基于Pro/E和MoldFlow的鼠標(biāo)上蓋注射模具優(yōu)化設(shè)計

左 雪，張文謙

ZUO Xue,ZHANG Wen-qian

（中國礦業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，徐州 221116）

0 引言

隨著塑料制品應(yīng)用的日益廣泛，對塑料模具設(shè)計和制造的要求也越來越高，塑料模具工業(yè)正向著高效率、高質(zhì)量、高精度的方向的發(fā)展，然而傳統(tǒng)的模具設(shè)計制造方法已不能適應(yīng)市場的要求[1～4]。CAD/CAE技術(shù)給模具制造業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的變革，已經(jīng)成為模具技術(shù)新的發(fā)展方向[5,6]。本文以鼠標(biāo)上蓋為例，綜合運(yùn)用Pro/E軟件和MoldFlow分析軟件，對模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化分析和設(shè)計[7]，旨在為模具產(chǎn)品注射模具的設(shè)計和工藝參數(shù)設(shè)置提供一定的理論依據(jù)。

1 產(chǎn)品分析

基于Pro/E的鼠標(biāo)上蓋三維圖形如圖1所示，所示產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外觀質(zhì)量要求高，其最大輪廓尺寸為71.6mm×39.5mm×18.2mm。塑件壁厚為1.5mm，精度等級MT3，型芯和凹模斜度為1° 3°。塑件材料為ABS，成型收縮率較小，綜合性能好，沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性能良好；但吸濕性強(qiáng)，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件要求長時間預(yù)熱干燥。

圖1 鼠標(biāo)上蓋三維圖

2 模流分析

2.1 最佳澆口位置分析

澆口位置的不同，不僅影響流程長短，而且影響熔接痕的方位和熔接強(qiáng)度，直接影響塑件質(zhì)量和模具制造成本。因此，利用MoldFlow分析找出上蓋的最佳澆口位置保證熔體在單獨(dú)腔體內(nèi)合理的流動和填充過程。通過分析發(fā)現(xiàn)，最佳澆口位置位于塑件內(nèi)表面的中心區(qū)域，如圖2所示。

圖2 塑件最佳澆口位置區(qū)域分布圖

如果把澆口設(shè)在此位置，型腔將會按圖3所示布置，不僅增加了澆口的設(shè)計難度，還會增加分型面的斜率，加大凹凸模的加工難度。通過觀察，發(fā)現(xiàn)塑件的尾部雖然不是最好的澆口位置，但是也在可接受的區(qū)域范圍之內(nèi)，而且按照圖4所示布置型腔，較之前的排列方式分型面斜率會小很多，所以將澆口位置放在尾部。

2.2 冷卻分析

設(shè)計出如圖5所示的冷卻水路，使用MoldFlow對冷卻性能進(jìn)行分析?？梢钥闯鲋破繁砻鏈囟确植季鶆?，說明冷卻水路的布置合理，可以達(dá)到所需的冷卻效果。

圖3 澆口在中心處時分型面的斜率

圖4 澆口在尾部時分型面的斜率

圖5 塑件表面溫度分布

冷卻水路的溫差越小，冷卻效果越好。由圖6可知，進(jìn)出水口的水溫的溫差為0.16℃，冷卻水路的溫差較小，冷卻水路長度設(shè)計完全可以滿足冷卻要求。

圖6 冷卻水路冷卻介質(zhì)溫度變化

2.3 填充分析

填充結(jié)束時制品的最高溫度不可接近或超過材料的降解溫度。如圖7所示，填充結(jié)束時制品的最高溫度249.5℃，此制品的材料是ABS，降解溫度是270℃，所以冷卻水路的設(shè)計滿足冷卻要求。

2.4 氣穴

如圖8所示，制品氣泡主要集中在兩個位置，一處是在圓柱底端面，一處是制品底面的頭部，并且數(shù)量都很少。根據(jù)圖9所示制品外表面基本沒有氣穴，排氣良好。

