基于CAD/CAE技術(shù)的加濕器外殼注射模具設(shè)計(jì)

王曉曉

（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214153）

基于CAD/CAE技術(shù)的加濕器外殼注射模具設(shè)計(jì)

Design of humidifi er shell injection mold based on CAD/CAE technology

王曉曉

（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214153）

分析了加濕器外殼塑件的工藝性，進(jìn)而初步設(shè)計(jì)其注射模具，通過(guò)Moldflow軟件對(duì)模具中的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行模流分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)模具的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，從而縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

注射模具；MoldFlow；模流分析；Ug

注射成型過(guò)程中，塑料熔體在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程是非常復(fù)雜的物理過(guò)程。按照傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法，只能憑借經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)模具，制造出模具后還要反復(fù)進(jìn)行試模、調(diào)整，造成模具設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高，而且難以保證質(zhì)量。隨著注射模具CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展［1～3］，特別是以Moldflow軟件為代表，以模擬分析塑料在模具中的流動(dòng)來(lái)預(yù)測(cè)潛在的缺陷并及時(shí)修改，取代傳統(tǒng)的反復(fù)試模、修模等過(guò)程，從而降低產(chǎn)品制造成本，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

本文針對(duì)加濕器外殼，結(jié)合CAD/CAE軟件設(shè)計(jì)其注射模具，通過(guò)MoldFlow軟件進(jìn)行模流分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)已設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行評(píng)價(jià)，并最終確定模具結(jié)構(gòu)。

1 加濕器外殼工藝分析

如圖1所示，該零件最大外形尺寸為Φ125× 177.25 mm、壁厚為2.5 mm、且外表面不允許有痕跡，因此在設(shè)計(jì)模具時(shí)，考慮采用一模一腔、點(diǎn)澆口進(jìn)料、推桿推出。

2 加濕器外殼注射模具設(shè)計(jì)

2.1 分型面的選擇

由于該塑件有外觀質(zhì)量要求，因此分型面、澆口、推件的痕跡都不能有，因此分型面選擇在圖2的位置。

2.2 成型零件的設(shè)計(jì)

圖1 加濕器外殼外形

圖2 分型面的位置

為了加工、更換方便等方面，采用鑲拼式型芯；塑件外形尺寸較大，為了防止塑件在成型時(shí)變形較大，采用整體式型腔，如圖3所示。

圖3 成型零件的結(jié)構(gòu)

2.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

塑件外觀不能有痕跡，且便于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)、加工方便、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，采用點(diǎn)澆口進(jìn)料，如圖4所示。

2.4 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

該塑件壁厚較薄、且高度尺寸較大，因此采用圓形截面推桿、異形截面推桿相結(jié)合的綜合推出機(jī)構(gòu)推出塑件，如圖5所示。綜上所述并考慮到其他輔助機(jī)構(gòu)，該模具總裝結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖4 點(diǎn)澆口

圖5 推出機(jī)構(gòu)

圖6 模具裝配圖

3 加濕器外殼的模流分析

3.1 塑件網(wǎng)格的劃分

首先將產(chǎn)品導(dǎo)入MoldFlow軟件中，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分質(zhì)量如圖7所示。

3.2 分析模型的建立

按照在Pro/e軟件中設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及尺寸，在MoldFlow軟件中建立相應(yīng)澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，如圖8所示。

圖8 澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)分析模型

3.3 分析結(jié)果

進(jìn)行充填、保壓、冷卻、翹曲分析，分析結(jié)果如圖9所示。

圖9 充填、保壓、冷卻、翹曲分析結(jié)果

從充填分析結(jié)果來(lái)看，充填時(shí)間短；氣穴基本集中在分型面或成型零件的拼合處；縮痕指數(shù)較小；熔接線在塑件的內(nèi)部且較少；因此該澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的較為合理。

從冷卻分析結(jié)果來(lái)看，回路冷卻水入水口、出水口溫度相差很小；塑件溫度差異不大，收縮率較均勻；塑件達(dá)到頂出溫度的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，但塑件尺寸較大，如果冷卻不夠充分的話，塑件很容易產(chǎn)生變形；從翹曲分析結(jié)果來(lái)看，塑件由于角效應(yīng)、冷卻不均引起的變形量很小，但由收縮不均引起的變形量稍大了些且主要集中在塑件的底部，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可通過(guò)調(diào)整冷卻水的速度及在底部增加冷卻回路，可以基本解決這個(gè)問(wèn)題。綜上所述，該塑件注射模具的初始設(shè)計(jì)較為合理。

