基于CAE/CAD技術(shù)的梳子模具設(shè)計(jì)

王華東

(遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110023)

0 引 言

梳子是人們在生活中常用的日用品，筆者以梳子模具為研究對象，提出符合高效生產(chǎn)的設(shè)計(jì)要求，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)計(jì)目的，從澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等方面詳細(xì)講解了設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在CAD軟件中完成建模；利用CAE有限元軟件進(jìn)行了注塑成型的有限元分析，為實(shí)際的注塑成型生產(chǎn)參數(shù)選擇提供了理論參考。

1 梳子模具設(shè)計(jì)

梳子模具裝配圖如圖1所示。本模具為兩板式結(jié)構(gòu)，一模四腔，分流道截面形狀為動(dòng)定模雙側(cè)圓形流道矩形側(cè)澆口，利于減少融料在流道中的熱量損失和流道阻力[1-2]。為了避免注射溶體倒流現(xiàn)象發(fā)生而影響制品質(zhì)量，澆口套流道錐度設(shè)置為4°，為了防止料溫降低過多而產(chǎn)生損耗，澆口套的長度選擇了55 mm。分型面采用單一水平分型面，采用頂桿φ2 mm小頂桿頂出脫模，頂出部位為斜面，既要防止頂桿轉(zhuǎn)動(dòng)，又要防止頂桿與動(dòng)模干涉，所以采用固定板與頂桿之間留有0.1 mm間隙，同時(shí)頂桿臺(tái)階面制成非圓形平面防止轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)定模均采用直通式冷卻水道，水道方向成90°交叉，保障了注塑成型生產(chǎn)效率。Z形拉料桿既可以保障制品留在動(dòng)模上，又便于脫模時(shí)取出制品和流道凝料。制品齒形直徑尺寸較小，長寬尺寸比較大，為了保證制品注射成型，在齒形部采用0.01 mm深度的排氣槽。由于小頂桿細(xì)而長，防止合模損傷，本模具采用彈性先行復(fù)位結(jié)構(gòu)。

圖1 梳子模具裝配圖1.定位圈 2.澆口套 3.定模板 4.定模 5.動(dòng)模 6.頂桿 7.拉料桿 8.頂桿固定板 9.推板 10.導(dǎo)套 11.導(dǎo)柱 12.底板 13.內(nèi)六角圓柱頭螺釘 14.螺紋彎頭 15.軟管 16.彈簧

2 注塑成型有限元分析

注塑成型是一種把塑料材料制成復(fù)雜形狀的產(chǎn)品的成型工藝，整個(gè)過程包括塑料的加熱、注射塑料到模具、塑料在模具中的冷卻及產(chǎn)品的頂出。有限元分析就是對每個(gè)過程進(jìn)行計(jì)算，為模具的設(shè)計(jì)修改提供參考[3-4]。

2.1 建 模

現(xiàn)在使用的三維建模軟件較多，它們功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長，在PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長，立體三維軟件已經(jīng)成為模具行業(yè)設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。在三維軟件中建立了梳子模型，如圖2所示，并保存成igs格式。

2.2 有限元分析

2.2.1 最佳澆口位置分析

AMI中的澆口位置優(yōu)化分析可根據(jù)模型的幾何形狀、相關(guān)材料參數(shù)及工藝參數(shù)分析出澆口最佳位置。用戶可以在設(shè)計(jì)澆口位置之前進(jìn)行澆口位置分析，依據(jù)這個(gè)分析結(jié)果設(shè)置澆口位置，從而避免由于澆口位置設(shè)計(jì)不當(dāng)可能引起的制品缺陷。

選擇分析序列中澆口位置命令，在選擇材料中，從彈出的對話框中的制造商下拉列表框的下三角按鈕中選擇材料的生產(chǎn)廠家為A Schulman GMBH，再從牌號(hào)下拉列表框的下三角按鈕中選擇所需要的牌號(hào)為Polyfort FIPP MKF 4025。在工藝向?qū)υ捒蛑性O(shè)置模具表面溫度為80 ℃，熔體溫度為230 ℃。網(wǎng)格劃分之后，開始分析，產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果，及屏幕顯示和最近澆口位置分析結(jié)果圖示。分析結(jié)果示意圖是澆口位置合理性因子分布圖示。當(dāng)因子為1時(shí)，表示這個(gè)位置是最佳澆口位置，因子值越小，澆口位于這個(gè)位置的成型合理性就越小，如圖3所示，梳子的最佳澆口位置為中部，最差位置為手柄部分，根據(jù)模具設(shè)計(jì)要求，雖然澆口最佳位置為梳子中部，但這樣設(shè)置澆口把澆口痕跡留在梳子表面，不夠美觀，所以澆口位置設(shè)在梳子頂部，有圖3可知該處澆口位置也較理想，同時(shí)也滿足美觀于要求。

圖2 梳子模型 圖3 最佳澆口位置

2.2.2 成型工藝分析

在分析中選擇冷卻、填充、保壓、翹曲，在圖形編輯窗口中選擇主流道的頂點(diǎn)為注射位置，完成澆口的創(chuàng)建。文章采用手工方式創(chuàng)建一模四腔，先框選整個(gè)制品，將整個(gè)制品XZ平面鏡像，再框選兩個(gè)制品，鏡像平面選擇YZ平面，參考點(diǎn)為默認(rèn)值不變，完成鏡像，一模四腔創(chuàng)建完成。

完成流道系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)后，開始分析。等待程序運(yùn)行，可以查看分析的過程和分析的進(jìn)度，與分析完成通過查看日記的內(nèi)容一樣。

在計(jì)算結(jié)束后，在方案任務(wù)窗口中“分析結(jié)果”列表下，分析結(jié)果由流動(dòng)(Flow)和冷卻(Cool)兩部分組成，如圖4～6所示。

圖4 回路冷卻液溫度

圖5 平均溫度，零件

圖6 所有因素，變形

圖4中，回路冷卻液溫差為1.67 ℃，低于5 ℃，冷卻水管路設(shè)置合理。如圖5所示，制品溫度雖然溫度差很大，但是高溫分布很較小，整個(gè)制品的溫度分布均勻。如圖6所示，制品變形適中，也可以在生產(chǎn)過程中，適當(dāng)加大保壓時(shí)間來改善翹曲變形。

3 結(jié) 語

設(shè)計(jì)了梳子的模具結(jié)構(gòu)，并在三維軟件中建立梳子的立體模型，將其導(dǎo)入到CAE分析軟件中，進(jìn)行了分析計(jì)算，根據(jù)結(jié)果核實(shí)了梳子模具在冷卻、澆注、注塑位置等設(shè)計(jì)是合理的，整個(gè)研發(fā)過程有很好的注塑模具開發(fā)參考價(jià)值及經(jīng)濟(jì)效益。