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浅谈展板支架注塑模具设计优化

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摘要:分析了展板支架连接件的结构特点,运用UG完成了注塑模具的设计,模具采用一模两腔结构,型腔采用点对称方式布置,针对塑件结构复杂的特点,合理设计了分型面和脱模机构。针对塑件孔槽较多的设计难题,每个型腔分别布置了三个不同方向的侧抽机构和一个内抽芯机构对孔槽进行成型。冷却水道选用“C”形布置,利用Moldflow软件对塑件进行了模拟分析,确定了最佳浇口位置,并对冷却效果进行了模拟,模拟结果显示,塑件的翘曲变形较小且气穴数目较少。运用CAD/CAE进行模具设计,设计的模具各个侧抽之间无干涉,运行稳定,并能有效缩短设计周期,降低生产成本,该模具的设计为其它同类型注塑模具设计提供了参考。

关键词:注塑模;模具设计;Moldflow;UG

塑料制件与传统的金属制件相比具有质量轻、成本低、耐腐蚀性强、可塑性好等优点,因此塑料制件在生产与生活当中的应用越来越广泛[1]。随着注塑技术的不断发展,注塑模具已经占模具总量的50%以上[2–3],为了进一步满足现代模具行业的发展需要、提高生产率,CAD/CAE/CAM辅助模具设计越来越受到工程师们的重视[4]。笔者针对展板支架连接件结构复杂,强度要求高的特点,选用了滑块内抽芯和电机侧抽芯的成型机构来成型塑件,由于侧抽方向不一致,并且侧抽芯的轴线在开模面上,因此选择数控铣床代替钻床对侧抽导向孔的加工成型。运用UG注塑模具模块设计出完整的注塑模具,并通过Moldflow对连接件成型工艺进行分析,为同类型的模具设计提供了参考。

1塑件结构分析

图1为连接件三维模型示意图。塑件总体尺寸为115mm×106mm×50mm,平均壁厚为2.05mm,体积为57848mm3。塑件材料为30%玻纤增强聚丙烯,其密度为1.12g/cm3,收缩率为0.9%~1.1%,热变形温度为165℃[5]。以图1坐标系为参考,对塑件结构进行分析,塑件中L1,L2是位于结构内部的两卡扣,且和z轴方向存在角度,不能直接通过型腔成型,需设置内抽芯机构来进行成型。D1,D2,D3为三个不同方向的深孔,D1,D2孔位于xoy平面上,分别与x轴成不同的角度,需要布置不同方向的斜抽芯机构。D3孔的侧抽芯方向与D1,D2的方向不一致,无法在同一方向进行抽芯,需要单独布置侧抽芯机构。由于孔数量较多,且方向不一致,不适合选用导柱滑块式侧抽芯机构,故侧抽芯系统选定为电机滑块机构。

2注塑模结构设计

2.1分型面选择

分型面的选择对塑件成型质量有着至关重要的影响,通常分型面选择在最大轮廓处。根据塑件结构特点,以上表面为主分型面,孔D1,D2的外圆轮廓为辅助分型面,得到的分型面如图2所示。

2.2侧向抽芯机构设计

通过对塑件的结构分析可知,塑件上D1,D2,D3三个孔需要布置三个侧抽机构。由于D1,D2,D3孔不在同一平面内,导致分型面不是一个平面,因此抽芯机构的布置十分困难,布置不合理不仅会影响模板的强度,而且还会导致在抽芯过程中发生干涉[5]。因此笔者放弃了传统的导柱滑块式侧抽芯机构,选择了电机导杆来进行成型。模具的侧抽芯机构如图3所示,两型腔采用点对称布置的方式,减小了模具的尺寸,侧抽导杆通过固定板固定在滑块上,并与电机相连,用来成型D1,D2,D3孔。D1,D2,D3孔较深,斜度也比较大,如果直接在模板上加工出抽芯方向上的导向孔不仅会破坏模具的结构精度,同时会增大加工难度[6],因此为了保证模具的整体质量与精度,提高模具的使用寿命,斜抽芯的导向块采用镶拼的方式布置,如图4所示。图4a中镶块A,B,C分别为D1,D2,D3孔的斜抽芯导向块,在A,B两镶块上加工出垂直于抽芯方向的平面用于固定电机。导向孔通过数控铣削加工得到,导向块通过螺栓固定在模板上。采用镶拼方式布置导向孔和导向块,加工方便,不仅可以提高导向精度,还保证了模板的强度。卡扣L1,L2位于塑件内部且和开模方向存在一定角度,若通过型芯直接成型,模板的加工难度大大提高,无法采用导柱滑块机构进行成型,因此将卡扣侧向抽芯机构设计成如图5a所示的结构,侧抽D,F上端与导向块为间隙配合,并且可以在燕尾槽内移动,通过导向块上端的螺钉固定在模板上。侧向抽芯机构工作原理如图5b所示,开模时定模与动模首先完成分离,上模继续上行的同时,D,F在导向块的作用下运动,由于存在横向力,D,F会沿着导向块向上移动,完成内抽芯。回程时,D,F在滑块的导向下复位,模具闭合,为下一次工作行程做准备。

