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《工程塑料應(yīng)用雜志》2016年第一期

摘要：

針對(duì)IC卡卡套注塑件的飛邊，用數(shù)值模擬方法從鎖模力、壓差及型腔板變形等方面分析了產(chǎn)生飛邊的原因，并預(yù)測(cè)了飛邊可能產(chǎn)生的區(qū)域；通過(guò)與實(shí)際成型塑件比較，驗(yàn)證了該方法的可行性。

關(guān)鍵詞：

飛邊；數(shù)值模擬；鎖模力；型腔變形

注射成型中，由于不合理的模具設(shè)計(jì)或工藝設(shè)置可能會(huì)在模具的分合位置上(如分型面、鑲件與型腔的間隙、頂桿與模板的空隙等)產(chǎn)生飛邊。飛邊與塑料制品連接在一起，影響制品的外觀、尺寸精度，甚至?xí)怪破穲?bào)廢[1–3]。飛邊是注射成型制品的缺陷之一，如何在成型中減少或消除飛邊以提高塑件質(zhì)量是塑料成型加工領(lǐng)域里的重要研究課題[4–7]。筆者針對(duì)ic卡卡套注射成型制品的飛邊缺陷，用數(shù)值模擬的方法從鎖模力、壓差及型腔變形進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)了可能出現(xiàn)飛邊的區(qū)域，與實(shí)際制品對(duì)比驗(yàn)證了研究方法的可行性，并提出了減少該制品飛邊的方法。

1數(shù)值模擬預(yù)測(cè)飛邊的流程

使用建模軟件完成塑件建模及型腔建模后，通過(guò)以下兩種思路來(lái)完成飛邊模擬：(1)使用Moldflow進(jìn)行充填和保壓分析，判斷鎖模力是否過(guò)大，如果鎖模力過(guò)大，則進(jìn)行壓差分析進(jìn)而判斷飛邊的出現(xiàn)區(qū)域；(2)提取型腔節(jié)點(diǎn)壓力數(shù)據(jù)導(dǎo)入Ansys中進(jìn)行靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，判斷模具變形量是否超過(guò)許用變形量，如果超過(guò)許用變形量則進(jìn)行型腔變形量分析進(jìn)而確定飛邊出現(xiàn)區(qū)域[8]。

2制品分析與模具結(jié)構(gòu)

IC卡卡套注塑件結(jié)構(gòu)如圖1所示。要求制品外表面光滑平整，內(nèi)側(cè)肋部及裝配定位孔不影響裝配，制品周邊光滑無(wú)明顯結(jié)合線及毛刺。如圖1，由于制件側(cè)面無(wú)側(cè)孔、凸臺(tái)，內(nèi)部也無(wú)卡扣等結(jié)構(gòu)，所以無(wú)需側(cè)向抽芯；由于對(duì)制件表面粗糙度有要求，模具選用潛伏澆口，從動(dòng)模側(cè)進(jìn)膠(如圖2所示)；模具結(jié)構(gòu)為單分型面兩板模一模四腔結(jié)構(gòu)，型腔和型芯采用整體鑲拼結(jié)構(gòu)，使用頂桿間隙及分型面間隙排氣，圖3為模具結(jié)構(gòu)圖。

3飛邊分析

成型IC卡卡套材料選用丙烯腈－丁二烯－苯乙烯塑料(ABS)，牌號(hào)為TechnoABS560。采用震德CJ80E型螺桿式注塑機(jī)生產(chǎn)，其最大鎖模力為800kN。表1是注射成型工藝參數(shù)。

3．1鎖模力與壓力差分析為得到高質(zhì)量的有限元網(wǎng)格，使用hypermesh對(duì)模型劃分網(wǎng)格，設(shè)置3mm的網(wǎng)格邊長(zhǎng)。為得到大小相同的邊緣網(wǎng)格以方便分析計(jì)算，修整了模型的邊緣網(wǎng)格，使用Moldflow進(jìn)行充填加保壓分析。圖4是分析得到的鎖模力隨時(shí)間變化圖，鎖模力在0.57s時(shí)達(dá)到最大值并且超過(guò)了800kN，也就是超過(guò)了注塑機(jī)的最大鎖模力，此時(shí)有可能會(huì)產(chǎn)生飛邊。圖5是不同型腔節(jié)點(diǎn)的壓力值。由于進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)劃分的制品邊緣網(wǎng)格大小相同，所以邊緣處的節(jié)點(diǎn)壓力越大，其所在的單元處的型腔壓力越大，則越容易產(chǎn)生飛邊。由圖5可知，塑件邊緣的五個(gè)節(jié)點(diǎn)中，近澆口位置的N1節(jié)點(diǎn)壓力最大，產(chǎn)生飛邊的概率也最高。從注射成型過(guò)程考慮，熔體充填結(jié)束后尚未完全凝固，進(jìn)入保壓階段后，由于保壓壓力作用，易在壓力大的邊緣位置處產(chǎn)生飛邊。由數(shù)值模擬得到的溫度場(chǎng)等數(shù)據(jù)可知，在0.57s時(shí)，制品邊緣的熔體還沒有凝固，計(jì)算此時(shí)制品邊緣位置的壓力差，如圖6所示。表2是不同邊緣位置處的壓差統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由表2結(jié)果可知，壓力計(jì)算在近澆口位置處壓差變化明顯，且壓力較大，遠(yuǎn)離澆口壓差變小，故飛邊最可能出現(xiàn)在澆口附近。

