液壓排氣閥特種卡帽注射模具設(shè)計(jì)與CAE分析

摘 "要：介紹了一種液壓排氣閥特種卡帽，內(nèi)部采用異型卡位設(shè)計(jì)，外側(cè)采用長(zhǎng)尾柄結(jié)構(gòu)，既有利于按壓排氣、也可以快速旋轉(zhuǎn)，采用聚甲醛（poly for maldehyde，POM）材料，能保持較高的熱穩(wěn)定性和抗老化性能。在制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)了一種全新的一模兩腔的熱流道哈弗塊側(cè)抽芯模具結(jié)構(gòu)，經(jīng)CAE分析產(chǎn)品的細(xì)節(jié)特征，在哈弗塊上設(shè)置了隔水板冷卻水路，內(nèi)部型芯也設(shè)置了隔水板水路，提高了模具冷卻效率，運(yùn)用CAE軟件模擬了產(chǎn)品的填充與冷卻過(guò)程。經(jīng)試模驗(yàn)證，該模具結(jié)構(gòu)緊湊，塑件質(zhì)量穩(wěn)定、精度高，開(kāi)合模動(dòng)作合理可靠，制品順利脫模，可有效節(jié)約成本，縮短了產(chǎn)品成型周期，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)率，產(chǎn)品能完全達(dá)到客戶要求，為同類型產(chǎn)品提供了良好的解決方案。

關(guān)鍵詞：液壓排氣閥；特種卡帽；哈弗塊結(jié)構(gòu)；CAE；注射模

中圖分類號(hào)：TH325 """""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Design and CAE analysis of injection mold for the

special clamp of the hydraulic exhaust valve

JIANG Xin（Shaanxi Institute of Technology， School of ArtificalIntelligence， Xian 710300， Shaanxi， China）

Abstract： "The paper introduces a special hydraulic exhaust valve cap， which The paper introduces a special hydraulic exhaust valve cap， which uses an irregular clamping position design on the inside and a longtail handle structure on the outside. This design is beneficial for both pressing exhaust and quick rotation. The cap is made of POM material， which can maintain high thermal stability and antiaging properties. During the manufacturing process， a new hot runner sidepull core mold structure with one mold and two cavities was designed. The products detailed characteristics were analyzed through CAE， and the water cooling circuit was optimized by setting a baffle plate on the hot runner block. The internal core was also equipped with a baffle plate water circuit to improve the efficiency of the mold cooling. The filling and cooling processes of the product were simulated using CAE software. Through trial molding verification， it was found that this mold structure is compact， the plastic part quality is stable and accurate， the opening and closing mold action is reasonable and reliable， the product can be smoothly demolded， and costs can be effectively reduced. The product molding cycle is shortened and the productivity of the product is improved. The product fully meets customer requirements and provides a good solution for similar products.

Key words： Hydraulic exhaust valve； special seal； Harff block structure；CAE；injection mould

0 "引 "言

模具行業(yè)是制造業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。哈弗模具是一種復(fù)雜但功能強(qiáng)大的模具，通過(guò)斜向運(yùn)動(dòng)使滑塊脫離產(chǎn)品倒扣，利用精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)使模具的兩個(gè)或多個(gè)組件分開(kāi)以便于脫模，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形狀產(chǎn)品的高效生產(chǎn)，可對(duì)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。由于模具需要持續(xù)進(jìn)行高溫高壓的注塑過(guò)程，容易導(dǎo)致模具溫度過(guò)高，從而影響塑膠制品的成型效果、品質(zhì)和塑膠效率，為了解決這個(gè)問(wèn)題，就需要合理地設(shè)計(jì)冷卻水路，作為注塑塑膠模具中的通道系統(tǒng)，主要是通過(guò)循環(huán)冷卻水來(lái)將模具內(nèi)的熱量迅速釋放，使模具保持在適宜的溫度范圍內(nèi)，保證注塑成品的成型效果和品質(zhì)。

本文設(shè)計(jì)了一模兩腔的熱流道哈弗塊側(cè)抽芯模具，采用的斜導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)，結(jié)合POM材料性能，合理設(shè)計(jì)了可以順利張合的分片模、外圈、張開(kāi)銷釘、頂出器以及軸向運(yùn)動(dòng)元件，針對(duì)哈弗塊的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，在哈弗塊上設(shè)置了隔水板水路，經(jīng)CAE分析體積收縮率、回路冷卻液溫度、模具溫度和零件溫度，提高了模具冷卻效率，從而保證塑件質(zhì)量穩(wěn)定，滑塊能夠正確地復(fù)位不卡死，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)精確，開(kāi)合模動(dòng)作合理可靠，制品順利脫模，為同類型產(chǎn)品提供了良好的解決方案。

