玩具殼蓋CAE流道平衡分析與注塑模具設(shè)計論文
摘要：通過對卡通玩具殼蓋的結(jié)構(gòu)的分析，設(shè)計出能夠安裝在角式注塑機(jī)上的一模八腔、角式結(jié)構(gòu)注塑模具。為了減少多模腔產(chǎn)品的各腔差異，運(yùn)用ＣＡＥ軟件流道平衡分析，使所有流動路徑內(nèi)的壓力降均相同，所有型腔同時填充，型腔保壓均勻，獲得了一致的體積收縮率，提高了塑件的質(zhì)量。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，開、合模動作穩(wěn)定可靠，制品能夠順利脫模，塑件精度較高，產(chǎn)品質(zhì)量能夠完全達(dá)到客戶要求。
關(guān)鍵詞：玩具殼蓋；ＣＡＥ；流道平衡；角式結(jié)構(gòu)；注塑模
在我國塑料玩具制品的生產(chǎn)領(lǐng)域中，注塑工藝具有技術(shù)成熟度高、產(chǎn)品成型質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)和熔融成型時塑料分子間粘合緊密等優(yōu)點(diǎn)，市場上８５％以上的玩具制品都是利用注塑工藝來生產(chǎn)的。但是不同廠家生產(chǎn)的塑料基材質(zhì)量參差不齊，部分模具結(jié)構(gòu)設(shè)計滯后，產(chǎn)品老化嚴(yán)重，這都影響了產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)與創(chuàng)新。本文首先利用軟件進(jìn)行ＣＡＥ分析，得出優(yōu)化參數(shù)，然后設(shè)計模具結(jié)構(gòu)并試模生產(chǎn)。
１塑件工藝分析
玩具殼蓋的材料為ＰＰ，有２０％Ｔａｌｃ填充物，收縮率為０．５％，材料具有很好的流動性與自潤滑性〔１〕，塑件最大處尺寸為１３１．２ｍｍ×２１．７ｍｍ×１３．９ｍｍ。卡通玩具殼蓋產(chǎn)品內(nèi)有２．０ｍｍ厚度的十字型加強(qiáng)筋，壁厚２．５ｍｍ，ＭＴ６，屬于中級精度〔２〕，自定設(shè)計未注圓角Ｒ，需保持外表面光滑、無痕，幾何外形美觀，產(chǎn)品允許有１°～３°的拔模斜度，超大批量生產(chǎn)。產(chǎn)品具體尺寸如圖１所示。產(chǎn)品三維外觀如圖２所示。
２模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)玩具殼蓋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸及生產(chǎn)要求，將產(chǎn)品按順序均布于模具中心，采用一模八腔、側(cè)澆口結(jié)構(gòu)。分型面主要從脫模考慮，選擇在最大截面處，分型面與塑料熔體主流道面在同一個面上。選擇此種結(jié)構(gòu)目的是為了產(chǎn)品的加工中心部分不留澆口痕跡，因為產(chǎn)品表面需保持外表面光滑、無痕，幾何外形美觀。為了安裝此模具，選用角式注塑機(jī)。角式注塑機(jī)是注塑機(jī)的注射方向和模具開、合模呈直角，角式注塑機(jī)占地面積比臥式注塑機(jī)小，放入模具內(nèi)的嵌件不容易傾斜落下。根據(jù)塑件在模腔的排布，設(shè)計出動、定模型腔和動、定模座板以及模架型號，同時在模板上設(shè)計冷卻系統(tǒng)，采用推桿推出機(jī)構(gòu)和復(fù)位桿復(fù)位機(jī)構(gòu)〔３－４〕。
３塑件
ＣＡＥ分析流道平衡是指模具在一模多腔（Ｍｕｌｔｉ－Ｃａｖｉｔｙ）充填時，需要流道保證平衡，使塑料熔體同時填滿每一個模腔，以保證各模腔成型塑件的.質(zhì)量一致性。通過采用平衡流道，可獲得統(tǒng)一的產(chǎn)品填充時間，從而使得產(chǎn)品頂出時的體積收縮率相同，得到一致的體積收縮率，使得同一模具注塑的塑件質(zhì)量相同。本文設(shè)計了人工平衡式澆注系統(tǒng)，需要運(yùn)用ＣＡＥ分析軟件對產(chǎn)品進(jìn)行最佳流道平衡模擬，以確定流道合適的尺寸，從而使流體平衡地流動到型腔。執(zhí)行流道平衡分析結(jié)果，以確保對每個型腔都在施加相等壓力的同時，所有流動路徑內(nèi)的壓力均同時下降，填充好所有型腔。