聚光器注塑成型分析及模具设计浅议

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【摘要】本文以聚光器为例，在详细分析塑件结构、成型材料性能和塑件质量基础上，利用Moldflow对其浇口位置进行仿真分析，并对注塑成型中的流动前沿温度变化和气穴现象进行分析。在模拟分析基础上，确定本模具采用1模8腔扇形侧浇口进胶、单分型面的模具结构，并通过合理设计模仁镶件，解决模仁尖角部位难加工、放电成本高及排气不利的缺陷。经生产验证，该模具结构合理，产品成型完整、注塑质量达到设计要求。

【关键词】聚光器；浇口；气穴；Moldflow；两板模；模仁镶件

聚光器是组成车灯必不可少的一个零件，尤其是透明材质的聚光器在远近光车灯中应用越来越多，其作用是消除或减弱车灯光形输出中的杂散光，减少有效光能量输出的损耗。聚光器通常选用PC（聚碳酸酯）材料，PC具有良好的光学性能且无色透明，折射率高，很好地满足聚光器的透明性要求。同时，PC有很高的韧性，耐热、阻燃和耐冲击性能好，适于车灯工作时的温度环境。但PC的流动性差，不利于注塑成型，因此，本设计选用光学级的PCLED2245树脂作为聚光器成型材料，不仅改善了PC流动性差的缺陷，同时更好地满足聚光器的透光需求。

1聚光器结构工艺性分析

聚光器是一个结构较复杂的不规则塑件。产品材质为PCLED2245，属于低粘度光学级塑胶原料，具有良好的流动性能和脱模性能。产品外形尺寸为40.2×17.5×26.5mm，产品上有一个Φ3的圆孔和一个椭圆孔，两个凸台特征和一块花纹，塑件上不存在需通过侧抽芯或斜顶成型的结构特征。聚光器端部的弧形聚光面为外观面，要求无吸瘪、无流痕、无飞边等缺陷，为保证塑件外观质量，同时考虑模具加工方便和制造成本，应合理选择进胶位置，将容易产生气穴的部位设计为镶件结构，这是模具设计的难点之一。图1、图2为聚光器塑件的2D和3D结构。

2聚光器注塑成型分析

制件材料为PCLED2245，熔体温度范围280~320℃，绝对最大熔体温度330℃。工艺参数如下:熔体温度为300℃，顶出温度为130℃，模具表面温度为100℃。网格划分结果：面积32.7374cm2，体积6.89126cm3，最大纵横比6.39，最小纵横比1.16，自由边0，多重边0，匹配百分比为86.9%。

2.1最佳浇口位置分析

利用Moldflow软件分析出最佳浇口位置区域。根据上述PCLED2245的推荐参数，设置熔体温度为300℃，模具表面温度为100℃，注塑时间为1s，浇口分析结果如图3所示。根据模流分析结果，得出适合浇口位置的分布区域，即聚光器的凸台侧面及相邻的弧形聚光面侧面较适合进胶，塑件圆角处不适合作为进胶位置。结合该零件的形状特点及生产设计经验，厚壁件的浇口应设置在接近厚壁的位置，塑件不易产生缺陷故将最佳浇口位置设置在塑件靠近中间厚壁边缘侧如图4所示。

2.2流动前沿温度分析

流动前沿处的温度是塑料熔体充填一个节点时的中间流温度。在一个截面内熔接线首先形成的地方是截面的中心，因此，如果流动前沿温度高，熔接线强度通常较高。不同区域流动前沿温度有变化，过高的温度变化会导致零件内部产生残余应力[1]。流动前沿处的温度分布如图5所示。如图5所示，塑胶熔融温度260℃，料流前锋温度为260℃~267.5℃，温度变化比较平稳，说明流动前沿处温度分布较合理。

2.3气穴位置分析

塑件的基本壁厚为3.5~18mm，熔体会首先填充更易流动的产品中间较厚区域，再向两侧较薄区域流动，最终形成一个封闭的环状空间，残留在封闭空间的气体阻滞熔体的弥合，会形成气穴缺陷。模流分析表明聚光器气穴的位置分布如图6所示。如图6所示，气穴产生在塑件的B面，可通过降低注射速度、增加注射压力，提高模具外观A面的模温，在B面动模处增加排气镶件，使气体通过动模小镶件的间隙排出，从而改善气穴缺陷。

3聚光器模具结构设计

3.1模具分型设计

该产品尺寸为40.2×175×26.5mm，塑件尺寸较小，且产品精度要求不是太高，为提高生产效率，采用一模八穴的型腔布局。塑件整体为阶梯式结构特征，考虑采用阶梯分型面。为防止产品粘前模，造成脱模困难，需在塑件四周做加胶拔模。为保证两个孔特征的装配需求，需做减胶处理，孔位设置在动模。塑件花纹侧面需加胶做一段0°面，并取消R角，防止花纹处倒扣在动模侧，造成无法脱模。模具分型设计如图7所示。

3.2浇注系统设计

模具采用一模八穴的多型腔结构。由于制件表面不允许直接设定浇口，故所以采用侧向进浇方式[1]。本设计产品为厚壁件，考虑到压力和温度损失，为防止填充不足，采用圆形截面分流道，浇口采用扇形侧浇口进浇。浇注系统形式如图8所示。

3.3主要成型零件设计

为便于模具装配，动模和定模均采用嵌入式的整体设计[2]。产品尖角处为易损部位，故可设计为镶件形式，以嵌入方式装入定模中，镶件尖角部位易加工且易更换，可降低铜公、放电等制造成本且有利于排气，并减少气穴等缺陷的产生，定模及镶件结构如图9所示。动模部分有一块花纹特征，其加工要求较高，需拆成镶件，方便采用加工中心进行加工。另外，动模上两个凸台间的间隙过小，整体铣削时钨钢刀的钻头铣削不完整，而放电加工成本较高。综合考虑，将动模部分拆出三个小镶件，采用镶嵌式型芯，这种结构加工效率高，且装拆方便。同时也针对注塑成型分析中此处易产生气穴缺陷的问题，利用镶件形式增加排气作用。动模及镶件结构如图10所示。

4模具结构

聚光器注塑模具为一模八穴的两板模结构，采用侧浇口形式。为减少热量合压力损失，防止填充不足，采用圆形截面分流道和扇形浇口形式，使熔体进入型腔后在塑件整个宽度方向上均衡分布。为便于模仁加工，改善注塑排气，提高模具寿命，产品尖角易损部位和花纹部分特征的模仁采用镶件结构。为防止推杆转动，保证推出精度，本设计采用带肩推杆结构。模具装配结构如图11所示。

5结论

（1）以Moldflow软件为工具，对聚光器进行了注塑成型分析。通过数值模拟验证了最佳浇口位置，分布合理的料流前锋温度和较好的气穴缺陷控制，为降低企业模具开发成本提供了有益的技术支持。（2）结合塑件结构特征，设计了1模8腔扇形侧浇口进胶，单分型面的模具结构；通过合理设计公、母模镶件，降低模仁加工中铜公、放电等制造成本且有利于排气，并减少气穴等缺陷的产生，为同类产品的模具设计提供了有益的参考。

参考文献

[1]范伟,冯刚.汽车保险杠注塑CAE工艺分析[J].塑料工业,2014(7):50-53．

[2]傅莹龙,邵明朝.儿童安全座椅头枕的双滑块二次抽芯注塑模具设计[J].中国塑料,2020(7):92-96．

作者:许春龙 单位:苏州市职业大学机电工程学院