1 "工藝分析

某液壓元件廠在生產(chǎn)液壓排氣閥時(shí)，提出設(shè)計(jì)一種全新的排氣閥冒口，具體要求為：

1） 選用材料能夠抗疲勞、抗氧化、使用時(shí)間長(zhǎng)，在長(zhǎng)時(shí)間高溫情況下依然保持良好的性能；

2） 冒口密封裝置能夠采用一種全新結(jié)構(gòu)，壓旋蓋或異型卡位設(shè)計(jì)，防止誤操作時(shí)打開(kāi)排氣閥；

3） 可以在排氣時(shí)方便擰動(dòng)，特別是在長(zhǎng)時(shí)間工作后，擰動(dòng)時(shí)避免出現(xiàn)費(fèi)力或“粘接”的現(xiàn)象；

4） 制造方便，成本低，材料注射過(guò)程簡(jiǎn)單方便。

基于此，選取塑料材料POM，POM材料具有很好的流動(dòng)性、自潤(rùn)滑性，耐磨性好，非常適合注塑成型。塑件特種卡帽的最大尺寸為20mm×54mm。平均壁厚為1.5mm，MT6中級(jí)精度，未注圓角R可自定，需保持外表面光滑無(wú)痕，幾何造型以外形美觀為原則，產(chǎn)品允許有1°～3°的拔模斜度，超大批量生產(chǎn)，塑件特種卡帽產(chǎn)品的本身造型屬于對(duì)稱體小型塑件，上半部分扁平下半部分為中空旋轉(zhuǎn)，內(nèi)部有細(xì)小加強(qiáng)筋等特征，但是總體壁厚均勻且無(wú)倒鉤。具體尺寸如圖1所示。

2 "冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與CAE分析

模具的冷卻時(shí)間是指從保壓結(jié)束到頂出的時(shí)間。冷卻時(shí)間通常占生產(chǎn)注塑成型總周期時(shí)間的 80%以上。直接影響產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對(duì)稱，模具采用垂直分型面的哈弗塊瓣合結(jié)構(gòu)，普通的水路無(wú)法到達(dá)哈弗塊，因此在模具的哈弗塊上設(shè)置隔水板冷卻水路，如圖2所示，隔水板是指在冷卻水路的管道中插入金屬板，進(jìn)而改變冷卻介質(zhì)流向來(lái)構(gòu)建冷卻系統(tǒng)的零部件。隔水金屬板強(qiáng)迫冷卻介質(zhì)在隔水板的一側(cè)向上流動(dòng)，而在另一側(cè)向下流動(dòng)。隔水板并非阻斷冷卻管道中的流動(dòng)，而是讓冷卻介質(zhì)在折彎處形成湍流，離熱源位置更近，延長(zhǎng)模具內(nèi)部的有效冷卻長(zhǎng)度，從而提高冷卻介質(zhì)的

導(dǎo)熱能力，同時(shí)改變冷卻液的流向。本次設(shè)計(jì)隔水板水路緊挨制品，能夠有效冷卻哈弗塊溫度，進(jìn)而冷卻產(chǎn)品外表面溫度；制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚較大，制品腔內(nèi)也加載隔水板冷卻水路，以快速有效帶走制品腔內(nèi)的溫度，制品內(nèi)外冷卻水路同時(shí)作用，可充分帶走塑料熔體進(jìn)入模具后散發(fā)至模具的熱量。

運(yùn)用CAE分析產(chǎn)品填充與冷卻，模擬結(jié)果如圖3所示，填充模擬結(jié)果顯示模具注射后，模內(nèi)料流填充平穩(wěn)有序，填充飽滿無(wú)明顯缺陷；隔水板水路是通過(guò)創(chuàng)建兩個(gè)圓形柱體單元（頂部留有空隙以便冷卻液到處流動(dòng)）建立模型，通過(guò) Autodesk Simulation Moldflow輕松地建立流動(dòng)和熱傳導(dǎo)行為的模型并加以分析。對(duì)冷卻系統(tǒng)的模擬結(jié)果顯示：冷卻回路溫度差在1℃以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求，整個(gè)模具的冷卻水路能夠充分有效帶走塑料熱熔體凝固散發(fā)的熱量。CAE分析結(jié)論為：冷卻水路設(shè)計(jì)合理可靠，加快了產(chǎn)品的冷卻速度，縮短零件達(dá)到頂出溫度的時(shí)間，進(jìn)而縮短了生產(chǎn)周期，從而提高整體生產(chǎn)效率。具體結(jié)果如圖3所示。

