基于UG和Moldlfow的散熱板格柵熱流道疊層注塑模具設(shè)計(jì)

熊江，易良培

（重慶三峽職業(yè)學(xué)院，重慶404155）

0 引言

相對(duì)于普通的一模單腔或多腔模具，疊層模具通常采用兩個(gè)或者多分型面實(shí)現(xiàn)模具的開模，能夠同時(shí)滿足不同模具層級(jí)關(guān)系的型腔內(nèi)塑件的成型，且塑件成型質(zhì)量差異性小。疊層模具對(duì)于傳統(tǒng)模具，在鎖模力上的增幅提高了將近10%，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得同等噸位下的注塑機(jī)可以最大效率地進(jìn)行生產(chǎn)，極大地提高了注塑機(jī)的利用率，多層模具組合在一起，針對(duì)需要制造多套模具的情況，可以極大地縮短模具制造周期，降低模具制造成本，是注塑模具發(fā)展與優(yōu)化的一種前沿技術(shù)方向，此研究方向?qū)τ谔岣呶覈?guó)模具制造技術(shù)有非常重要的意義。

1 塑件工藝分析

本文設(shè)計(jì)的塑件為電器類散熱格柵，主要用于電器散熱葉片的防護(hù)，整體為一個(gè)矩形，塑件外形尺寸為330 mm×250 mm×33 mm，塑件表面光滑，為了保證外觀質(zhì)量，需要澆口痕跡小、塑件壁厚均勻，但內(nèi)部加強(qiáng)筋多、網(wǎng)格分布密集，設(shè)計(jì)中需要注意均勻頂出脫模，該塑件為大批量生產(chǎn)，精度要求一般，采用ABS工程塑料，具有較高的強(qiáng)度，保證了塑件的使用壽命，塑件如圖1所示。

2 Moldlfow澆注系統(tǒng)工藝分析

針對(duì)散熱格柵進(jìn)行最佳澆口分析，確定澆口位置，經(jīng)過(guò)分析得知澆口位置位于塑件中心處，如圖2所示。

圖1 塑件圖

單點(diǎn)澆口充填速度較慢，根據(jù)圖2結(jié)合實(shí)際分析結(jié)果進(jìn)行澆口優(yōu)化方案，本設(shè)計(jì)采用多點(diǎn)式均衡式澆口，提高注射效率，澆口位置設(shè)計(jì)如圖3所示。

根據(jù)疊層模具特點(diǎn)，進(jìn)行疊層模具澆注系統(tǒng)完善，并運(yùn)用Moldlfow有限元進(jìn)行充填工藝性分析，本次分析采用ABS塑料，具體材料參數(shù)如表1所示。注塑工藝參數(shù)如表2所示。

圖2 最佳澆口位置

圖3 優(yōu)化后澆口方案

表1 ABS材料參數(shù)

表2 注塑成型工藝參數(shù)

設(shè)定完成材料參數(shù)和工藝參數(shù)后經(jīng)過(guò)Moldflow分析，該澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)充填均勻、快速，滿足要求，充填時(shí)間為9.489 s，流動(dòng)前沿溫度變化在223.7～231.1 ℃之間，溫度相差值4 ℃內(nèi)，如圖4、圖5所示。

圖4 疊層模充填時(shí)間分析結(jié)果

圖5 流動(dòng)前沿溫度分析結(jié)果

圖6 鎖模力變化圖

圖7 注射位置處壓力變化圖

鎖模力XY變化圖峰值最大值為130 t左右，注射位置處壓力XY圖變化峰值為80 MPa，如圖6、圖7所示。

綜上所有Moldlfow 分析數(shù)據(jù)結(jié)果，本套疊層模具充填均勻，上下兩層注塑成型質(zhì)量相同，成型時(shí)間相同，流動(dòng)前沿溫度損失小，鎖模力與注射壓力相對(duì)于普通模具有適當(dāng)增加，采用疊層模具進(jìn)行散熱格柵的注射生產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)2倍效率的提升。

3 散熱格柵注塑模具設(shè)計(jì)

3.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)分析所得澆注系統(tǒng)形式，采用熱流道澆注系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，熱流道系統(tǒng)可以保持流道內(nèi)熔融狀態(tài)下的凝料溫度恒定，且相對(duì)于普通冷流道無(wú)流道廢料產(chǎn)生，大大地降低了材料成本，同時(shí)熱流道系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)熱嘴溫度調(diào)節(jié)與進(jìn)澆時(shí)間控制，可以極大地提高注塑工藝在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)時(shí)的改善與優(yōu)化，熱流道系統(tǒng)由分流道板、熱嘴、溫度控制系統(tǒng)組成。

由于本設(shè)計(jì)為疊層模具，所以采用了2組熱流道澆注系統(tǒng)，為保證在中心處進(jìn)澆，還考慮模具結(jié)構(gòu)增加連接熱嘴。采用UG進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 熱流道澆注系統(tǒng)

