電飯煲提手的模具設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化電飯煲提手的模具設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化 2019/08/12 摘要：通過(guò)分析一種電飯煲提手塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性，利用NX12.0軟件設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，并根據(jù)HsCAE3D對(duì)模具澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的分析結(jié)果改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了注塑工藝的優(yōu)化，控制塑件的翹曲變形量絕大部分在0.1mm之內(nèi)，局部為0.16mm。關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì)；澆注系統(tǒng)；冷卻系統(tǒng)；翹曲變形1引言隨著CAD/CAE技術(shù)的發(fā)展，模具設(shè)計(jì)流程發(fā)生了很大的變化，從依靠設(shè)計(jì)者的主觀(guān)經(jīng)驗(yàn)分析轉(zhuǎn)變?yōu)榻柚鶦AD/CAE軟件進(jìn)行系統(tǒng)分析。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以分析澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、脫模機(jī)構(gòu)、頂出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)干涉；在塑料注射工藝參數(shù)選擇過(guò)程中，可以對(duì)充模、冷卻、保壓進(jìn)行分析從而優(yōu)化注塑工藝1。許多大型CAD軟件都提供了模具設(shè)計(jì)模塊，如Siemens公司的NX12.0的MouldWaids；在注塑工藝分析過(guò)中，Autodesk公司的Moldflow被廣泛的應(yīng)用；華塑軟件研究中心的HsCAE3D軟件逐漸成熟2。通過(guò)CAE分析可以提高模具的設(shè)計(jì)、制造效率，提高設(shè)計(jì)制造質(zhì)量，減少試模修模時(shí)間，從而縮短從塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、模具制造及產(chǎn)品注塑生產(chǎn)的整個(gè)周期。本文利用NX12.0的模具設(shè)計(jì)模塊MoldWizard和HsCAE3D完成一種電飯煲提手的模具設(shè)計(jì)，同時(shí)優(yōu)化了注塑成型工藝。2塑料件的結(jié)構(gòu)工藝分析圖1為一種電飯煲提手塑件的塑件產(chǎn)品圖。該塑件材料為聚丙烯，收縮率為1.5%。設(shè)計(jì)的原始數(shù)模為STP的格式的文件，可以導(dǎo)入NX，另存為STL格式的文件；把文件為STL格式的文件導(dǎo)入HsCAE3D軟件，利用其快速分析功能獲得如表1所示的塑件基本信息。尺寸精度為一般精度要求MT5級(jí)，故對(duì)應(yīng)模具相關(guān)零件的尺寸加工精度容易保證。塑件壁厚較均勻，2mm左右，最小壁厚0.4mm，符合最小壁厚原則3，塑件均為圓角過(guò)渡，結(jié)構(gòu)工藝性良好。表1中節(jié)點(diǎn)數(shù)和單元數(shù)為CAE網(wǎng)格文件的參數(shù)，滿(mǎn)足分析要求，如果不滿(mǎn)足可通過(guò)華塑網(wǎng)格管理器進(jìn)行修復(fù)。3模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1成型零件的設(shè)計(jì)塑件的結(jié)構(gòu)如圖2所示。1是提手的開(kāi)口位置，不可以直接脫模，需要向外的側(cè)向分型抽芯，選用斜導(dǎo)柱側(cè)向分型抽芯結(jié)構(gòu)；2和9為內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，同樣不可以直接脫模，需要向內(nèi)的滑塊結(jié)構(gòu)，選用方形彎銷(xiāo)抽芯機(jī)構(gòu)；35、7和8有多個(gè)靠破孔，直接通過(guò)前、后模具合模后成型；6為擦穿位，通過(guò)前后模具的側(cè)面合模后側(cè)面相靠成型。考慮模具加工的工藝性，圓孔位置都通過(guò)鑲件完成。圖3為模具成型零件的爆炸圖。3.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)外四個(gè)滑塊四個(gè)方向抽芯，模具結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)根據(jù)用戶(hù)的注塑機(jī)注塑量，鎖模力的要求，選用1模1件，直澆口的形式。保證注射的相對(duì)平衡，主澆道偏離中心10mm。充型性可以通過(guò)HsCAE3D進(jìn)行分析，通過(guò)充型分析，可以得到如圖4所示（見(jiàn)封三）的模具前端填充零件的時(shí)間云圖，從圖中可以看出模具全部充滿(mǎn)需要1.22s，HsCAE3D可以動(dòng)態(tài)仿真模具填充的全過(guò)程。圖5為填充過(guò)程中可能產(chǎn)生氣穴和熔接痕的位置，1為熔接痕的位置，2為可能產(chǎn)生氣穴的位置，為設(shè)計(jì)模具的排氣槽和溢流槽的位置提供了參考。3.3模具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)從圖3可以看出參與直接成型的零件有6個(gè)，模具的前后模4個(gè)滑塊都需要設(shè)計(jì)冷卻水路，模具前模鑲件中也要布置冷卻水路。模具圓型鑲件的冷卻水路可以采用隔水板的形式。圖6中1、2為后模冷卻水路，3、6為外側(cè)滑塊冷卻水路，4、5為前模鑲中的冷卻水路（見(jiàn)封三）。冷卻水路的設(shè)計(jì)直接影響塑料零件的生產(chǎn)效率，同時(shí)冷卻水路布置的不合理，會(huì)對(duì)塑料充模過(guò)程有較大的影響，造成填充不滿(mǎn)，澆不足、溶接痕等缺陷。