3 "模具設(shè)計(jì)過(guò)程

在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，分析了特種卡帽的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸精度及生產(chǎn)批量要求。首先將產(chǎn)品均勻布置于模具中心，一模兩腔，主要從脫模角度考慮分型面，選擇最大截面，即產(chǎn)品中心垂直面處。澆口位置選在塑件頂部，采用熱流道系統(tǒng)中心澆注結(jié)構(gòu)，特別適合側(cè)面不允許出現(xiàn)澆口痕跡的產(chǎn)品。本模具采用哈弗塊瓣合結(jié)構(gòu)，是指模具分成兩半拼合（也可以2個(gè)，也可以多個(gè)），兩邊滑塊左右分模，不作前后模使用，多用來(lái)成型對(duì)稱的塑件。開(kāi)模時(shí)，哈弗塊打開(kāi)，產(chǎn)品可直接露出，快捷方便，哈弗塊結(jié)構(gòu)能夠很好地解決垂直分型面模具的問(wèn)題。確定完結(jié)構(gòu)后，根據(jù)塑件在模腔的排布設(shè)計(jì)出定模型腔、定模板、左右滑塊、楔緊塊，對(duì)中塊、動(dòng)模型腔板和動(dòng)模板；本模具脫模采用的是模外定距拉板，拉動(dòng)推件板的脫模結(jié)構(gòu)，模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4 "模具工作過(guò)程

圖5為特種卡帽的哈弗塊結(jié)構(gòu)注射模具結(jié)構(gòu)，模具工作過(guò)程如下：注射機(jī)注射、保壓、補(bǔ)縮、冷卻；開(kāi)模，模具在I處上下打開(kāi)，安裝在定模斜導(dǎo)柱7，帶動(dòng)動(dòng)模的哈弗塊8向外移動(dòng)，哈弗塊的垂直分型面打開(kāi)，露出塑件特種卡帽的外部；模具繼續(xù)后移打開(kāi)，安裝在定模板9的上限位螺釘26，固定不動(dòng)；下限位螺釘27隨動(dòng)模部分一起向后移動(dòng)，帶動(dòng)定距拉板29向后移動(dòng)，當(dāng)動(dòng)模打開(kāi)到一定距離，定距拉板29與定模上限位螺釘26接觸并限位，定距拉板29被限位固定，停止移動(dòng)，導(dǎo)致安裝下限位螺釘27的推件板4也被限位固定，停止移動(dòng)。此時(shí)，模具兩側(cè)的定距拉板29限位固定，動(dòng)模部分繼續(xù)向后移動(dòng)，模具開(kāi)閉器23強(qiáng)行被拉開(kāi)，模具在II處打開(kāi)，當(dāng)動(dòng)模部分的型芯22、型芯固定板3、動(dòng)模座板1繼續(xù)向后移動(dòng)，而推件板4與其推件板鑲塊5限位固定，兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成了塑件與型芯22的剝離與脫落，模具推出塑件動(dòng)作完成，塑件脫模結(jié)束；模具合模與脫模整個(gè)過(guò)程由導(dǎo)柱17和導(dǎo)套18組成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)保證模板的準(zhǔn)確導(dǎo)向與精確定位，再次合模后，注射開(kāi)始，設(shè)備進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)周期。

5 "結(jié) "論

液壓排氣閥特種卡帽，內(nèi)部采用異型卡位設(shè)計(jì)，外側(cè)采用長(zhǎng)尾柄結(jié)構(gòu)，既有利于按壓排氣、也可以快速旋轉(zhuǎn)，采用POM材料，能保持較高的熱穩(wěn)定性和抗老化性能。在哈弗塊結(jié)構(gòu)注塑模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分分析了特種卡帽產(chǎn)品的細(xì)節(jié)特征，精心設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，在哈弗塊內(nèi)部和模具型芯都設(shè)置隔水板水路，提高了模具冷卻效率。運(yùn)用CAE軟件模擬產(chǎn)品的填充與冷卻過(guò)程。該模具結(jié)構(gòu)緊湊，塑件質(zhì)量穩(wěn)定精度高，開(kāi)合模動(dòng)作合理可靠，制品順利脫模，產(chǎn)品成型周期短、生產(chǎn)率高，產(chǎn)品能夠完全達(dá)到客戶要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］《塑料模具技術(shù)手冊(cè)》編委會(huì).塑料模具技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

“Plastic Mold Technical Manual” Editorial Board. Plastic Mold Technical Manual ［M］. Beijing： China Machine Press，2005.

