基于Moldflow 的步話對講機模具設計

(福州鴻業(yè)科技有限公司,福建福州 350000)

0 引言

模具是工業(yè)之母,產(chǎn)品更新對應的模具更新。當今追求CAD/CAE/CAM 軟件的使用,實現(xiàn)無紙化全3D 模具設計。moldflow軟件能預先模擬塑料成型時溶液在模具模腔的流動情況、固化過程、冷卻是否不夠等情況,及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷,它可以讓設計師避免設計中的盲目性也可以預測工藝參數(shù)和注塑機參數(shù)對產(chǎn)品性能和外觀的影響,減少了模具加工制造和返工的時間,從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 移動對講機塑件結(jié)構(gòu)分析

在導入Moldflow軟件前,需將產(chǎn)品的x_t格式導入Moldflow CAD Doctor軟件進行有限元模型簡化,設置尺寸容差<0.5產(chǎn)品無關(guān)量,這并不會影響模流分析的精度,恰恰大大減少了修改網(wǎng)格的工作量,同時也提高了匹配百分比[1]。如圖1對講機正、反面。

2 模具設計與模流分析

2.1 模具澆注系統(tǒng)設計

用牛角式澆口,先創(chuàng)建澆道的中心線,并賦予冷澆口、冷流道、冷主流道等,澆口的尺寸一般確定為,h=0.3-2mm,這里則取0.6mm的澆口。整個澆注系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 澆注系統(tǒng)Fig.2 Gating system

2.2 模具冷卻系統(tǒng)設計

分別在產(chǎn)品的前、后模沿著對講機邊沿設置直徑為6的循環(huán)水路,如圖3所示。

2.3 基于Moldflow的模流分析

全局網(wǎng)絡邊長設置為1.2(即為產(chǎn)品平均厚度的1.0～2倍)、IGES合并容差設置為0.1(默認值),點擊立即劃分網(wǎng)格如圖4劃分可知:網(wǎng)格無自由邊、無相交單元等問題,網(wǎng)格最大縱橫比57.757(大于6),這可能會影響到分析結(jié)果的準確性,需要修改,另外匹配率也是很重要的,匹配百分比>80%。所以修復網(wǎng)格的主要任務就是修改縱橫比。如圖修復縱橫比問題常用插入節(jié)點、交換邊和合并節(jié)點3種方法解決。并通過網(wǎng)格診斷導航器一一進行對應修改[2]。

此產(chǎn)品要求的材料是ABS 熱塑性塑料,縮水率為0.55%(查得ABS材料的成型收縮率為0.4%～0.7%,這里取收縮率為平均收縮率),成型部分外觀面要求做細皮紋。圖5為數(shù)值模流分析結(jié)果。

影響塑件冷卻的因素有很多,如冷卻介質(zhì)的種類、流速、溫度等,下面進行分析研究[3]:

圖3(a) 模具循環(huán)水路冷卻系統(tǒng)設計Fig.3(a) Design of mold circulating water cooling system

圖3(b) 模具循環(huán)水路冷卻系統(tǒng)設計Fig.3(b) The design of the cooling system of the mold circulating water circuit

圖4 有限元分析模型Fig.4 Finite element analysis model

(1)冷卻時間。為了保證塑件在脫模時有足夠的強度,以防止在脫模都反生嚴重的變形,要確定合適的冷卻時間。在分析時采用完全固化所需要的時間。(2)型腔表面的溫度分布也對塑件質(zhì)量有重要影響。(3)塑件的固化時間依據(jù)模具表面的溫度,預測塑件完全固化所需要的時間。(4)冷卻管道中的壓力、流動速度和雷諾數(shù)。當壓力及流動速度小時,雷諾數(shù)小,意味著冷卻介質(zhì)流動時各質(zhì)點間的粘性力占主要地位,呈現(xiàn)流動狀態(tài)。反之,呈現(xiàn)紊流的狀態(tài)。所以,雷諾數(shù)決定了流動狀態(tài),應保證冷卻介質(zhì)處于紊流狀態(tài)。塑件材料選用ABS+PC,其中工藝參數(shù)為:熔體溫度250°C,模具表面溫度70°C,冷卻介質(zhì)是水,溫度為25°C,回路雷諾數(shù)為10000。整個注塑成型周期為25s,其中注塑、保壓及冷卻時間為20s,用于頂出時間為5s。

根據(jù)以上工藝條件,進行優(yōu)化分析:溫度條件(回路冷卻介質(zhì)溫度:水溫基本保持在25°C),保證了冷卻介質(zhì)溫度,如圖5(c)顯示了冷卻液的溫度,如果溫度的增加不可接受,不能大于2°C～3°C,來顯示相關(guān)具體結(jié)構(gòu)處的溫度增加太顯著。

