塑件变形分析及加强筋的优化设计

[摘 要]本文主要研究加强筋对注塑件的各种性能的影响，包括加强筋的厚度、宽度、高度和数量等对塑件的收缩、翘曲变形、刚度等方面的影响。此外，使用何种方式把加强筋注入塑件才能更好的提高塑件的性能，满足人们的要求也是研究的重点。并且，本文通过设计实验方案，用Moldflow软件来进行实验，分析注塑件的性能。通过理论分析和实验，可以知道加强筋的厚度、宽度、高度和数量等均对注塑件的各种性能有不同程度的影响。

[关键词]加强筋；注塑件；性能；设计实验；实验分析

中图分类号：TQ320.662 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0030-01

随着全球经济的不断发展，社会的不断进步，塑件更广泛的应用在我们的日常生活中，大家对塑件的要求也越来越高，希望塑件有更好的性能来满足人们的需求。普通塑件的刚度和硬度比较低，不能承受较大的压力、扭曲力和弯曲力等，容易变形，影响它的质量和使用效果。对于一些对塑件的刚度和硬度要求较高的产品来说，显然并不能满足其对塑件性能的要求。因此，对塑件的改造非常重要。目前，主要使用在塑件上注入加强筋的方法改善塑件的性能，使塑件拥有更好的刚度和硬度，能承受更大的压力、扭曲力和弯曲力，满足塑件不易变形的需求。本文主要通过Moldflow软件进行实验，研究加强筋对注塑件性能的影响。并且在此基础上对加强筋进行优化设计，研究如何正确设计加强筋。

1.模拟成型方案设计

选取材料为钢的模具塑件，选取材料为聚丙烯的加强筋三条。模具表面温度为25℃，熔体温度为215℃，加强筋厚度选取塑件平均厚度的50%～70%，其余参数选取默认值。把加强筋注入塑件，首先，以加强筋的厚度为变量，加强筋的其他参数不变，研究无加强筋、有较薄加强筋、有较厚加强筋的多个塑件模型，对其性能进行模拟分析。其次，以加强筋的高度为变量，加强筋的其他参数不变，研究较短加强筋、较长加强筋的多个塑件模型，对其性能进行模拟分析。此外，以加强筋的浇口方式为变量，加强筋的其他参数不变，研究从塑件侧面潜伏式浇口、从塑件顶面点浇口的多个塑件模型，对其性能进行模拟分析。

2.实验结果与分析

2.1 加强筋厚度对壳型塑件收缩的影响分析

采用从侧面潜伏式浇口的方式，研究加强筋厚度对壳型塑件收缩性能的影响。研究结果表明，普通塑件发生了收缩，注入了加强筋的注塑件也发生了同方向的收缩，但是相比较而言，加入了加强筋的注塑件比普通塑件的收缩率要小0.03%。通过实验可知，没有加强筋时，塑件收缩率最大，注入加强筋后，随着加强筋厚度的增加，塑件的收缩率明显减小，但是当加强筋达到一定的厚度之后，随着加强筋厚度的增加，塑件的收缩率开始增大。所以可知，加强筋的厚度对收缩率有一定的影响，但是收缩率的大小并不是和加强筋的厚度成正比的，在对塑件注入加强筋时，应注意选择合适的加强筋厚度。此外，加强筋的厚度还会影响塑件的冷却时间，随着厚度的增加，冷却时间变长。总而言之，加强筋的厚度应和塑件厚度保持一定的比例，一般不超过塑件厚度的50%～70%。

2.2 加强筋厚度对壳型塑件翘曲变形的影响分析

采用从侧面潜伏式浇口的方式，研究加强筋厚度对壳型塑件翘曲变形性能的影响。研究结果表明，塑件的总变形量先增大后减小。加强筋较薄时，塑件的变形量不大，注入加强筋后，随着加强筋厚度的增加，塑件的变形量明显增大，但是当加强筋达到一定的厚度之后，随着加强筋厚度的增加，塑件的变形量开始减小。其原因是因为加强筋冷却较快对塑件产生拉力。当塑件较薄，冷却速度较快，拉力较小，冷却不均匀的程度较大，随着加强筋厚度的增加，冷却速度较慢，拉力较大，冷却不均匀的程度较小。当达到一定的厚度后，塑件的翘曲变形开始减小。所以可知，加强筋的厚度对翘曲变形有一定的影响，但是翘曲变形的大小并不是和加强筋的厚度成正比的，在对塑件注入加强筋时，应注意选择合适的加强筋厚度。此外，还可以通过改变塑件的尺寸来减弱变形量，加强对整个塑件的优化设计。