4 結(jié)論

根據(jù)模流分析結(jié)果對(duì)模具的初始設(shè)計(jì)進(jìn)行分析總結(jié)，從而能得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)和最優(yōu)工藝。實(shí)踐證明，應(yīng)用CAD/CAE軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)可以有效地提高設(shè)計(jì)的效率，降低設(shè)計(jì)缺陷的發(fā)生率，從而縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

［1］ 王文廣. 塑料注射模具設(shè)計(jì)技巧與實(shí)例［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］ 丁國(guó)軍. Moldflow軟件在注射模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］. 模具制造，2008，15（6）： 13～15.

［3］ 俞華英，金杰，呂圣. 基于Moldflow的薄壁注射件的工藝參數(shù)的優(yōu)化［J］. 浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，36（4）：460～464.

圖6 以太網(wǎng)模塊設(shè)置

5 上位機(jī)Niopc硬件組態(tài)及Labview程序編寫(xiě)

首先設(shè)置TCP/IP為固定IP需同以太網(wǎng)設(shè)置的IP地址前三位相同，并且最后一位不同即可，如PLC以太網(wǎng)設(shè)置為192.168.1.40，上位機(jī)的IP地址在這里設(shè)置為192.168.1.100，子網(wǎng)掩碼設(shè)置為255.255.255.0，其他項(xiàng)目設(shè)置為默認(rèn)即可。

5.1 使用labview的ni opc server進(jìn)行與PLC組態(tài)

首先添加一個(gè)通道命名通道名稱(chēng)可以用機(jī)臺(tái)號(hào)，設(shè)置device driver為 Mitsubishi-Ethernet其他默認(rèn)可，在此通道下添加一個(gè)device設(shè)置設(shè)備名稱(chēng)下一步選擇device model為Q Seies，下一步設(shè)置ID為192.168.1.40 N0：255其中192.168.1.40為連接的PLC以太網(wǎng)模塊設(shè)置IP地址一致，其他項(xiàng)目默認(rèn)即可。在該設(shè)備下添加需要的Tag，如PLC中的檢測(cè)數(shù)值、標(biāo)準(zhǔn)值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、狀態(tài)檢測(cè)以及規(guī)格名稱(chēng)等需要的地址值。還有一個(gè)需要特別注意的事項(xiàng)，我在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，如果用同一通道使用幾臺(tái)設(shè)備的話，在一臺(tái)設(shè)備有問(wèn)題時(shí)其他的傳送速率會(huì)受到嚴(yán)重影響。因此在添加下一個(gè)機(jī)臺(tái)時(shí)，應(yīng)添加一個(gè)新的通道，而不是在同一通道下添加新設(shè)備。

5.2 Laview程序編寫(xiě)

下面介紹如何在Labview主程序中編寫(xiě)數(shù)據(jù)運(yùn)算、在文本文件中寫(xiě)入檢測(cè)數(shù)據(jù)及狀態(tài)等。

為了便于快速查詢(xún)檢測(cè)信息、數(shù)據(jù)分析、異常問(wèn)題、每天的檢測(cè)條數(shù)、不合格條數(shù)等，進(jìn)行程序編寫(xiě)把每天的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)文件中，并且能夠做到檢測(cè)數(shù)據(jù)精確到幾點(diǎn)幾分幾秒。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)輪胎胎坯自動(dòng)稱(chēng)量系統(tǒng)檢測(cè)、記錄每一條輪胎的重量，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)半成品的異常情況，及時(shí)處理避免批量事故的產(chǎn)生；能夠完全避免質(zhì)量不合格胎坯進(jìn)入下工序；同時(shí)完整的胎坯稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，能夠支持各工段及時(shí)分析部件的加工精度，既避免因超重而引起的成本上升，又避免了因超輕引起的品質(zhì)不良。

（XS-02）

TQ320.66

1009-797X（2015）13-0072-04

B

10.3520/j.cnki.rpte.2015.13.024

王曉曉（1980-），男，漢族，江蘇無(wú)錫人，上海交通大學(xué)碩士，江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，研究方向，注塑模具設(shè)計(jì)。

2015-05-15