B11 CAE模流分析在卫浴产品花洒手柄上的应用

一、前言

新产品的开发都要经过产品设计、模具设计、现场试模和量产等一系列过程，但一个突出的问题是经过反反复覆地试模、修改产品设计和修改模具设计后才能得出满意的产品来。然而试模、修改产品和修改模具都要投入大量的人力、财力，并且要耗费过长的时间以至耽误了产品投放市场的时间和错过良好的商机。随着塑料成型技术的发展中国乃至全世界出现了大量的塑料产品厂家，强烈竞争使每个厂家都意识到技术和时间对抢夺塑料产业市场的重要性。为了在塑料产业得到一席之地我们找到了台湾科盛科技股份有限公司开发的Moldex3D专业模流分析应用软件。

模流分析应用软件Moldex3D能够借用高科技的计算机技术给用户提供现场试模仿真平台和数据，让产品的形状和厚度在设计初期就能得到及时的纠正，给模具设计提供了可靠的设计依据，解决了现场试模者采用现场试误法试模的烦恼，更重要的是为厂家节省了大量的人力、财力和时间，有效的加强了竞争力。本文正是利用Moldex3D模流分析软件解决产品开发的一个典型问题。

二、案例简介

1、产品说明

此产品为沐浴用的花洒手柄，如图1所示。几何尺寸如下：

主要厚度：渐变厚度2.5~11mm

长：230mm

宽：80mm

高：70mm

2、问题焦点

预测影响产质量量的收缩变形的位置。

探讨不同的灌点与收缩变形之关系。

3、使用材料

成型材料为ABS / BASF / TerluranGP-35

4、加工条件

为了探讨不同灌点对产品收缩变形的影响，我们采用了相同的水路配置和相同加工条件，如表1。

三、模流分析_原始设计

灌点在产品的头部，以潜伏浇口进浇。流道以热流道和冷流道配合的方式制作。 灌点远离肉厚较厚的手柄位置 ，如图1。

1、充填结果温度在260°C 以上分布，图2。 

2、保压压力分布在73~105MPa，如图3。

3、收缩率分布在5%以上的分布图，如图4。

4、x方向位移为-2.378~0.816mm,如图5。

5、y方向的位移为-0.546~0.466mm,如图6。

6、z方向的位移为-0.596~1.267mm,如图7。

7、总的位移为-0.135~2.651mm,如图8。

通过分析发现原始设计收缩率较大，为了改善收缩率我们改变灌点位置，进行变更分析。

四、模流分析_设计变更

灌点在产品的尾部，以扶耳浇口进浇。流道以单纯的热流道方式制作。灌点 靠近肉厚较厚的手柄位置 ，如图9。

1、充填结果温度在260°C 以上分布，图10。 

2、压力分布在101~105MPa，如图11。

3、收缩率分布在5%以上的分布图，如图12。

4、x方向的位移为-2.014~0.538mm,如图13。

5、y方向的位移为-0.403~0.356mm,如图14。

6、z方向的位移为-0.512~1.077mm,如图15。

7、总的位移为-0.103~2.263mm,如图16。

五、结果比较与讨论

根据两组设计了解到，原始设计灌点离产品尾部较远，并且灌点位置肉厚较薄2.5mm。塑料从薄肉厚流向厚肉厚，就会因为薄肉厚冷却较快，不利于压力传递。同时，较厚位置冷却较慢，而后冷却收缩减少的体积就得不到有效的补偿，这様就会出现较大的体积收缩量。设计变更后，灌点在手柄的尾部，便构成塑料从较厚的位置流向较薄的位置，压力得到有效的传递，收缩的体积得到了有效的补偿，收缩量便会减少下来。在充填结果温度分布图上可以明显看到，在原始设计上温度在260°C 以上的体积从浇口到尾端构成一条线，而在变更设计上是差不多所有体积都在260°C以上，如图2。说明了设计变更后压力更容易传递。 从保压压力分析结果可以看到，原始设计整体压力分布在73~105MPa，如图3,在手柄尾端压力主要分布在75MPa附近，而设计变更后，整体压力分布在101~105MPa,如图11，在手柄尾端的压力主要在103MPa的附近，压力传递效果比原始设计明显改善，这对减少体积收缩非常有利。

Moldex3D提供的体积收缩率分布图，如图4、图12，可以显示塑件自充填/保压结束冷却至室温常压时的体积收缩率，它可为保压效果及翘曲变形等之参考。正值代表收缩，负值代表塑件膨胀，往往发生在压力设定过高或塑件太薄的情形。此值越小代表产品收缩量越小;若分布不均，产品易造成翘曲变形。根据模流分析结果发现，在产品肉厚最厚的位置即产品尾部手握的位置收缩量很大，原始设计收缩量为6.67%，设计变更收缩量为5.53%。 从中看出设计变更后体积收缩得到明显的改善。 

Moldex3D提供的位移量分布图以不同颜色显示塑件脱模后冷却至室温常压下各个坐标方向的总尺寸变化。此分布值与坐标系选择有关，正值代表变化方向与坐标系同向，负值代表与坐标系方向相反。通过比较得知变更设计比原始设计X方向位移大约改善了20%， Y方向位移大约改善了25%，，Z方向位移大约改善了15%，总位移大约改善了15%。因此也证明了改变浇口位置对改善产品收缩变形是有效的。

六、结论

卫浴产品花洒手柄虽然在尺寸精度上要求不是特别高，但由于它的厚度分部不均匀，并且肉厚较厚，导致它在成型时收缩太大，如果把握不好生产出来的产品就会与设计意图相去太远。如今国辉精密制模厂有了分析软件Moldex3D辅助分析之后，在开模初期就及时找出潜在的问题，提高了一次试模成功的机率。原始设计最大收缩率为6.67%，处于较大的收缩，变更设计后，也就是改变浇口位置后，最大收缩率为5.53%，结果得出了质量良好的产品，也证明改变浇口位置对提高产品的质量是有效的。

在塑料成型方面，见仁见智，但有了分析软件Moldex3D后，我们就有了科学的依据，避免了经验盲点。相应，我们的工作效率也得到了明显的提高，生产成本也自然降低。

七、参考文献

1．张健兴、林瑞璋、萧乃仁、吴光国，“多模穴SD卡夹设计分析”，CAE Molding Conference 2006，台湾区计算机辅助成型技术交流协会，pp.B05-1~B05-6，2006。

2．许嘉翔、林秀春、张荣语，“厚度对模流的影响”，CAE模流分实作解析，第八章。

3．科盛科技股份有限公司，”CAE模流分析技术入门与应用”，全华图书出版，2002。