聚光器注塑成型分析及模具設計淺議

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【摘要】本文以聚光器為例，在詳細分析塑件結構、成型材料性能和塑件質量基礎上，利用Moldflow對其澆口位置進行仿真分析，并對注塑成型中的流動前沿溫度變化和氣穴現象進行分析。在模擬分析基礎上，確定本模具采用1模8腔扇形側澆口進膠、單分型面的模具結構，并通過合理設計模仁鑲件，解決模仁尖角部位難加工、放電成本高及排氣不利的缺陷。經生產驗證，該模具結構合理，產品成型完整、注塑質量達到設計要求。

【關鍵詞】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，尤其是透明材質的聚光器在遠近光車燈中應用越來越多，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境。但PC的流動性差，不利于注塑成型，因此，本設計選用光學級的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聚光器結構工藝性分析

聚光器是一個結構較復雜的不規則塑件。產品材質為PCLED2245，屬于低粘度光學級塑膠原料，具有良好的流動性能和脫模性能。產品外形尺寸為40.2×17.5×26.5mm，產品上有一個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抽芯或斜頂成型的結構特征。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，為保證塑件外觀質量，同時考慮模具加工方便和制造成本，應合理選擇進膠位置，將容易產生氣穴的部位設計為鑲件結構，這是模具設計的難點之一。圖1、圖2為聚光器塑件的2D和3D結構。

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℃。工藝參數如下:熔體溫度為300℃，頂出溫度為130℃，模具表面溫度為100℃。網格劃分結果：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域。根據上述PCLED2245的推薦參數，設置熔體溫度為300℃，模具表面溫度為100℃，注塑時間為1s，澆口分析結果如圖3所示。根據模流分析結果，得出適合澆口位置的分布區域，即聚光器的凸臺側面及相鄰的弧形聚光面側面較適合進膠，塑件圓角處不適合作為進膠位置。結合該零件的形狀特點及生產設計經驗，厚壁件的澆口應設置在接近厚壁的位置，塑件不易產生缺陷故將最佳澆口位置設置在塑件靠近中間厚壁邊緣側如圖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點時的中間流溫度。在一個截面內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，熔接線強度通常較高。不同區域流動前沿溫度有變化，過高的溫度變化會導致零件內部產生殘余應力[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，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品中間較厚區域，再向兩側較薄區域流動，最終形成一個封閉的環狀空間，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聚光器模具結構設計

3.1模具分型設計

該產品尺寸為40.2×175×26.5mm，塑件尺寸較小，且產品精度要求不是太高，為提高生產效率，采用一模八穴的型腔布局。塑件整體為階梯式結構特征，考慮采用階梯分型面。為防止產品粘前模，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，孔位設置在動模。塑件花紋側面需加膠做一段0°面，并取消R角，防止花紋處倒扣在動模側，造成無法脫模。模具分型設計如圖7所示。

3.2澆注系統設計

模具采用一模八穴的多型腔結構。由于制件表面不允許直接設定澆口，故所以采用側向進澆方式[1]。本設計產品為厚壁件，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，澆口采用扇形側澆口進澆。澆注系統形式如圖8所示。

3.3主要成型零件設計

為便于模具裝配，動模和定模均采用嵌入式的整體設計[2]。產品尖角處為易損部位，故可設計為鑲件形式，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生，定模及鑲件結構如圖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，這種結構加工效率高，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。動模及鑲件結構如圖10所示。

4模具結構

聚光器注塑模具為一模八穴的兩板模結構，采用側澆口形式。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，產品尖角易損部位和花紋部分特征的模仁采用鑲件結構。為防止推桿轉動，保證推出精度，本設計采用帶肩推桿結構。模具裝配結構如圖11所示。

5結論

（1）以Moldflow軟件為工具，對聚光器進行了注塑成型分析。通過數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，為降低企業模具開發成本提供了有益的技術支持。（2）結合塑件結構特征，設計了1模8腔扇形側澆口進膠，單分型面的模具結構；通過合理設計公、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生，為同類產品的模具設計提供了有益的參考。

參考文獻

[1]范偉,馮剛.汽車保險杠注塑CAE工藝分析[J].塑料工業,2014(7):50-53．

[2]傅瑩龍,邵明朝.兒童安全座椅頭枕的雙滑塊二次抽芯注塑模具設計[J].中國塑料,2020(7):92-96．

作者:許春龍 單位:蘇州市職業大學機電工程學院