2.3 加强筋高度对壳型塑件变形和收缩的影响分析

由实验可知，在实验参数取方案设计的设定值时，随着加强筋高度的增加，塑件的变形量也是先增大后减小。当高度较小时，塑件的变形量及收缩率相对较小，随着加强筋高度的增加，塑件的变形量和收缩率也随之增大，当加强筋达到一定高度时，塑件的变形量和收缩率开始减小。但是，总的来说，随着加强筋高度的变化，塑件的变形量及收缩率变化不大，都在整体的70%～80%之间。总而言之，加强筋的高度对塑件的翘曲变形及收缩率的影响不大，也就是说，加强筋的高度并不是影响塑件翘曲变形和收缩率的主要因素。

2.4 浇口位置对壳型塑件收缩及变形的影响分析

当不存在加强筋时，对从不同的浇口位置进料进行实验，结果可知，在相同的实验条件下，采用从塑件侧面潜伏式浇口的方式进料，塑件会向加强筋所在的方向变形，塑件的变形量较大；采用从塑件顶面点浇口的方式，塑件会向外侧突出变形，塑件的变形量较小。即采用的浇口方式不同，塑件变形的方向不同，变形量也不同，并且变形量和加强筋的厚度成反比。其原因是，不同的浇口方式，进料在塑件内的流动方向不同，变形的基本条件不同。当存在加强筋时，分析两种浇口方式下，不同厚度加强筋对塑件收缩的影响。结果可知，采用从塑件顶面点浇口的方式的整体效果比采用侧面潜伏式浇口的方式的整体效果好。采用从塑件顶面点浇口的方式时塑件的收缩率比采用侧面潜伏式浇口的方式时塑件的收缩率小0.03%左右。从这个数据可以看出，采用不同的浇口方式对塑件的收缩率有一定的影响。总的来说，采用从塑件顶面点浇口的方式进料与采用从塑件侧面潜伏式浇口的方式进料相比，塑件的变形量和收缩率均比较小，所以在对塑件注入加强筋时，尽量要采用从塑件顶面点浇口的方式进料。

3.结语

通过设计实验方案和用Moldflow软件进行实验，可以得出以下几个结论：

第一，加强筋的厚度对塑件的收缩率和变形量均有影响，并且他们的关系是一种非线性关系，注入加强筋有助于增大注塑件的收缩率同时会减小变形量，这两方面都有各自最适合的注入的加强筋的百分比，在对塑件注入加强筋时，要注意选择最合适的比例。

第二，加强筋的高度对注塑件的收缩率和翘曲变形均有影响，但是影响不大。实验证明注塑件的收缩率和变形量与加强筋的高度也是一种非线性的关系，随着高度的变化，注塑件的收缩率和变形量的变化并不明显。所以说，加强筋的高度并不是影响注塑件收缩率和翘曲变形的主要因素。

第三，加强筋的浇口位置对注塑件的翘曲变形和收缩率均有一定的影响，但是影响不大。采用的浇口方式不同，注塑件的变形方向就不同，收缩率也不同。采用从塑件顶面点浇口的方式进料比采用从塑件侧面潜伏式浇口的方式进料效果要好，注塑件的变形量和收缩率都相对较小，所以一般情况下采用从塑件顶面点浇口的方式进料。

总的来说，加强筋的厚度和浇口方式均对注塑件的收缩率和翘曲变形有较大的影响，加强筋的高度对注塑件的收缩率和翘曲变形的影响不大，在对塑件注入加强筋时，要合理的选择适合的加强筋，从而更好的提高住的塑件的性能。

参考文献：

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