玩具殼蓋CAE流道平衡分析與注塑模具設計論文
玩具殼蓋CAE流道平衡分析與注塑模具設計論文
摘要:透過對卡通玩具殼蓋的結構的分析,設計出能夠安裝在角式注塑機上的一模八腔、角式結構注塑模具。為了減少多模腔產品的各腔差異,運用CAE軟體流道平衡分析,使所有流動路徑內的壓力降均相同,所有型腔同時填充,型腔保壓均勻,獲得了一致的體積收縮率,提高了塑件的質量。模具結構設計合理,開、合模動作穩定可靠,製品能夠順利脫模,塑件精度較高,產品質量能夠完全達到客戶要求。
關鍵詞:玩具殼蓋;CAE;流道平衡;角式結構;注塑模
在我國塑膠玩具製品的生產領域中,注塑工藝具有技術成熟度高、產品成型質量好、結構穩定性強和熔融成型時塑膠分子間粘合緊密等優點,市場上85%以上的玩具製品都是利用注塑工藝來生產的。但是不同廠家生產的塑膠基材質量參差不齊,部分模具結構設計滯後,產品老化嚴重,這都影響了產品的進一步開發與創新。本文首先利用軟體進行CAE分析,得出最佳化引數,然後設計模具結構並試模生產。
1塑件工藝分析
玩具殼蓋的材料為PP,有20%Talc填充物,收縮率為0.5%,材料具有很好的流動性與自潤滑性〔1〕,塑件最大處尺寸為131.2mm×21.7mm×13.9mm。卡通玩具殼蓋產品內有2.0mm厚度的十字型加強筋,壁厚2.5mm,MT6,屬於中級精度〔2〕,自定設計未注圓角R,需保持外表面光滑、無痕,幾何外形美觀,產品允許有1°~3°的拔模斜度,超大批次生產。產品具體尺寸如圖1所示。產品三維外觀如圖2所示。
2模具結構設計
根據玩具殼蓋結構特點、尺寸及生產要求,將產品按順序均佈於模具中心,採用一模八腔、側澆口結構。分型面主要從脫模考慮,選擇在最大截面處,分型面與塑膠熔體主流道面在同一個面上。選擇此種結構目的是為了產品的加工中心部分不留澆口痕跡,因為產品表面需保持外表面光滑、無痕,幾何外形美觀。為了安裝此模具,選用角式注塑機。角式注塑機是注塑機的注射方向和模具開、合模呈直角,角式注塑機佔地面積比臥式注塑機小,放入模具內的嵌件不容易傾斜落下。根據塑件在模腔的排布,設計出動、定模型腔和動、定模座板以及模架型號,同時在模板上設計冷卻系統,採用推杆推出機構和復位杆復位機構〔3-4〕。
3塑件
CAE分析流道平衡是指模具在一模多腔(Multi-Cavity)充填時,需要流道保證平衡,使塑膠熔體同時填滿每一個模腔,以保證各模腔成型塑件的.質量一致性。透過採用平衡流道,可獲得統一的產品填充時間,從而使得產品頂出時的體積收縮率相同,得到一致的體積收縮率,使得同一模具注塑的塑件質量相同。本文設計了人工平衡式澆注系統,需要運用CAE分析軟體對產品進行最佳流道平衡模擬,以確定流道合適的尺寸,從而使流體平衡地流動到型腔。執行流道平衡分析結果,以確保對每個型腔都在施加相等壓力的同時,所有流動路徑內的壓力均同時下降,填充好所有型腔。平衡的流道其剪下熱可控,可在不採用高熔體溫度的情況下,將應力等級降至最低,且流道材料體積相對於型腔體積最小,從而達到流道系統中可能的最高壓力降,提高了塑件質量。最終模擬結果如圖3所示。CAE流道平衡分析顯示,流道平衡後的產品填充時間、頂出時的體積收縮率相同,獲得了一致的體積收縮率,降低了同一模具注塑的塑件在質量上的差異。玩具殼蓋材料為PP,成型產品結構特徵為複雜殼體類零件,在成型過程中壁厚容易出現填充流速不均、部分型腔填充不滿、補縮、縮痕、氣穴和應力集中等缺陷,因此分析了產品的流動前沿溫度、填充末端總體溫度、氣穴位置和迴路冷卻液溫度等工藝引數。模擬結果顯示:填充末端總體溫度235.7,小於ABS材料最大允許溫度240;填充過程流速均勻且充滿型腔,無明顯氣穴、真空包和熔接痕,區域性氣穴可透過分型面和頂杆孔排氣;冷卻迴路溫度差在2以內,符合設計要求,且冷卻迴路熱去除熱效率較高〔5〕。
4模具工作過程
圖4為卡通玩具殼蓋模具結構,採用角式結構注塑機。模具工作過程如下:注塑機注塑、保壓、補縮、冷卻結束後開模,模具由分型面I處上下開啟,塑件露出;待模具完全開啟後,注塑機頂杆頂出,推動模具推出機構推板18向前移動,由安裝在其中推杆16推出塑件澆注系統凝料,完成塑件及凝料的頂出動作;塑件脫模結束與再次合模前,由於注塑機頂杆先行撤回,安裝在推出機構的復位杆3的壓縮彈簧4展開,推動推杆固定板17和推板18向後運動,推杆16和拉料杆21安裝在推杆固定板17和推板18之間,也隨之運動,即推出機構完成先行復位,設計的支撐柱Ⅰ和支撐柱Ⅱ除了對型腔板起到支撐作用外,同時為32個推杆提供導向定位作用;合模時,注塑機動模座板1向上移動,導柱導向機構保證了模板的精確導向定位,型芯、型腔錐面塊定位保證模具精準合模,注塑開始,進入下一個工作迴圈。最終卡通玩具殼蓋產品如圖5所示,外表面光滑無痕、填充飽滿,幾何外形美觀,尺寸精度高。將該產品樣品交予客戶,客戶進行了相應檢測。檢測結果顯示樣品合格,並進行了大批次生產。
5結論
本文透過分析塑件結構特徵,設計了一模八腔的角式注塑模具結構。選用流道平衡澆注系統,並運用CAE模擬流道平衡成型過程,多次除錯引數,優化了多腔模具各腔的填充溫度、時間、壓力以及迴路冷卻液溫度、收縮率和氣穴位置。卡通玩具殼蓋整套模具設計合理,結構動作穩定可靠,在生產過程中,注塑效果良好,製品脫模順利,最終產品的精度能夠完全達到客戶的要求。
參考文獻:
〔1〕塑膠模具技術手冊編委會.塑膠模具技術手冊〔M〕.北京:機械工業出版社,2005.
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〔4〕喬女.人字齒注塑模設計〔J〕.輕工機械,2013(4):68-70.
〔5〕喬女.瓶坯注塑成型模擬及模具設計〔J〕.模具技術,2012(6):25-27