黄海龙++张双
摘要：利用NX10.0软件建立遥控器前壳双色产品三维模型并完成内、外壳的装配，以x_t格式导入AMI软件，进行3D实体网格划分，采用“充填+保压+重叠注塑充填+重叠注塑保压+翘曲”分析序列进行双色注塑成型分析。对比塑件内、外层分析结果表明，内、外层同属中速填充，体积收缩率和翘曲变形量在允许范围内，接合面成型特征能够保证两种材料熔体的有效融合。AMI模拟分析结果为双色注塑模具设计及成型工艺提供了重要的依据。
关键词：双色注塑；AMI；数值模拟；工艺参数
中图分类号：TQ320.63文献标识码：B
Simulation Analysis of Two-colored Injection Molding Process based on AMI
HUANG Hailong， ZHANG Shuang
（Engineering Training Center， Jilin University， Changchun 130025， China）
Abstract： The remote control front shell two-colored product 3D model was created and assembled in NX10.0 software， then it was imported into AMI software as x_tformat， 3D mesh entities were meshed， and two-colored injection molding was simulation analyzed by using the sequence of “Flow + Overmolding Flow + Warp” in AMI software.The results compared plastic inner and outer flow analysis show thatinside and outside layer of plastic belong to medium-speed filling，volume shrinkage and warping deformation were also in the allowable range， the molding characteristics of joint surface could ensure effective fusion of two kinds of material melt. AMI simulation results offered important proof for the design and molding process of two-colored injection mould.
Key words：two-coloredinjection molding；AMI； numerical simulation； process parameters
1 引言
随着塑料工业的发展，人们对塑料制品的需求在逐渐提高，双色注塑成型技术的应用将两种不同颜色或不同性能的材质分别塑化，并按一定的先后顺序或同时注入模具型腔，从而得到两种不同颜色或不同材质的塑料制品。不同颜色或不同材质融合于同一塑料制品，使塑件不仅外观美观，而且能够充分利用不同材料性能的互补，极大地提高了塑料制品的性能和品质。双色注塑成型满足了人们对多样化产品需求，因而得到了快速的发展和广泛的应用[1-2]。
由于双色注塑工艺是两种材料的顺序注射，其成型工艺复杂，且对不同材料之间的黏结性和兼容性要求高，因此如何降低接合面内应力，使不同材料有效交叉融合，提高成型塑件完整性，成为当前双色注塑工艺的研究重点。本文以遥控器前壳双色塑件为例，借助AMI（Autodesk Moldflow Insight）软件的热塑性重叠注射模块对其双色注塑成型过程进行数值模拟分析，获得合适的成型工艺参数，为双色注塑模具设计及成型工艺提供了重要的依据[3-4]。
2产品结构分析
遥控器前壳为典型的薄壁双色塑件，内层厚度1.5mm，内侧有较多加强筋，材料为纯白色丙烯腈（ABS/PC），具有较高的强度、较好的耐温、耐候和成型性；外层厚度1～1.5mm，中间厚，边缘薄，边缘具有光滑过渡圆角，材料为透明的聚甲基（PMMA），具有较高的化学稳定性和透明性能，机械强度高，尺寸稳定。产品由于外层透明，成型过程中要求外层内部不能有明显的气穴和熔接痕，表面不能出现流纹，内、外层黏接牢固，整体翘曲变形要小，与后壳具有较好的配合性。
3有限元模拟
3.1 产品结构模型建立
利用NX10.0软件分别建立遥控器前壳内层和外层三维模型，并直接完成内、外层的装配，由于内层内侧的加强筋和外层外侧周边圆角对塑件整体成型影响甚微，但是会直接影响有限元模型网格划分的质量，故在三维结构模型中直接去除影响有限元模型的加强筋和小圆角，对模型进行简化，之后以x_t格式导出并导入AMI软件[5]。
3.2网格模型建立
在双色成型数值模型分析中，由于需要考虑翘曲变形对遥控器前壳产品质量的影响，因此采用3D网格类型进行网格划分，一次注射（内层）要求无凝料，且外观无瑕疵，采用热流道边缘点浇口进胶，二次注射（外层）材料透明，且要求包覆内层，为便于进胶，且防止过大的剪切导致熔料飞溅，形成流纹和气泡，故外层采用冷流道边缘扇形浇口进胶[6]，内、外层有限元模型如图1所示。
3.3工艺参数设置
成型过程采用AMI软件热塑性塑料重叠注塑中的“充填+保压+重叠注塑充填+重叠注塑保压+翘曲”分析序列进行数值模拟分析，内层材料选用AMI软件材料库中的LG Chemical Lupoy HR5005A，推荐成型工艺：模具温度80℃，熔体温度235℃；外层材料选用AMI材料库中的LG MMA Co Ltd PMMA IH-830，推荐成型工艺：模具温度70℃，熔体温度245℃。内、外层成型采用推荐的模具温度和熔体温度，内层冷却时间2s，外层冷却时间10s，内、外层保压压力90%，其它工艺参数默认。
4试验结果分析
4.1充填分析
从充填分析结果图2可以看出，内层充填时间0.4676s，外层充填时间0.5192s，内、外层同属中速填充，充填时间相近，有利于统筹生产周期，提高生产效率，符合双色成型生产要求[7]。
4.2注射压力分析
从注射位置压力曲线分析结果图3可以看出，内层填充最大注射压力139.7Mpa，外层填充最大注射压力116.4Mpa，在双色注塑机选用时，保证所需最大注射压力应小于注塑机额定注射压力的80%，即选用最大注射压力大于175Mpa的注塑机即可。
4.3锁模力分析
从锁模力曲线分析结果图4可以看出，内层成型最大锁模力41.78t，外层成型最大锁模力66.05t，在双色注塑机选用时，保证所需最大锁模力应低于注塑成型设备最大锁模力的80%，即选用锁模力大于82t的注塑机即可。
4.4体积收缩率分析
从体积收缩率分析结果图5可以看出，内层最大体积收缩率4.204%，外层最大体积收缩率6.614%，从平均体积收缩率分布彩图可以看出外层体积收缩率大于内层体积收缩率。对于双色注塑成型来说，当外层体积收缩率大于内层时，有利于两种材料更好地黏合，可以增强结合面的强度，但是过大的收缩率易引起塑件翘曲变形[8]。
4.5熔接痕分析
从熔接痕分析结果图6可以看出内、外层在流动填充过程中熔接痕出现的位置，查询熔接痕两侧的熔料温度与压力，温度降均在20℃以内，波前压力降较小，故熔接痕两侧料流能够很好融合[9]，基本不会影响塑件内、外层塑件的成型质量，故可以忽略不计。
4.6翘曲变形分析
从翘曲变形分析结果图7可以看出，遥控器双色塑件整体翘曲变形量0.6375mm，并且最大翘曲变形位置位于两端，为进一步减小翘曲变形量，在模具设计时，需加强产品两端部的冷却或者对双色模具进行翘曲变形反补偿修整[10]。
5结论
本文以遥控器外壳为研究对象，利用AMI软件双色重叠注塑模块对双色塑件注塑成型过程进行模拟，通过数值模拟分析结果可以确定遥控器重叠注射成型过程中的注射压力、注射速率、保压压力、保压时间、冷却时间、锁模力等成型工艺参数，预测熔接痕状况，控制产品的体积收缩与翘曲变形，并为冷却系统设计、模具设计、注塑机的选取提供了数据参考。
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