基于MoldFIow的铅酸蓄电池盖注射成型模拟分析

    1 引言

    铅酸蓄电池是广泛应用于汽车、通讯、电力等行业的一种工业产品，随着对产品安全性能的重视，固定型阀控式铅酸蓄电池最新的IEC标准及国家标准均提出了阻燃要求。由于阻燃材料在机械性能、流变性能、热性能等方面的诸多不同，有必要对原有的产品及其成型模具进行改进。注射成型模拟技术是一种专业化的有限元分析技术，它可以模拟塑料注射成型过程中的填充、保压及冷却阶段，它通过预测塑料熔体在流道、浇口和型腔中的流动过程，计算浇注系统及型腔的压力场、温度场、速度场、剪切应变速率场和剪切应力场的分布，从而可以优化浇口数目、位置和注射成型工艺参数。经过30多年的发展，注射成型CAE技术已经给这个行业带来了巨大的变化，从根本上改变了传统的生产方式，大大提高了产品质量，缩短了生产周期，降低了生产成本。

    塑料注射过程中形成的内应力，会导致产品翘曲变形，同时，残余应力也可能使制品在使用过程中过早失效。塑料在料筒中的塑化不均匀、熔体在充模流动中受到剪切与取向作用、非均匀冷却、塑料熔体的结晶作用和制品的不良脱模等作用，都有可能产生内应力。注射过程中熔体温度、模具温度、注射压力、注射速度、保压压力及时间均会影响内应力的大小。模具的浇口大小、流道设计、冷却系统设计及顶出系统设计也会影响到制品的内应力。本文应用MoldFlowPlastic Insight软件对型号为12V一33Ah的阀控式蓄电池盖进行阻燃ABS材料的注射成型模拟分析，通过对材料的选择、注射模浇注系统及冷却系统的优化，针对阻燃ABS材料的特点，寻求更适合于阻燃材料的浇注系统及注射工艺。

    2 蓄电池盖建模及材料选择

    蓄电池盖采用Solidworks建模，简化了一些小的圆角，保存为iges格式，导入MPI软件中划分fusion网格，作为对象模拟分析的模型输入。图l、2为12V一33Ah阀控式铅酸蓄电池盖的外观图，其中中间的6个圆孔为注液孔，采用螺纹连接及O型圈与安全阀配合密封，因此注液孔内部凸台会受到向下的压力，外侧的两个孔为端子引出孔，产品前后两侧有抠手方便搬运，背部分布沟槽用于灌注粘接剂与蓄电池槽密封。产品大部分部位的厚度为2．5mm，背部用于灌胶部位的肋厚度为1mm。

    阀控式铅酸蓄电池盖采用ABS材料注射而成。商品化的阻燃级ABS大多为卤系阻燃，相对于通用级ABS而言，抗冲击强度、断裂伸长率降低，热稳定性下降，加工时更易降解翻。表1所示为3种阻燃ABS的机械性能。

    图1  12V-33Ah阀控式铅酸蓄电池盖(正面)    图2  12V-33Ah阀控式铅酸蓄电池盖(背面)

    表1 3种阻燃ABS的机械性能对照表

    图3为3种阻燃ABS在220℃时的粘度一剪切率对比，由图3可以看出，在相同的剪切条件下，KumhoHFA 700具有最小的粘度，意味着注塑时注射压力更小，结合机械性能数据，在分析中采用此材料。

    图3  220℃粘度一剪切率对比(Kumho HFA700(曲线1),奇美PA 765(曲线2),Daicel Set91(曲线3))

    3 基于MoIdFlow的成型分析

    3.1 流道系统的优化

    由于两侧抠手设计，此部位在模具中必然存在侧向芯块，如产品采用侧浇口只能采取单边侧浇口的方式，此方案流程过长，且模具中心与浇注中心不重合，易产生单边锁模不严的问题，因此产品采用三板模点浇口设计，出于产品外观的考虑，浇口设置在注液孔中的凸台边缘。初始流道及改进后的流道分别如图4,图5所示。