3．2型腔板變形分析剛度條件δ是塑件成型受壓的最大允許變形量，塑件成型的受力變形量要低于δ，否則塑件的尺寸精度不能滿足要求，或者模板變形使型芯與型腔板配合過(guò)緊不能開模[9–11]，還有可能產(chǎn)生溢料。剛度條件δ取塑件公差的20%左右可保證制品尺寸精度[12]，本模擬中剛度條件δ取0.04mm。使用Ansys有限元軟件進(jìn)行模具型腔靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析研究模板變形產(chǎn)生的飛邊。由于IC卡卡套外邊緣分型面在模具定模側(cè)，故只分析定模型腔變形即可。由于模具為一模四穴，且對(duì)稱平衡分布，故選用模板的1／4分析模具型腔的變形。模型導(dǎo)入Ansys后，選擇單元類型為10節(jié)點(diǎn)四面體單元Tet10Node92，模具材料為P20鋼。給定模板側(cè)面和底部設(shè)定位移約束，再將Moldflow中0.57s時(shí)的壓力值作為表面載荷輸入Ansys中，最后開始分析求解。圖7是型腔變形量分析結(jié)果，由于型腔底部不會(huì)產(chǎn)生飛邊，所以只研究側(cè)壁變形量即可，由圖可知側(cè)壁的最大變形量約為0.004mm，遠(yuǎn)小于剛度條件0.04mm，所以該制品不會(huì)由于型腔變形而產(chǎn)生飛邊。

3．3飛邊預(yù)測(cè)及實(shí)驗(yàn)對(duì)比由鎖模力、壓差及型腔模板變形分析結(jié)果可知，該IC卡套產(chǎn)生飛邊的主要原因是注塑機(jī)提供的鎖模力不夠，由模擬結(jié)果可知，飛邊最可能出現(xiàn)在如圖8所示的澆口位置附近。實(shí)際加工的樣品如圖9所示。由圖9知，IC卡卡套在澆口附近位置處產(chǎn)生飛邊，與模擬的結(jié)果相吻合，說(shuō)明模擬方法可行，模擬的結(jié)果可靠。

3．4改進(jìn)措施(1)成型工藝參數(shù)優(yōu)化。由CAE分析結(jié)果可知，IC卡卡套澆口附近位置處產(chǎn)生飛邊的主要原因是注塑機(jī)提供的鎖模力不夠，所以要使用鎖模力大于1000kN的注塑機(jī)；也可在滿足正常的生產(chǎn)條件下，適當(dāng)降低熔體注射溫度，降低模具溫度，降低注射／保壓壓力，進(jìn)而降低型腔壓力，從而減小成型所需的鎖模力。(2)改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)。在實(shí)際成型中，由于成型孔的模具型芯磨損，導(dǎo)致產(chǎn)品卡槽位置處有不明顯飛邊產(chǎn)生，如圖10所示，此處的飛邊可以通過(guò)改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，將卡槽配合處的結(jié)構(gòu)由對(duì)靠改變?yōu)樾辈暹M(jìn)行改善，如圖11所示。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)成型IC卡套產(chǎn)生的飛邊，從型腔壓力切入，使用數(shù)值方法找出并驗(yàn)證了產(chǎn)生飛邊的原因，預(yù)測(cè)了可能產(chǎn)生飛邊的區(qū)域。通過(guò)對(duì)IC卡卡套注塑件的飛邊模擬，為飛邊缺陷的研究提供了一種新的方法，對(duì)飛邊的減少及消除具有一定的意義。

作者：許江偉 楊順星 李海梅 單位：鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 大連理工大學(xué)工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室