用單澆口形式，填充過程中熔體流向與制作長(zhǎng)度方向一致，進(jìn)而為科學(xué)的纖維取向提供保障，降低填充不達(dá)標(biāo)造成的不良變形影響。同時(shí)，擇用適宜的注射參數(shù)，利用C_MOLD系統(tǒng)對(duì)澆口位置是否達(dá)到相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)，是否會(huì)出現(xiàn)填充不足的情況進(jìn)行檢查，從而確保設(shè)計(jì)構(gòu)思的合理性。采用P20型模具鋼板作為模具型芯（腔）材料，采用純凈水作為冷卻介質(zhì)，采用Amoco公司進(jìn)口的PP ACCTUF 3550型聚丙烯作為樹脂材料。利用C_MOLD系統(tǒng)查找聚丙烯材料的性能參數(shù)，并獲取不同壓力下聚丙烯材料的等壓（等溫）流程曲線。并基于此發(fā)現(xiàn)，較最大制件流程值（232mm）而言，該類聚丙烯制件具有更高的允注流程值，因此上述構(gòu)思是能夠?qū)嵤┑?。根?jù)相關(guān)參數(shù)并進(jìn)行綜合分析，可以明確該類聚丙烯材料的最優(yōu)工藝參數(shù)：注射時(shí)間2.17s；注射溫度239.97℃；注射壓力31.9MPa；出模溫度、模具溫度分別為93℃、50℃；最大注射壓力為173.5Mpa；注射溫度范圍（200，280）℃。

2 合理性評(píng)估和注射工藝優(yōu)化

在注射工藝中，種種因素都會(huì)制約制件質(zhì)量，而傳統(tǒng)的依靠設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)的方式在現(xiàn)今社會(huì)發(fā)展階段難以滿足社會(huì)需求。因此，需要對(duì)填充結(jié)果利用CAE地量分析方法進(jìn)行反復(fù)模擬設(shè)定，并依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，獲取最佳效果。

2.1 分析步驟。前處理、分析解算以及后處理是注射成型流動(dòng)模擬的三大步驟。首先進(jìn)行零件建模、指定參數(shù)等操作，準(zhǔn)備相關(guān)數(shù)據(jù)以進(jìn)行計(jì)算分析；然后利用有限元分析法對(duì)數(shù)值進(jìn)行迭代計(jì)算；最后將計(jì)算結(jié)果在可視化環(huán)境下進(jìn)行綜合評(píng)定，在C_MOLD系統(tǒng)中提供了注射成型流動(dòng)模擬的相關(guān)功能。設(shè)計(jì)者需提供并完成前處理的各項(xiàng)輸入并建模，可查詢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫得到相關(guān)材料的性能參數(shù)，參照計(jì)算結(jié)果，在可視化后處理界面中按設(shè)計(jì)原則對(duì)方案進(jìn)行綜合分析、評(píng)價(jià)并完善。在UG系統(tǒng)中利用CAE構(gòu)建制件幾何模型，并根據(jù)材料收縮性能，將模型適度比例放大?；诖巳〕銎矫鎺缀文Ｐ?，用IGES格式將模型錄入C_MOLD系統(tǒng)，完成網(wǎng)格劃分，給出制件厚度以及澆口位置等信息，進(jìn)而提交分析系統(tǒng)。而網(wǎng)格模型、工藝條件和信息等文件是分析不可或缺的部分，將其綜合提供給計(jì)算模塊，因此可以實(shí)現(xiàn)流動(dòng)過程模擬計(jì)算。

2.2 結(jié)果評(píng)價(jià)。流動(dòng)填充情況、腔內(nèi)壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布、流動(dòng)剪切應(yīng)力和速率、熔接線的位置和數(shù)量、排氣槽設(shè)置以及冷卻等都是模具設(shè)計(jì)的核心技術(shù)指標(biāo)?？p線間距均勻表示流動(dòng)場(chǎng)均勻，成型質(zhì)量好；零件單元成型速度變化平緩，表示流動(dòng)速度波動(dòng)小，纖維取向合理，分布較均勻，那么制件的機(jī)械性能好，因此不易因收縮不均而造成變形。若發(fā)現(xiàn)制件出現(xiàn)早凝現(xiàn)象，則說明壁厚較薄應(yīng)當(dāng)適度增大，一般為0.5mm。若發(fā)現(xiàn)型芯和型腔在某位置溫差較大，超過10℃的理想溫差就應(yīng)當(dāng)重新布置冷卻管，并進(jìn)行模擬以獲取最理想的布局方式?？偠灾獓?yán)格參照相關(guān)指標(biāo)，進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)分析，將不合理之處進(jìn)行完善以確保制品質(zhì)量。值得注意的是，在模具設(shè)計(jì)階段就充分考慮到注射工藝相關(guān)參數(shù)，因此在進(jìn)行注射工藝時(shí)無需反復(fù)試模，依照相關(guān)理論進(jìn)行試驗(yàn)得出最佳方案指導(dǎo)生產(chǎn)即可。

綜上所述，在洗衣機(jī)面板模具設(shè)計(jì)中，利用流動(dòng)模擬技術(shù)對(duì)其進(jìn)行模擬，進(jìn)行計(jì)算分析能使設(shè)計(jì)方案得以優(yōu)化，從而提升模具設(shè)計(jì)水平，使模具開發(fā)周期相對(duì)縮短，能有效地提升試模成功率。流動(dòng)模擬技術(shù)能使工藝參數(shù)得以優(yōu)化，具有穩(wěn)定質(zhì)量、減少?gòu)U品率的重要價(jià)值。

[1]項(xiàng)輝宇，孫勝，趙國(guó)群，黃克正.運(yùn)用流動(dòng)模擬技術(shù)進(jìn)行注塑模具設(shè)計(jì)的探討[J].現(xiàn)代機(jī)械，1999（4）：42-44.

[2]項(xiàng)輝宇，冷崇杰，鐘約先，焦洪杰.流動(dòng)模擬技術(shù)在洗衣機(jī)面板模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].模具工業(yè)，2002（11）：6-10.

TG241

A

1671-0037（2014）08-94-1

苗文標(biāo)（1984.4-），男，工程師，研究方向：機(jī)械工程及自動(dòng)化。