平衡的流道其剪切熱可控，可在不采用高熔體溫度的情況下，將應(yīng)力等級降至最低，且流道材料體積相對于型腔體積最小，從而達(dá)到流道系統(tǒng)中可能的最高壓力降，提高了塑件質(zhì)量。最終模擬結(jié)果如圖３所示。ＣＡＥ流道平衡分析顯示，流道平衡后的產(chǎn)品填充時間、頂出時的體積收縮率相同，獲得了一致的體積收縮率，降低了同一模具注塑的塑件在質(zhì)量上的差異。玩具殼蓋材料為ＰＰ，成型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征為復(fù)雜殼體類零件，在成型過程中壁厚容易出現(xiàn)填充流速不均、部分型腔填充不滿、補(bǔ)縮、縮痕、氣穴和應(yīng)力集中等缺陷，因此分析了產(chǎn)品的流動前沿溫度、填充末端總體溫度、氣穴位置和回路冷卻液溫度等工藝參數(shù)。模擬結(jié)果顯示：填充末端總體溫度２３５．７，小于ＡＢＳ材料最大允許溫度２４０；填充過程流速均勻且充滿型腔，無明顯氣穴、真空包和熔接痕，局部氣穴可通過分型面和頂桿孔排氣；冷卻回路溫度差在２以內(nèi)，符合設(shè)計要求，且冷卻回路熱去除熱效率較高〔５〕。
４模具工作過程
圖４為卡通玩具殼蓋模具結(jié)構(gòu)，采用角式結(jié)構(gòu)注塑機(jī)。模具工作過程如下：注塑機(jī)注塑、保壓、補(bǔ)縮、冷卻結(jié)束后開模，模具由分型面Ｉ處上下打開，塑件露出；待模具完全打開后，注塑機(jī)頂桿頂出，推動模具推出機(jī)構(gòu)推板１８向前移動，由安裝在其中推桿１６推出塑件澆注系統(tǒng)凝料，完成塑件及凝料的頂出動作；塑件脫模結(jié)束與再次合模前，由于注塑機(jī)頂桿先行撤回，安裝在推出機(jī)構(gòu)的復(fù)位桿３的壓縮彈簧４展開，推動推桿固定板１７和推板１８向后運(yùn)動，推桿１６和拉料桿２１安裝在推桿固定板１７和推板１８之間，也隨之運(yùn)動，即推出機(jī)構(gòu)完成先行復(fù)位，設(shè)計的支撐柱Ⅰ和支撐柱Ⅱ除了對型腔板起到支撐作用外，同時為３２個推桿提供導(dǎo)向定位作用；合模時，注塑機(jī)動模座板１向上移動，導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)保證了模板的精確導(dǎo)向定位，型芯、型腔錐面塊定位保證模具精準(zhǔn)合模，注塑開始，進(jìn)入下一個工作循環(huán)。最終卡通玩具殼蓋產(chǎn)品如圖５所示，外表面光滑無痕、填充飽滿，幾何外形美觀，尺寸精度高。將該產(chǎn)品樣品交予客戶，客戶進(jìn)行了相應(yīng)檢測。檢測結(jié)果顯示樣品合格，并進(jìn)行了大批量生產(chǎn)。
５結(jié)論
本文通過分析塑件結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計了一模八腔的角式注塑模具結(jié)構(gòu)。選用流道平衡澆注系統(tǒng)，并運(yùn)用ＣＡＥ模擬流道平衡成型過程，多次調(diào)試參數(shù)，優(yōu)化了多腔模具各腔的填充溫度、時間、壓力以及回路冷卻液溫度、收縮率和氣穴位置。卡通玩具殼蓋整套模具設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)動作穩(wěn)定可靠，在生產(chǎn)過程中，注塑效果良好，制品脫模順利，最終產(chǎn)品的精度能夠完全達(dá)到客戶的要求。
參考文獻(xiàn)：
〔１〕塑料模具技術(shù)手冊編委會．塑料模具技術(shù)手冊〔Ｍ〕．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，２００５．
〔２〕程軍．通用塑料手冊〔Ｍ〕．北京：國防工業(yè)出版社，２００７．
〔３〕田福祥．先進(jìn)注塑模設(shè)計評注〔Ｍ〕．北京：機(jī)械工業(yè)社出版，２００８．
〔４〕喬女．人字齒注塑模設(shè)計〔Ｊ〕．輕工機(jī)械，２０１３（４）：６８－７０．
〔５〕喬女．瓶坯注塑成型模擬及模具設(shè)計〔Ｊ〕．模具技術(shù)，２０１２（６）：２５－２７
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