基于CAE/CAD技術(shù)的梳子模具設(shè)計(jì)

王華東

(遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110023)

0 引 言

梳子是人們?cè)谏钪谐Ｓ玫娜沼闷罚P者以梳子模具為研究對(duì)象，提出符合高效生產(chǎn)的設(shè)計(jì)要求，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)計(jì)目的，從澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等方面詳細(xì)講解了設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在CAD軟件中完成建模；利用CAE有限元軟件進(jìn)行了注塑成型的有限元分析，為實(shí)際的注塑成型生產(chǎn)參數(shù)選擇提供了理論參考。

1 梳子模具設(shè)計(jì)

梳子模具裝配圖如圖1所示。本模具為兩板式結(jié)構(gòu)，一模四腔，分流道截面形狀為動(dòng)定模雙側(cè)圓形流道矩形側(cè)澆口，利于減少融料在流道中的熱量損失和流道阻力[1-2]。為了避免注射溶體倒流現(xiàn)象發(fā)生而影響制品質(zhì)量，澆口套流道錐度設(shè)置為4°，為了防止料溫降低過多而產(chǎn)生損耗，澆口套的長度選擇了55 mm。分型面采用單一水平分型面，采用頂桿φ2 mm小頂桿頂出脫模，頂出部位為斜面，既要防止頂桿轉(zhuǎn)動(dòng)，又要防止頂桿與動(dòng)模干涉，所以采用固定板與頂桿之間留有0.1 mm間隙，同時(shí)頂桿臺(tái)階面制成非圓形平面防止轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)定模均采用直通式冷卻水道，水道方向成90°交叉，保障了注塑成型生產(chǎn)效率。Z形拉料桿既可以保障制品留在動(dòng)模上，又便于脫模時(shí)取出制品和流道凝料。制品齒形直徑尺寸較小，長寬尺寸比較大，為了保證制品注射成型，在齒形部采用0.01 mm深度的排氣槽。由于小頂桿細(xì)而長，防止合模損傷，本模具采用彈性先行復(fù)位結(jié)構(gòu)。

圖1 梳子模具裝配圖1.定位圈 2.澆口套 3.定模板 4.定模 5.動(dòng)模 6.頂桿 7.拉料桿 8.頂桿固定板 9.推板 10.導(dǎo)套 11.導(dǎo)柱 12.底板 13.內(nèi)六角圓柱頭螺釘 14.螺紋彎頭 15.軟管 16.彈簧

2 注塑成型有限元分析

注塑成型是一種把塑料材料制成復(fù)雜形狀的產(chǎn)品的成型工藝，整個(gè)過程包括塑料的加熱、注射塑料到模具、塑料在模具中的冷卻及產(chǎn)品的頂出。有限元分析就是對(duì)每個(gè)過程進(jìn)行計(jì)算，為模具的設(shè)計(jì)修改提供參考[3-4]。

2.1 建 模

現(xiàn)在使用的三維建模軟件較多，它們功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長，立體三維軟件已經(jīng)成為模具行業(yè)設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。在三維軟件中建立了梳子模型，如圖2所示，并保存成igs格式。

2.2 有限元分析

2.2.1 最佳澆口位置分析

AMI中的澆口位置優(yōu)化分析可根據(jù)模型的幾何形狀、相關(guān)材料參數(shù)及工藝參數(shù)分析出澆口最佳位置。用戶可以在設(shè)計(jì)澆口位置之前進(jìn)行澆口位置分析，依據(jù)這個(gè)分析結(jié)果設(shè)置澆口位置，從而避免由于澆口位置設(shè)計(jì)不當(dāng)可能引起的制品缺陷。

選擇分析序列中澆口位置命令，在選擇材料中，從彈出的對(duì)話框中的制造商下拉列表框的下三角按鈕中選擇材料的生產(chǎn)廠家為A Schulman GMBH，再從牌號(hào)下拉列表框的下三角按鈕中選擇所需要的牌號(hào)為Polyfort FIPP MKF 4025。在工藝向?qū)?duì)話框中設(shè)置模具表面溫度為80 ℃，熔體溫度為230 ℃。網(wǎng)格劃分之后，開始分析，產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果，及屏幕顯示和最近澆口位置分析結(jié)果圖示。分析結(jié)果示意圖是澆口位置合理性因子分布圖示。當(dāng)因子為1時(shí)，表示這個(gè)位置是最佳澆口位置，因子值越小，澆口位于這個(gè)位置的成型合理性就越小，如圖3所示，梳子的最佳澆口位置為中部，最差位置為手柄部分，根據(jù)模具設(shè)計(jì)要求，雖然澆口最佳位置為梳子中部，但這樣設(shè)置澆口把澆口痕跡留在梳子表面，不夠美觀，所以澆口位置設(shè)在梳子頂部，有圖3可知該處澆口位置也較理想，同時(shí)也滿足美觀于要求。

圖2 梳子模型 圖3 最佳澆口位置

2.2.2 成型工藝分析

在分析中選擇冷卻、填充、保壓、翹曲，在圖形編輯窗口中選擇主流道的頂點(diǎn)為注射位置，完成澆口的創(chuàng)建。文章采用手工方式創(chuàng)建一模四腔，先框選整個(gè)制品，將整個(gè)制品XZ平面鏡像，再框選兩個(gè)制品，鏡像平面選擇YZ平面，參考點(diǎn)為默認(rèn)值不變，完成鏡像，一模四腔創(chuàng)建完成。

完成流道系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)后，開始分析。等待程序運(yùn)行，可以查看分析的過程和分析的進(jìn)度，與分析完成通過查看日記的內(nèi)容一樣。

在計(jì)算結(jié)束后，在方案任務(wù)窗口中“分析結(jié)果”列表下，分析結(jié)果由流動(dòng)(Flow)和冷卻(Cool)兩部分組成，如圖4～6所示。

圖4 回路冷卻液溫度

圖5 平均溫度，零件

圖6 所有因素，變形

圖4中，回路冷卻液溫差為1.67 ℃，低于5 ℃，冷卻水管路設(shè)置合理。如圖5所示，制品溫度雖然溫度差很大，但是高溫分布很較小，整個(gè)制品的溫度分布均勻。如圖6所示，制品變形適中，也可以在生產(chǎn)過程中，適當(dāng)加大保壓時(shí)間來改善翹曲變形。

3 結(jié) 語

設(shè)計(jì)了梳子的模具結(jié)構(gòu)，并在三維軟件中建立梳子的立體模型，將其導(dǎo)入到CAE分析軟件中，進(jìn)行了分析計(jì)算，根據(jù)結(jié)果核實(shí)了梳子模具在冷卻、澆注、注塑位置等設(shè)計(jì)是合理的，整個(gè)研發(fā)過程有很好的注塑模具開發(fā)參考價(jià)值及經(jīng)濟(jì)效益。