HsCAE3D可以分析冷卻介質(zhì)的溫度場(chǎng)變化如圖7（見(jiàn)封三），設(shè)計(jì)者根據(jù)冷卻介質(zhì)溫度場(chǎng)的變化，來(lái)修改冷卻水路的結(jié)構(gòu)及介質(zhì)的熱平衡參數(shù)。同時(shí)可以分析冷卻穩(wěn)態(tài)后的溫度場(chǎng)圖8（見(jiàn)封三），供設(shè)計(jì)頂出機(jī)構(gòu)作為參考。4塑料零件翹曲變形分析和工藝優(yōu)化塑料制品注塑成型過(guò)程中，塑料由粘流態(tài)、高彈態(tài)到玻璃態(tài)。這個(gè)過(guò)程粘流態(tài)的塑料必須高效的填充型腔。影響填充效果的工藝因素主要有溫度、壓力、剪切速度。塑料制品的材料一旦定，其注塑溫度和注塑壓力范圍可用通過(guò)查閱手冊(cè)確定范圍，如本塑件的材料為聚丙烯，手冊(cè)上推薦的最低溫度為220，最高溫度為250。注塑溫度影響塑料粘度變化，進(jìn)而影響塑料的填充能力。注射溫度低會(huì)造成填充不足，出現(xiàn)熔接痕，澆不足的缺陷。溫度過(guò)高則會(huì)出現(xiàn)飛邊、熔體破裂的缺陷。在沒(méi)有CAE軟件參與設(shè)計(jì)的情況下，工藝調(diào)整都是在模具加工后試模過(guò)程中完成的，而CAE軟件可以仿真不同時(shí)間塑料的流動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)模擬軟件調(diào)整相應(yīng)的工藝參數(shù)，軟件可以動(dòng)態(tài)生成不同時(shí)間的溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和剪切力場(chǎng)。根據(jù)剪切速度場(chǎng)的變化動(dòng)態(tài)圖選擇溫度、壓力和剪切力。剪切速度相對(duì)變化范圍小的工藝參數(shù)作為優(yōu)化的推薦參數(shù)，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。圖9為填充0.14s后的工藝參數(shù)云圖（見(jiàn)封三）。塑料的注塑壓力、保壓時(shí)間、冷卻溫度場(chǎng)的分布都會(huì)影響塑料產(chǎn)品的變形程度，使塑料制品產(chǎn)生翹曲。生產(chǎn)實(shí)踐表明：適當(dāng)?shù)慕档晚敵鰷囟?，可以降低產(chǎn)生翹曲的幾率，但是冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)降低生產(chǎn)效率，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生脫模困難等問(wèn)題。通過(guò)CAE軟件的仿真可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題。圖10為推出溫度和翹曲變形的關(guān)系，是在相同的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的情況下，通過(guò)改變真仿軟件中推出溫度參數(shù)獲得翹曲變化趨勢(shì)曲線(xiàn)。圖11為優(yōu)化后推出溫度為40，翹曲最大翹曲控制0.16mm。根據(jù)用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品精度的要求可以平衡進(jìn)度和效率的關(guān)系。5模具的動(dòng)作過(guò)程N(yùn)X12.0的模具M(jìn)ouldWaids模塊，既可以高效的完成模具分模到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，又可以完成標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用，還可以實(shí)現(xiàn)高效的出圖。圖12為最終模具設(shè)計(jì)結(jié)果，采用兩板模大水口方式，其動(dòng)作過(guò)程為前模2和后模11分開(kāi)，在斜導(dǎo)柱22、18的帶動(dòng)下兩個(gè)外滑塊19、21向外運(yùn)動(dòng)。由于塑料件的壁厚比較薄，結(jié)構(gòu)向?qū)?fù)雜，為了防止開(kāi)模過(guò)程中撕裂塑件，采用順序脫模結(jié)構(gòu)，方形彎銷(xiāo)在兩個(gè)外滑塊脫模后再動(dòng)作。即方形彎銷(xiāo)4、12帶動(dòng)內(nèi)滑塊5、11實(shí)現(xiàn)內(nèi)滑塊脫模具。然后推出行程由推出限位塊20控制，這樣可以防止推桿組和外滑塊相撞；在復(fù)位桿上附加彈簧起到推出機(jī)構(gòu)先行復(fù)位的作用。本套模具的特點(diǎn)是：典型的哈夫模具結(jié)構(gòu)；帶有內(nèi)滑塊抽芯；順序脫模；冷卻水路復(fù)雜。通過(guò)加工試模具，本套模具開(kāi)模順利、合模準(zhǔn)確，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，有較高的設(shè)計(jì)參考價(jià)值。6結(jié)語(yǔ)以一種電飯煲的提手零件為例，進(jìn)行了完整的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分地利用HsCAE軟件進(jìn)行充模分析、冷卻分析和翹曲分析，同時(shí)通過(guò)CAE軟件仿真頂出溫度對(duì)翹曲變形和冷卻時(shí)間的影響，同時(shí)給出了電飯煲提手模具完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決方案，對(duì)采用內(nèi)外同時(shí)抽芯脫模的哈夫模具結(jié)構(gòu)有一定的借鑒意義。參考文獻(xiàn)1關(guān)興舉，張海波.模具結(jié)構(gòu)對(duì)塑料制品翹曲變形影響的研究進(jìn)展J.合成樹(shù)脂及塑料，2018（02）：94-97.2華塑軟件研究中心.塑料注射模CAE教程M.武漢：華中科技大學(xué)，2008：1-503王敬艷.華塑CAE在塑料殼體模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究J.塑料制造，2015（Z1）：71-76.