圖5 數(shù)值模流分析結(jié)果Fig.5 Numerical mold flow analysis results

2.4 側(cè)抽機構(gòu)和斜頂機構(gòu)設計

為了防止活動型芯和滑塊在成型過程中受力而松動,滑塊應采用楔緊塊鎖緊。材料采用用高碳鋼經(jīng)淬火,硬度在50HRC以上,工作表面粗糙度保持在0.8以上。前模T形滑塊側(cè)抽芯機構(gòu)成型時鎖緊力小,采用鑲拼式鎖緊塊鎖緊,結(jié)構(gòu)簡單,加工方便,側(cè)抽機構(gòu)是指帶動側(cè)向成型零件作側(cè)向分型抽芯和復位的整個機構(gòu),主要有側(cè)向成形元件、傳動元件、運動元件、鎖緊元件和限位元件組成,結(jié)構(gòu)如圖6、圖7所示。

圖6 前模T 形滑塊側(cè)抽芯機構(gòu)Fig.6 Front mold T-shaped slider side core pulling mechanism

圖7 后模T 形滑塊側(cè)抽芯機構(gòu)Fig.7 The core pulling mechanism of the T-shaped slider side of the rear mold

一般斜頂5°-12°,但因為該處側(cè)向型孔深度比較小,h=0.9mm,所以斜頂開模傾斜角初取6°。一般抽芯距S等于側(cè)向型孔深度h 再加上2～3 mm 的安全距離即S 抽=h+(2～3)mm=0.9+2mm=2.9mm[4]。

由L=S抽/sin6=28.7,即斜頂?shù)拈L度大于27.8mm即斜頂可以完全脫離扣位。考慮到斜頂強度這里,長取5.6(這里是根據(jù)塑件倒扣尺寸確定的),寬取5mm,高為105.4mm,結(jié)構(gòu)如圖8所示:

圖8 模具斜頂機構(gòu)Fig.8 Mould topping mechanism

2.5 模具推出機構(gòu)設計

主要用于一些深腔薄壁的容器、罩子、殼體塑件以及不允許有推桿痕跡的塑件。特點是脫模力大而且均勻,運動起來平穩(wěn),無明顯推出痕跡,且不不要另外設計復位機構(gòu)。綜上的信息,結(jié)合塑件的布局以及結(jié)構(gòu)形式,最后我們選擇的是頂針推出的方式[5]。這樣的方式簡便,節(jié)約成本,制造簡單,很容易做到的,如圖9所示的情況。

圖9 推出機構(gòu)Fig.9 Launch agency

2.6 成型零件設計與模具整體結(jié)構(gòu)

面對復雜形狀的型芯,且需要設計較多側(cè)抽、斜頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)的,如果采用整體式的結(jié)構(gòu),則加工困難,而采用拼塊組合,可簡化加工工,提高加工效率,降低加工成本,節(jié)約加工時間。但是在設計和制造這類型芯時,必須注意提高拼塊的加工和熱處理加工工藝性拼接必須牢靠嚴密。綜上所述,移動對講機的結(jié)構(gòu)較復雜,凸模設計了兩處側(cè)抽、6個斜頂來完成,如圖10凸模結(jié)構(gòu)設計。

圖10 成型零件Fig.10 Molded parts

利用UG軟件對型腔、型芯尺寸及型腔布局進行分析,確定凸凹模的壁厚,選用C型模架,依次進行模具進膠、頂出、運水、排氣等設計,同時為高精度模具制作模具虎口、四邊鎖、開閉器等,最后,完成車載導航面板的注塑模具設計[6],三維爆炸圖如圖11所示。

圖11 模具裝配結(jié)構(gòu)爆炸圖Fig.11 Exploded view of mold assembly structure

3 結(jié)論

(1)步話對講機的塑件外觀要求較高,模具使用牛角式潛伏澆口進膠完成倒模成型。塑件表面不直接設計注塑澆口。(2)使用Moldflow軟件對步話對講機進行模擬分析,幫助設計人員對熔體的充填與流動有一個較為清晰的認知,并通過后續(xù)計算分析注塑產(chǎn)品是否回產(chǎn)生缺陷,保證塑件成型質(zhì)量。(3)澆注系統(tǒng)的走膠方式為半熱流道,因為這種走道方式可以有效的減少產(chǎn)品生產(chǎn)周期,并且可以減少步進對講機在生產(chǎn)加工過程中的材料損耗。