3.2 成型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

疊層模具的型芯和型腔設(shè)計(jì)方面采用鑲嵌式，有利于機(jī)械加工工藝性的實(shí)現(xiàn)，再根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)采用UG分模，設(shè)置最大端面處為分型面，設(shè)置材料收縮率為1.005，分模后成型零件長(zhǎng)寬尺寸為320 mm×400 mm，成型零件結(jié)構(gòu)如圖9、圖10所示。成型零件鋼材采用NAK80高級(jí)鏡面塑膠模具鋼，具有非常好的拋光性，滿足表面外觀質(zhì)量要求，該材料屬于預(yù)硬模具鋼材，硬度為37～43 HRC，價(jià)格適中，壽命長(zhǎng)久，適合大批量生產(chǎn)的塑膠產(chǎn)品。

圖9 模具型腔

圖10 模具型芯

3.3 脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

疊層模具相對(duì)于傳統(tǒng)的注塑模具結(jié)構(gòu)，需要對(duì)應(yīng)增加頂出脫模機(jī)構(gòu)，采用注塑機(jī)開模動(dòng)力源提供開模動(dòng)力實(shí)現(xiàn)塑件的脫模，單個(gè)塑件采用25根圓形截面φ5頂桿均勻分布在塑件的加強(qiáng)筋上，實(shí)現(xiàn)頂出力的均勻分布，如圖11所示。

圖11 頂桿脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.4 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑件整體為矩形偏平板類塑件，中間有熱流道熱嘴，需要使得水道遠(yuǎn)離澆注系統(tǒng)均勻冷卻，防止?jié)沧⑾到y(tǒng)過(guò)快的損失注射溫度，四周采用環(huán)繞式冷卻水道，型芯型腔各一組均勻冷卻，冷卻水道直徑為φ10 mm，采用標(biāo)準(zhǔn)銅嘴與外部水管連接，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖12所示。

圖12 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.5 模架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

疊層模具無(wú)法采用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模架大水口或細(xì)水口系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模架，結(jié)合熱流道系統(tǒng)增加熱流道板、中間墊板，前模部分增加面針板、底針板、復(fù)位桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)上層塑件的脫模，模具動(dòng)定模板長(zhǎng)寬尺寸為550 mm×650 mm，定模板厚度為120 mm，動(dòng)模板厚度為100 mm，墊塊高度為120 mm。模具最大長(zhǎng)寬高尺寸為650 mm×650 mm×900 mm。

3.6 傳動(dòng)與順序開模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在注塑完成后，疊層模具需要考慮兩層模具同時(shí)傳動(dòng)與開模、同時(shí)頂出脫模的結(jié)構(gòu)功能，本設(shè)計(jì)中在模具左右兩側(cè)中心采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同步開模，中心大齒輪固定在模具中心板上，兩個(gè)齒條分別固定在對(duì)應(yīng)上下層的模板上加銷釘定位增加精度，如圖13所示。

圖13 齒輪齒條同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

頂針板的同步采用拉板結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)模具達(dá)到頂出行程要求后，拉板頂端T形扣位與中心板上限位塊接觸，模具繼續(xù)開模的同時(shí)，拉板末端帶動(dòng)頂針板、圓形頂桿頂出塑件，實(shí)現(xiàn)塑件與模具型芯的分離，如圖14所示。

此處設(shè)計(jì)相對(duì)于一般疊層模具中采用的液壓油缸傳動(dòng)裝置，更加穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)也更加簡(jiǎn)單，維修保養(yǎng)與制造成本低。

圖14 拉板開模機(jī)構(gòu)

3.7 模具工作過(guò)程

熔融狀態(tài)下的凝料經(jīng)過(guò)熱流道分流板27、24，熱嘴23、25、26，到達(dá)模具型腔內(nèi)，經(jīng)過(guò)保壓、冷卻后成型塑件，注塑完成后，注塑機(jī)動(dòng)模向后運(yùn)動(dòng)，拉動(dòng)模具底板1往后，齒輪16轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)給齒條17，疊層模具中兩個(gè)分型面同步打開，拉板31頂板T形塊接觸限位塊32，模具繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，拉板31底部帶動(dòng)底針板4、面針板5、頂桿6完成塑件的頂出脫模，塑件與模具型芯分離。注塑機(jī)動(dòng)模板往前運(yùn)動(dòng)，模具完成合模復(fù)位，準(zhǔn)備下一次工作過(guò)程。

4 結(jié)論

本文針對(duì)散熱格柵塑件疊層模具進(jìn)行了工藝分析，經(jīng)Moldow有限元模擬最佳澆口，優(yōu)化澆注方案完成熱流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)，注塑成型工藝方案良好，兩層塑件成型質(zhì)量相同。采用UG軟件實(shí)現(xiàn)模具其余成型系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂出脫模系統(tǒng)、傳動(dòng)與順序開模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)模具的2倍，采用熱流道無(wú)廢料產(chǎn)生，大大提高了經(jīng)濟(jì)效益，適合大批量生產(chǎn)。

圖15 模具總裝圖