［2］羅繼軍. 基于RoKiSim的壓力淬火變形控制與軌跡優(yōu)化 ［J］. 液壓氣動(dòng)與密封， 2020， 40（8）： 47-49.

LUO J J. Deformation control and trajectory optimization of pressure quenching based on RoKiSim ［J］. Hydraulics Pneumatics amp; Seals， 2020， 40（8）： 47-49.

［3］姜鑫.基于ANSYS Workbench的CB-B型齒輪泵基座溫度場(chǎng)分析 ［J］. 液壓氣動(dòng)與密封，2016，36（2）：22-23.

JIANG X. Temperature Field analysis of CBB gear pump base based on ANSYS workbench ［J］. Hydraulics Pneumatics amp; Seals， 2016， 36（2）： 22-23.

［4］姜鑫.一種回火爐液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) ［J］. 液壓氣動(dòng)與密封， 2015， 35（12）： 55-57.

JIAN X. Design of a hydraulic handling manipulator for tempering furnace ［J］. Hydraulics Pneumatics amp; Seals， 2015， 35（12）： 55-57.

［5］喬女.分段內(nèi)螺紋瓶蓋模具設(shè)計(jì)與注塑成型［J］.模具技術(shù)2020（1）：12-15，40.

QIAO N. Mold design and injection molding of sectional internal Screw Cap ［J］. Mold Technology， 2020（1）： 12-15，40.

［6］楊鴻.殼體注塑CAE與熱流道模具設(shè)計(jì)［J］.模具技術(shù)， 2022（4）： 16-25.

YANG H. CAE for shell injection molding and hot runner mold design ［J］. Mold Technology， 2022（4）： 16-25.

［7］王海蘭，佟偉，歐相麟，等.基于Moldflow的盒型產(chǎn)品的變形優(yōu)化與機(jī)理探究［J］.塑料工業(yè)，2023，51（2）：90-95，125.

WANG H L，TONG W，OU X L，et al. Deformation optimization and mechanism research of boxshaped products based on Moldflow［J］. Engineering Plastics Application，2023，51（2）： 90-95，125.

［8］黃可，殷春云，劉江，等.車窗內(nèi)飾件熱流道注塑工藝參數(shù)優(yōu)化［J］.中國(guó)塑料，2019，33（10）：72-77.

HUANG K，YIN C Y，LIU J，et al. Optimization of injection molding process parameters for window interior trim［J］. China Plastics，2019，33（10）：72-77.

［9］劉鐵石，張?jiān)?，周全，?基于玻纖改性PP的風(fēng)扇面殼熱流道注塑模設(shè)計(jì)［J］.工程塑料應(yīng)用，2023，51（6）：85-91.

LIU T S，ZHANG Y，ZHOU Q，et al. Design of hot runner injection mould for fan shell based on glass fiber modified PP［J］. Engineering Plastics Application，2023，51（6）：85-91.

［10］王根華，肖國(guó)華，楊少增.碗形蓋帶內(nèi)螺紋孔塑件多材共用型熱流道模設(shè)計(jì)［J］.工程塑料應(yīng)用，2023，51（3）：94-100.

WANG G H，XIAO G H，YANG S Z. Design of universal hot runner mold for bowl cap with internal thread hole based on multiple plastics materials［J］. Engineering Plastics Application，2023，51（3）：94-100.

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳高等教育重點(diǎn)攻關(guān)研究項(xiàng)目（編號(hào)：19GG009），陜西省教育廳高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：21GY041），陜西省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃課題（編號(hào)：SGH18V020）。

作者簡(jiǎn)介：姜鑫，副教授，主要從事自動(dòng)化控制技術(shù)教學(xué)方面的研究。

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 "人工智能學(xué)院，陜西 "西安 "710300）