圖7 填充結(jié)束時的總體溫度

圖8 制品內(nèi)表面氣穴分布情況

圖9 制品外表面氣穴分布情況

2.5 熔接痕

熔接痕不僅影響注制品外表的美觀，嚴(yán)重時還會影響到制品的強(qiáng)度，應(yīng)盡量避免。經(jīng)MoldFlow分析，熔接痕位置主要集中在制品的頭部以及頂孔周圍，對制品強(qiáng)度影響不大，如圖10所示?？赏ㄟ^適當(dāng)提高模具溫度、適當(dāng)降低鎖模力、優(yōu)化澆注系統(tǒng)來改善。

圖10 熔接痕分布情況

2.6 翹曲變形分析

翹曲變形是指注塑制品的形狀與模具型腔的形狀超出了所規(guī)定的范圍，它是塑料制品常見的質(zhì)量缺陷之一。翹曲變形與塑件的收縮有關(guān)，一般均勻收縮只引起塑件體積上的變化，只有不均勻收縮才會引起翹曲變形。

如圖11所示，最大變形發(fā)生在頭部邊角處，其它區(qū)域變形都比較均勻。最大變形量為0.2906mm，變形量較小，對制品的外觀影響不大。

圖11 塑件的翹曲變形

3 模具設(shè)計

根據(jù)對塑件的結(jié)構(gòu)分析，采用整體式凹模，如圖12所示；選用整體式凸模，如圖13所示。

圖12 凹模3D圖

圖13 凸模3D圖

該模具采用一次推出機(jī)構(gòu)，用推桿進(jìn)行脫模，推桿布置如圖14所示。

圖14 推桿分布圖

模具的結(jié)構(gòu)如圖15所示，開模時，注塑機(jī)帶動動模板9向后運(yùn)動，使其與定模板2從分型面處分開，Z型拉料桿15鉤住澆注系統(tǒng)的冷凝料及塑件一起向后運(yùn)動，當(dāng)主流道中的凝料完全拉出一段距離后，注射機(jī)的頂桿作用在推板12上，使得澆注系統(tǒng)中的的冷凝料和塑料制件分別在Z型拉料桿18和推桿14、23的作用下一起推出，完成脫模過程。由于采用潛伏式澆口，因此在開模時即可實(shí)現(xiàn)自動切斷澆口凝料。合模時，注射機(jī)鎖模機(jī)構(gòu)工作，當(dāng)復(fù)位桿8運(yùn)動到定模板2處后，無法繼續(xù)前進(jìn)，從而迫使推板12后移，回到初始狀態(tài)。待動、定模完全閉合后，完成合模動作，進(jìn)人下一個成型周期。鼠標(biāo)上蓋模具總裝3D爆炸圖如圖16所示。

圖15 鼠標(biāo)上蓋注塑模具裝配圖

圖16 鼠標(biāo)上蓋注塑模具安裝爆炸圖

4 選型及校核

通過計算，并考慮到模具尺寸和開模行程，選定公稱注射量為30cm3，型號為XS-Z-30臥式注射機(jī)。在本模具設(shè)計中，采用潛伏式澆口中的彎鉤式澆口，一模兩腔。本設(shè)計為單分型面，且采用推桿脫模機(jī)構(gòu)，所以選擇模架結(jié)構(gòu)形式為A1型的標(biāo)準(zhǔn)模架。其形外尺寸：寬×長×高=160mm×315mm×175mm。

根據(jù)選定的注射機(jī)相關(guān)參數(shù)來校核模具尺寸，模具的開模行程和空間尺寸經(jīng)校核均合格。

5 結(jié)束語

通過實(shí)例，利用Moldfow軟件對塑件成型過程進(jìn)行模擬分析，確定了最佳的成形方案，保證了塑件的質(zhì)量，模具的尺寸經(jīng)校核均合格，滿足生產(chǎn)的要求。使用Pro/E技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了可視化設(shè)計，解決了復(fù)雜曲面產(chǎn)品研發(fā)的難題，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比具有很大的優(yōu)越性。

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