塑料模具設(shè)計(jì)與制造的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

李洪達(dá) 宋志國(guó)

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇常州 213164)

塑料模具設(shè)計(jì)與制造的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

李洪達(dá) 宋志國(guó)

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇常州 213164)

闡述了高等院校計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在模具開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用情況，以電器外殼模具的設(shè)計(jì)與制造為例，介紹了利用現(xiàn)有軟件對(duì)其進(jìn)行模具設(shè)計(jì)、模流分析、仿真加工等的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)開(kāi)發(fā)過(guò)程。

模具;設(shè)計(jì)與制造;計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

0 引言

隨著模具市場(chǎng)的國(guó)際化，短周期、高質(zhì)量、長(zhǎng)壽命的模具是模具行業(yè)和用戶(hù)的追求。［1］現(xiàn)在越來(lái)越多的企業(yè)和高校都在將模具CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用到模具開(kāi)發(fā)中。［2］本文針對(duì)高校的模具專(zhuān)業(yè)教學(xué)，以電器產(chǎn)品殼為項(xiàng)目載體，模具設(shè)計(jì)采用UG軟件，模流分析采用 Moldflow軟件，數(shù)控編程采用Powermill軟件。

1 電器外殼模具的CAD/CAE/CAM開(kāi)發(fā)過(guò)程

1.1 電器外殼的模具CAD應(yīng)用

利用UG軟件的建模功能，設(shè)計(jì)如圖1所示的模型，學(xué)生可以通過(guò)以前學(xué)習(xí)的軟件基礎(chǔ)課程的知識(shí)自主完成。

圖1 電器產(chǎn)品外殼3D模型

利用UG-Moldwizard對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分型設(shè)計(jì)，分型方案如圖2所示。

模架添加及其他部件設(shè)計(jì)，如圖3所示。

1.2 電器外殼的模具CAE應(yīng)用

根據(jù)以上模具CAD的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，利用Moldflow軟件對(duì)模型網(wǎng)格劃分及對(duì)模具型腔布局，進(jìn)行模流分析的前處理準(zhǔn)備工作。如圖4所示。

圖2 分型方案

圖3 模架及其他部件

圖4 網(wǎng)格劃分及型腔布局

選擇注塑材料為 ABS，根據(jù)已有的理論知識(shí)，［3］初步設(shè)定注射時(shí)間、保壓壓力、冷卻時(shí)間等注射成型工藝參數(shù)，進(jìn)行分析計(jì)算。最終根據(jù)得出的分析結(jié)果，找出缺陷，通過(guò)模具結(jié)構(gòu)調(diào)整，或者優(yōu)化成型工藝參數(shù)等方式，再次進(jìn)行優(yōu)化后的分析計(jì)算，直至產(chǎn)品注塑成型過(guò)程符合生產(chǎn)要求。經(jīng)過(guò)幾次分析計(jì)算，最終得到合理的計(jì)算結(jié)果，以指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)。優(yōu)化后的結(jié)果報(bào)告如下:

1)填充時(shí)間(Fill time)。如圖5所示，面殼在0.763 7 s時(shí)間內(nèi)完成熔體填充。通過(guò)動(dòng)態(tài)顯示，可清晰地看見(jiàn)熔體在型腔內(nèi)的流動(dòng)情況。兩型腔充滿(mǎn)完畢分別用時(shí)0.763 4 s和0.763 3 s，基本達(dá)到了同時(shí)充滿(mǎn)。

圖5 填充時(shí)間

2)轉(zhuǎn)換點(diǎn)壓力(Pressure at V/P switchover)。如圖6，轉(zhuǎn)換點(diǎn)澆口壓力為116.1 MPa。轉(zhuǎn)換點(diǎn)壓力是指注塑過(guò)程由速度控制向壓力控制轉(zhuǎn)換時(shí)模具型腔內(nèi)熔體的壓力。圖中澆口位置的壓力在通過(guò)轉(zhuǎn)換點(diǎn)后由116.1 MPa降低為保壓壓力87.1 MPa，沒(méi)有發(fā)生欠注現(xiàn)象，故在壓力控制下塑膠充滿(mǎn)整個(gè)型腔。

圖6 V/P轉(zhuǎn)換點(diǎn)壓力

3)翹曲(Warp)。如圖7所示，圖中產(chǎn)品在X、 Y、Z方向上均有翹曲發(fā)生，所有因素的總變形量為0.334 7 mm，位置都處于產(chǎn)品邊緣。根據(jù)一般生產(chǎn)要求，此變形符合使用要求。

4)冷卻(Cool)。制品的溫度變化如圖8所示，從云紋圖中可以反映出制品冷卻過(guò)程中溫度變化比較穩(wěn)定均勻，溫度控制在40℃左右。

通過(guò)以上對(duì)塑件的流動(dòng)、翹曲和冷卻分析，得知該組注塑成型工藝參數(shù)設(shè)置合理，并且按照以上的澆注系統(tǒng)模型布局型腔位置，熔體的充填情況良好，方案可行。

圖7 產(chǎn)品總的翹曲部位顯示

圖8 產(chǎn)品溫度變化顯示

1.3 電器外殼的模具CAM應(yīng)用

經(jīng)過(guò)CAE評(píng)估分析及優(yōu)化后，采用Powermill對(duì)型腔分別進(jìn)行粗加工、半精加工、精加工。最終精加工的刀具軌跡及仿真效果如圖9所示。

從仿真結(jié)果中得知工件表面質(zhì)量合格，然后生成NC程序代碼。加工代碼再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)整，輸入到數(shù)控機(jī)床中進(jìn)行真實(shí)加工。

圖9 刀具軌跡及仿真效果

2 結(jié)束語(yǔ)

模具CAD/CAE/CAM技術(shù)迅速發(fā)展，企業(yè)對(duì)掌握和了解該項(xiàng)技術(shù)的人才迫切需求。目前，市場(chǎng)上以同一產(chǎn)品為載體，進(jìn)行模具CAD/CAE/CAM開(kāi)發(fā)的完整工作過(guò)程的教學(xué)項(xiàng)目還不多。大力開(kāi)發(fā)適合當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)需求的教學(xué)項(xiàng)目，是高校教師的一項(xiàng)重要職責(zé)。一個(gè)有載體的完整的現(xiàn)代模具開(kāi)發(fā)過(guò)程，不但可以讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)理論知識(shí)，而且還能學(xué)以致用，為今后工作打下良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

［1］ 劉方輝，錢(qián)心遠(yuǎn)，張杰.CAD/CAE/CAM技術(shù)在現(xiàn)代塑料模設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用［J］.模具工業(yè)，2010，36 (1):1-2.

［2］ 李洪達(dá)，宋志國(guó)，于云程.高職院校《模具 CAD/ CAM》課程教學(xué)模塊設(shè)計(jì)［J］.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(1):40-42.

［3］ 王剛，單巖.Moldflow模具分析應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2005:25-30.

Computer-aided Instruction of Plastic Mold Design and Manufacture

LI Hong-da SONG Zhi-guo
(School of Mechanical and Electrical Engineering，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China)

This paper describes the application of institutions of higher learning in computer-aided instruction in the development of the mold.Taking electrical shell mold design and manufacturing as examples，the paper introduces the computer-aided instructing development process by using of existing software from mold design，mold flow analysis，simulation and so on.

mold;design and manufacturing;computer-aided instruction

TG 76-4

B

1672-2434(2011)06-0050-03

2011-03-25

李洪達(dá)(1981-)，男，講師，碩士，從事研究方向:模具CAD/CAE/CAM