2.3脱模机构设计

开模时,塑件在顶出机构的作用下顶出,其中最常见的顶出机构为顶出杆。模具的脱模机构如图6所示,13根直径6mm的顶出杆相对均匀分布在靠近筋板和拐角的位置,既可以有效克服塑件对型芯的包紧力完成脱模操作,还能够尽可能地保证塑件的表面质量。

3塑件成型工艺分析

3.1浇口位置选择

运用Moldflow对塑件进行了网格划分,共生成377440个双面层网格,经过网格修复后,最大纵横比6,最小纵横比1.16,平均纵横比1.99,匹配率为82.5%,可以进行后续的模拟[7,8]。图7a为利用Moldflow进行浇口匹配性和流动阻力分析的结果,结果显示在靠近塑件中心位置填充性最好,若选在塑件中心,分浇道的开设需要穿过模板,不仅影响模板的强度,而且大大提高了加工难度,同时为了提高生产效率,选用了一模两腔的布置,故将浇口位置选取在两侧,浇口位置如图7b所示,在此位置开设浇口能够保证塑料熔体迅速均匀地填充模具型腔,降低了型腔的加工难度。

3.2冷却系统的设计

冷却系统的布置对塑件表面质量和成型能力有着十分重要的影响[9]。结合塑件的分布特点,设计了一套如图8a所示的“C”型冷却水路,通过钻床加工出两个直孔,外部通过橡胶管进行连接,加工简单方便。出水口和入水口的温度差反映了冷却系统的冷却能力,通常冷却水道进出口水的温差不能超过3℃[9–12]。回路冷却温度分析结果如图8b所示,进出口冷却液温度差为0.98℃,远远小于3℃,符合模具设计要求。

3.3成型质量分析

通过Moldflow软件模拟得到的塑件翘曲变形和气穴分布如图9所示。由图9a可知,塑件的最大翘曲变形量仅为0.55mm,符合塑件的精度要求。从图9b可以看出气穴数量较少,且主要分布在孔D1,D2,D3周围的箭头所示位置,可以通过侧抽间隙等进行排气消除,故不会对塑件的质量产生影响。

4模具结构设计

结合上述分析结果,设计出一套完整的注塑模具,装配图如图10所示。模具为一模两腔结构,型腔呈点对称布置,设置了三个方向的斜抽芯完成斜孔的成型,镶块和上模板上的半圆柱通过铣削工艺加工成型。在上模板上布置导向块内抽芯机构完成卡扣的成型。为保证模具结构的稳定性和导向精度,导柱采用非对称式的布置。模具的结构示意图见图11,注塑机完成填充保压和冷却后,动模板在注塑机的带动下往开模方向移动,同时电机启动完成侧抽,随着动模板的运动,内抽芯在导向块的作用下完成对卡扣的成型,塑件在顶料杆的作用下被顶出后,模具开始闭合,为下一周期注塑做准备。

5结论

运用UG设计了一套展板支架连接件的注塑模具,模具采用一模两腔布置,两个型腔为点对称布置形式,每个型腔设置了三个不同方向的斜抽芯完成深孔的成型,导柱导套采用非对称性布置,模板整体采用镶拼式结构,既降低了加工难度,又提高了模板的强度。通过Moldflow对塑件进行分析,确定了浇口位置,完成了冷却系统的设计,塑件的翘曲变形量符合设计要求,且模具整体布局合理,结构设计新颖。

作者:任永胜 孙世臣 田玉晶 韩旭 赵而团 单位:山东理工大学机械工程学院

浅谈展板支架注塑模具设计优化责任编辑:张雨    阅读:人次
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