空气净化器壳体注塑模的CAD/CAE 一、 引言 车用空气净化器壳体为典型的薄壁复杂零件，其注塑过程受多方面条件影响，对注塑模进行必要的仿真分析对模具结构设计和主要工艺参数的选取都有着重要的指导意义本文通过对某车用空气净化器壳体（以下简称净化器壳体）模具注塑情况进行的注塑过程流动仿真分析，优化得出了合理的浇注系统，设计改进了模具的具体结构，并建立了符合企业标准的模具零件库，为今后进行类似模具的设计制造提供了条件 二、 计算分析过程 1. 计算模型的建立 图1为净化器壳体的三维实体模型由实体模型建立注塑件及模具的有限元分析模型如图2所示根据分析目的和计算精度要求，将实体简化为由平面壳单元、梁单元和各种特殊单元组合而成，对于模具、冷却水道用一维冷却单元表示，流道用一维流道单元表示 有限元模型的各种数据：节点数=1896； 单元数=3721；冷却流道、冷却水道单元数=55； 三角形单元数=3666 净化器壳体材料为ABS，材料参数：热传导率=0.168W/(m℃)；比热容=1750J/(Kg℃)；熔体密度=1.103×103Kg/m3 2. 浇口位置的计算确定 现有模具结构形式及参数由传统经验设计所定，浇口居中。
根据要求，分别取浇口居左（靠近大端，偏离中心线15mm）、浇口居右（靠近小端，偏离中心线20mm）和浇口居中三种情况进行计算比较，以期得到浇口位置与注塑件压力场、温度场及充填情况的关系，进而实现浇口位置的优化选取 计算表明，浇口居左时，熔体先进入中间区域，越过整个网栅后填充满壳体小端，大端部分最后并未充满，填充体积为94.42％通过对填充过程中的填充体积、注塑压力变化值的分析可得出注塑模未充满的原因为：在充填过程接近结束时出现了注塑压力的突变对于该注塑件来说，将其展开成平面图时，左右两部分相对于壳体中心线对称现在浇口向大端偏移，则填充时大端先充满，参见图3中左下图，此时大端部分已填充了一半，也可参考图4中右下图黄色时间段的分布由于大端部分过早地充满，受到过填充时压力增大，加上冷却作用，部分区域开始凝固而对于填充前沿，填充阻力随着凝固层的增厚而增大，熔体最后因流动路径中的一些路段凝固而无法充满型腔直接后果如流动角度图所示，熔体在此区域停止流动将注塑压力提高到一定值，计算结果表明在此种条件下可实现注塑件的完全填充，但这不符合材料的工艺条件，不宜采用 为方便比较，浇口居右时的注塑工艺条件取为与浇口居左时的相同，这也与工厂中的实际生产情况相符。
计算表明，由于同样原因，即填充接近结束时发生的应力突变导致注塑过程不能满足注塑条件，从而无法将型腔充满但与浇口居左时不同的是此时的应力突变发生在壳体的小端部位具体分析过程与浇口居左时类似，限于篇幅，在此不再赘述 保持填充工艺不变，对浇口居中时的情况作以计算分析由计算结果可知，在整个填充过程中，填充体积均匀增长，填充压力也无太大突变，且在压力转换点符合填充规律由图5可看出，整个注塑件所受压力不大小端部分先充满受压，最后填充部分前沿压力为零填充温度场分布如图6所示，由温度场分布图可看出靠近浇口处熔体温度高，而在注塑最前沿处温度较低，在已填充满的薄壁部分，由于散热较快，温度降低较多，易形成凝固层注塑过程中液体沿中心线和左右两边三个方向同时进行，在填满各个方向后折返方向最后汇合（参见图7右上图），这一流动路径基本符合预计流动方向，可保证填充的顺利进行同时，从该图中还可得到气阱的分布情况，这样在模具设计中就可以在气阱分布处开设排气槽，保证注塑过程中的顺利排气，防止注塑件中出现气泡由压力场分布图可推断出浇口居中时的填充过程为：熔体先进入中间区域，越过整个网栅后填充小端和大端，大端部分后充满，填充体积为100％，左右端充满时间相差不大。
由上述分析可以知道，当注模浇口位置设置于中心线上时，可满足不同部分同时注满的要求，在常规注塑工艺条件下，模温为60℃时的稳定工作情况下，凝固层分布不大，原浇口位置的设置是合理的类似结论还可推广到其它薄壁复杂件模具的设计中，即若注塑件壁厚均匀，浇口位置应设在距离平面展开图中心处附近，原则上能够保证各最远点同时充满若壁厚变化较大，但结构接近于对称时，应将浇口位置设在各流动方向填充量相等、均衡，流动阻力相似处若出现填充极不合理的情况，则需修改注塑件设计，让其更具有对称性，通过调节不同部位的厚度，让理想位置浇口的各部分填充量近似相等 3.不同模具温度对注塑效果影响的讨论 在注塑工艺过程中，模具温度是一个重要的参数，不同模温对注塑过程产生不同的影响，从而导致不同的注塑结果按照任务提出者要求，分别选取模温20℃、40℃和60℃三种情况进行计算比较，其中模温60℃为原工艺参数 图8、图9分别为模温20℃和40℃时的填充过程、冷凝层分布和流动角度图对比模温为60℃时的计算结果（图5），可以看出随着模具温度的提高，注塑情况趋于好转当模温上升至60℃时，注塑液能够完全充满型腔，凝固层分布情况较好，即模温为60℃时已可满足注塑要求，原参数的选取也是较为合理的。
4.对浇口形状、大小的计算和优化 根据工厂经验，对流道设置为圆形和矩形时的注塑情况进行计算比较取浇口形状、大小分别为矩形3×1.5mm、8×1.5mm、10×1.5mm及圆形Ф2mm、Ф3mm等进行计算通过对比计算结果，发现采用原方案（即浇口为3×1.5mm的矩形）注塑时，注塑件大端部分局部区域先凝固，压力值很低，不利于保压的顺利进行浇口为Ф3mm圆形时存在填充不足、凝固层分布大的缺点浇口改为8×1.5mm或取为Ф2mm的圆孔时，凝固层分布很少，可以认为较满意把浇口长度扩宽到10mm，即浇口取为10×1.5mm的矩形时，凝固层变化不大，结果也较令人满意，但与8×1.5mm方案相比 ，填充效果和凝固层分布情况改善不大因此，综合考虑所能得到的注塑效果和加工、装配及修改的方便程度，最后将注模浇口改为8×1.5mm的矩形孔 浇口形状取为8×1.5mm时，计算结果如图9所示 三、 模具标准零件库的建立 完成对注塑模具的流动分析并优化出模具浇口位置、形状和大小后，就可以将这些改进后的参数应用于净化器壳体模具的具体结构设计中注塑模结构设计具有重复性工作多的特点，为了充分发挥CAD技术的优势，将模具设计人员从繁重的体力劳动中解放出来，开发和建立一套适合企业标准的模具标准零件库就成为一项十分有意义的工作。
在进行模具结构的具体的结构设计中，应遵循以下设计流程： 将按上述步骤设计好的零件如模板、顶杆、浇口套等做成参数化的标准件放入零件库中，并建立包含模具设计标准、工艺参数和结构尺寸等项内容的数据库这样，今后便可利用此标准零件库中的现有零件，仅需修改部分尺寸参数便可以生成同系列或类似结构的注塑模具同时，利用I-DEAS软件的三维转二维功能还可方便地得到指导生产用的工程图纸。