在地铁建造基坑开挖及地下施工的过程中，需要对坑岩土性状、支护结构变位和周围环境条件的变化进行监测，预测进一步施工后将导致的变形及判定施工对周围环境造成影响的程度[1]。频率计是深基坑开挖检测时不可缺少的设备之一，主要用于测量机械设备的振动位移、速度和加速度。利用频率计所测得的数据，对照相应的计量规程和标准，可确定设备当前所处的状态[2]。由于频率计内部由传感器和电路板构成，需要通过外部的塑料壳体对其进行保护，因此塑料壳体对于频率计的正常运行十分重要。Moldflow是美国Autodesk公司开发的用于模流分析的软件，在模具设计和加工工艺参数确定的过程中应用广泛[3-4]。本实验以某型号频率计为实例，利用Moldflow软件对其塑料外壳的流动平衡性进行了优化分析，得到了可行的注塑方案。1频率计外壳结构分析及工艺参数确定1.1结构分析图1为频率计的三维模型。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F001图1频率计的三维模型Fig.13D model of frequency meter塑件左盖的尺寸为100 mm×20 mm×200 mm，壁厚均匀，平均壁厚2.5 mm，最大壁厚3.163 mm，最小壁厚1.855 mm。塑件右盖的尺寸为100 mm×20 mm×200 mm，壁厚均匀，平均壁厚2.5 mm，最大壁厚3.335 mm，最小壁厚1.891 mm。1.2网格划分网格是Moldflow进行模拟运算的基本单元，在进行模流分析前，应先对模型进行网格划分[5]。图2为网格划分的结果，三角形单元共13 050个，表面积1 033.27 cm2，体积123.375 cm3，纵横比最大为10.43，最小1.16，平均1.84，匹配百分比93.0%，相互百分比91.9%，适合双层面分析。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F002图2网格划分结果Fig.2Mesh results1.3材料选择及工艺参数确定根据塑料本身的工艺参数[6]，初步设定的主要工艺参数为：模具表面温度50 oC，熔体温度220 oC，充填压力90%，其余参数保持系统推荐参数。2浇注系统设计图3为浇口位置分析结果。为了降低熔接线的数量，减小气穴产生的概率，采用单个潜入式浇口。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F003图3浇口位置分析结果Fig.3Gate position analysis result表1为设计的流道系统的注入口、流道和浇口尺寸。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.T001表1流道系统参数Tab.1Runner system parameters区域开始坐标结束坐标描述注入口(55.00, 210.00, -9.00)(55.00, 210.00, -10.00)冷，圆锥形，初始直径3.00 mm，末端直径6.00 mm流道(7.71, 210.00, -10.00)(7.71, 237.76, -10.00)冷，半圆柱形，直径7.00 mm(55.00, 210.00, -10.00)(7.71, 210.00, -10.00)(107.48, 210.00, -10.00)(107.48, 235.15, -10.00)(55.00, 210.00, -10.00)(107.48, 210.00, -10.00)浇口(107.48, 235.15, -10.00)(107.48, 235.15, -37.5)冷，半圆形，直径2.00 mm(7.71, 237.76, -10.00)(7.71, 237.76, -37.50)3注塑分析图4为频率计的左盖和右盖的填充时间。从图4可以看出，左盖和右盖均能够在此工艺参数下完成填充，但是左盖完成填充的时间为2.574 s，右盖完成填充的时间为2.321 s，说明右盖完成填充时，左盖还未充填完成，即两型腔内充填不平衡，不平衡率为9.83%。此种情况易造成两侧的压力不均，从而增加产品不合格的概率。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F004图4填充时间Fig.4Filling time压力降是型腔内各处注射压力的变化情况，压力降不宜过大，否则也会影响塑件的成型质量。图5为频率计外壳的压力降。从图5可以看出，频率计的外壳的压力降最大为47.65 MPa。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F005图5压力降Fig. 5Pressure drop翘曲变形是指塑件外形尺寸发生变化的现象[7]。由于频率计外壳是外观件，需要经常被手握，翘曲变形过大会影响左盖和右盖的装配质量和内部电子元器件的安装布置。图6为频率计塑料外壳的翘曲变形情况。从图6可以看出，外壳的最大翘曲变形量为1.143 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F006图6翘曲变形分析Fig. 6Warpage deformation analysis4优化分析表2为优化后的流道系统参数。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.T002表2流道系统参数Tab.2Runner system parameters区域开始坐标结束坐标描述注入口(55.00, 210.00, -9.00)(55.00, 210.00, -10.00)冷，圆锥形，初始直径3.00 mm，末端直径6.00 mm流道(55.00, 210.00, -10.00)(7.71, 210.00, -10.00)冷，圆柱形，直径7 mm(107.48, 210.00, -10.00)(107.48, 235.15, -10.00)(55.00, 210.00, -10.00)(107.48, 210.00, -10.00)(7.71, 210.00, -10.00)(7.71, 237.76, -10.00)浇口(7.71, 237.76, -10.00)(7.71, 237.76, -37.50)冷，圆锥形，初始直径3.00 mm，末端直径1.00 mm(107.48, 235.15, -10.00)(107.48, 235.15, -37.50)图7为优化后的充填时间。从图7可以看出，左盖和右盖的填充完成时间分别为2.486和2.478 s，相差0.32%，对比原来的9.83%有了较大的改善。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F007图7优化后的充填时间Fig. 7Optimized filling time图8为优化后的压力降。从图8可以看出，频率计的塑料外壳在注塑过程中的压力降最大为37.29 MPa，相比之前的47.65 MPa，降低了21.74%，有了较大的改善。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F008图8优化后的压力降Fig. 8Pressure drop after optimization图9为优化后的翘曲变形。从图9可以看出，频率计的塑料外壳在注塑过程中的翘曲变形最大为1.021 mm，相比之前的1.143 mm，降低了10.67%，有了较大的改善。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F009图9优化后的翘曲变形Fig.9Warpage deformation after optimization图10为得到的试模合格制品。通过试模实践表明，根据Moldflow的模拟分析，可极大地缩短研发周期，满足注塑成型的要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F010图10试模样品Fig.10Trial sample5结论以某型号频率计的塑料外壳为实例，基于Moldflow软件，设计了浇注系统，分析了初始工艺参数下的充填时间、压力降和翘曲变形量，对流道系统进行优化，得到较为良好的流动平衡方案，并根据优化后的工艺参数，进行了试模验证。实践表明，优化的方案能够进行实际生产，缩短研发周期和降低成本，满足注塑成型的要求。