格力空调：双色面板在Moldflow仿真分析中的变形改善研究
0 引言
1 制品结构分析
面板的外观要求：边角不能有尖角和飞边，圆角过渡要平缓；平面不能出现较大的拱起和塌陷，要求拱变形≤2mm，塌陷变形≤0.5mm；外观面要平滑透明，不能有困气、亮斑、黑点和熔接线。
基底料厚分析如图2所示，局部减薄的显示窗位于第1次注射面板上，第1次注射主体壁厚为2.0mm，显示窗主体壁厚为1.0mm，尺寸为107mm×56mm，距离制品边缘92mm，减薄区域至主体壁厚区域需渐变过渡。
覆盖层料厚分析如图3所示，第2次注射主体壁厚为1.9mm，宽度方向距离边缘浇口35mm，壁厚为2.5mm，以便于引导第2次注射的熔体，防止冲熔第1次注射成型的制品。
2.1 有限元模型建立
2.2 制品充填模拟和变形分析
（1）面板基底浇注系统确定。基底作为面板的装配结构和支撑骨架，浇口位置的设计如图5所示。由于基底的可见面均为外观面，采用热流道和点浇口的进料方式，点浇口直径为φ1.0mm，面板的总长为915mm，在长度方向每2个浇口间的流长不超过200mm，且G1与G2浇口间为面板显示区，该处局部减薄，为减小基底的最大注射压力，需要在减薄区多增加1个浇口，最终确定采用6个浇口同时进浇，模流分析如图6所示，G1、G2与G3三个浇口间在充填时会出现困气，无法通过分型面排气，在模具设计时，该位置动模侧设计排气镶件。浇口同时进浇会产生5条熔接线，如图7所示，由于第2次注射PM?MA材料，熔体温度为250℃，直接作用在第1次注射成型的制品上，可以将熔接线淡化，不影响外观效果。
面板覆盖层的浇口位置设计如图8所示，充填分析结果如图9所示。由于覆盖层为面板的外观，外观表面不能出现浇口断点、亮斑、困气和熔接线等缺陷，采用热流道转侧浇口的进料方式，7个浇口采用时序控制依次进浇（其中G8浇口先打开），另外由于面板宽度尺寸较大，单侧注射会导致注射压力过大，为减小注射压力及防止第1次注射成型基底被高压熔体冲熔，需将侧浇口设计为长条状浇口，待熔体注射完成后，需采用机加工去除长条浇口凝料。
（2）充填工艺参数分析。对面板基底和覆盖层分别进行充填分析，得到相关的工艺参数如表3所示。由表3可知，面板基底和覆盖层的充填时间分别为1.6s和3.5s，充填时间较短；因成型双色制品的限制，基底最大注射压力为104.5MPa，去除浇口压力后型腔压力为57.81MPa，注射压力损失在流道中；第2次注射压力为99.22MPa，去除浇口压力后型腔压力为85.02MPa，两型腔压力在100MPa内，流动前沿温度低于材料分解温度，浇注系统的设计方案及注射工艺参数的设定可以满足生产要求。
（3）面板变形结果分析。由于空调面板的基底要通过卡扣与罩壳进行装配，具有严格的变形要求，脱模方向的拱变形≤2mm，塌陷变形≤0.5mm，图10所示为面板在脱模方向变形分析结果。由图10可知，面板在脱模方向呈整体拱变形趋势，制品上面的变形量约为-4.10~2.19mm，共计6.29mm，超出装配尺寸要求。
2.3 预变形量的确定及结果验证
模具预变形是将型腔设计为成型制品变形的反方向，相当于对变形进行补偿，使脱模后的制品变形量达到质量要求，传统模具依靠经验设计，但是模具需反复修改，甚至报废。设计预变形时选择相反方向，预变形比例因子需结合制品结构特征，具体为制品长度方向的拱变形对装配影响最大，因此对制品长度方向进行预变形设计。
模具设计预变形后，制品结构发生变化，相同工艺参数下，制品在模具型腔中收缩与之前不一致，变形量也会发生改变，因此制品预变形并不能按照1∶1比例因子进行设计。依照传统设计经验，按照变形量结果的60%进行预变形设计，成型制品可以满足变形要求，具体预变形量为6.28×0.6=3.768mm，取整后预变形量设计为4mm，如图11所示。将预变形后的模型导入Moldflow软件中，进行模流分析，预变形分析结果如图12所示。预变形后制品变形量约为-2.67~1.60mm，共计4.27mm，预变形后分析变形量依然较大。由于设计了4mm的反向预变形，预测最终制品平面度变形在2mm内，尝试按照4mm预变形量制造模具，第1、2次注射的模具结构如图13、图14所示。
双色面板注射模结构如图15所示，模具工作过程：第1次合模注射，制品材料为白色PC，采用热流道转潜伏式浇口进料，第2次注射材料为透明PM?MA，热流道转侧浇口进料，设计预变形的第1次注射熔体充满型腔成型后，半成品位于动模，随即开模，此时不推出半成品，动模旋转180°后合模，第2次注射透明PMMA材料覆盖到第1次注射的半成品上，制品冷却收缩后，开模推出，机械手在第2次注射动模一侧取件，实现自动化生产。经过试模验证，制品成型合格，冷却时间控制在30s，成型效率得到提升，实际成型的制品如图16所示。
介绍了Moldflow仿真软件对空调分体机双色面板成型仿真分析的方法，通过仿真分析指导模具预变形设计，对预变形后的模型进行迭代分析，预测最终变形结果，为缩短模具开发周期、降低模具制造成本、解决制品变形、提高生产效率及制品质量提供技术支撑。
▍原文作者：赵庆晨， 李遂杰， 陈瑞珠， 陈红星
▍作者单位：珠海格力精密模具有限公司
