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拉伸弹簧滑轮盖注塑模具设计与CAE分析

作者:创始人 日期:2019-11-16 人气:412

       本课题是注塑模具设计与CAE分析,近几年注塑模具设计发展迅速,设计者只需在电脑上建立产品的三维造型,根据产品三维模型进行模具结构设计及优化设计,紧接着就可以利用软件导出模架。随着计算机技术的迅猛发展,注塑模具CAE技术也随之推广,这项技术的发展应用使模具设计和加工成本大大降低,效率也成倍地提高[1]。本课题所使用的软件是Moldflow,在设计阶段,通过Moldflow分析就能预测出产品可能出现的一些问题,能够提前做出修正,再进行优化,从而提高效率、缩短研发周期、降低成本。
1 塑件的工艺性分析
       原料选取 PA6,形态上属于半结晶性材料。它的结晶度较高、熔点较为明显;表面硬度较高、耐磨损、摩擦系数较小、有润滑性和消音性。密度为1.14-1.15(g/cm3),低温时性能良好,有一定的耐热性(可以在100度以下使用)[2]。根据塑料的要求,进行建模。建模图如1所示。

2 塑件模流仿真分析
       本课题通过对拉伸弹簧滑轮座的流动以及冷却成型的分析结果,可以对设计尺寸和模具结构进行优化处理。
2.1 浇口位置的选择及流动分析
       该产品小批量生产,自动脱模,采取一模一腔,直浇口,直接流入型腔,压力损失较小,进料速度非常快,成型较容易,通过图2结果得到浇口最佳位置在拉伸弹簧滑轮盖上方蓝颜色区域,在浇口位置确定后,就可以进行下一步的成型分析测量。通过图3压力分析结果可以看出塑件所受压力分布均匀,最大值为 24.32Mpa,压力主要集中在浇口位置,远离浇口压力逐渐减小,最后在塑件上部边缘降至最低。通过图4流动前沿温度分布较合理且均匀,符合要求。通过图5气穴主要分布在分型面的位置,数量也比较少。气穴比较容易从分型面排除,不会导致气泡、烧焦塑件等缺陷的出现。

2.2 冷却分析结果
       冷却分析结果主要包括制品达到顶出温度的时间、回路管壁温度、翘曲变形等[3]。通过图6当制品成型完成时,从分析中可以看出塑件表面温度较高,这样冷却时间就会延长。这里采取将冷却管道尺寸进行增大分析结果来保证表面的降温。通过图7最高温度在浇口处为28.27℃,最低温度在入口处为26.37℃,温差不超过5℃。通过图8可以分析出拉伸弹簧滑轮盖的综合变形因数为0.9587mm。 

2.3 基于正交试验的工艺参数优化
       正交法是研究多因素、多水平试验的一种高效、快速、经济的科学设计方法。本案例通过moldflow得到许多可变化的分析条件和结果将注塑机的熔体温度(A)、模具温度(B)、注射时间(C)、保压时间(D)、和保压压力(E)作为可变因素[4],并在其中选择具有代表的因素通过单一变量法对工艺参数进行模拟优化。实验通过设定以下5个因素进行分析计算。如表1所示。利用正交表L16( 45 )和表1中的参数来做实验,得到的结果如表2。 

       从表2中可以看出:对于实验结果即塑件的翘曲变形影响的由大到小顺序为A>C>B>E>D。根据表1和表2,分析塑件的翘曲变形结果。模具温度为30℃,注射时间为3s,熔体温度为255℃,保压时间为10s,保压压力为100MPa,优化结果如图9。

3 模具设计
       分型面的设计非常关键,其会影响到整副模具的结构布局与模具加工的难易程度[5]。拉伸弹簧滑轮盖属于规则物体,整体结构简单,高度适中,其最大轮廓处正好在物件的垂直投影处。
       将分型面设计在投影面的水平,操作简单易于开模。分型面如图10所示。

       通过moldflow的分析结果,选出了最佳浇口位置,进行浇注系统的设计,主流道采用直浇口,利于排气以及快速成型。正交优化选出注塑机调试最优的参数,基于模流分析和正交优化之后的结果,浇注系统和冷却水道都已设计完成,再利用 mouldwizard选取模架,选取标准件,例:浇口套、定位环和螺钉等等。
       模架整体结构如图11所示。

       本次案例选用模架基本尺寸为B × L = 300m × 250mm,型腔采用一模一腔的结构。无侧抽芯机构,推出方式采用的单分型面的一次推出机构。综合上述因素综合考虑,模架形式采用最典型的两板模结构,该结构较为简单,易于维修。在开合模过程中,部件无干涉现象,能进行正常的开合模动作[6]。模架的二维装配图如图12所示。

4 总结
       本文以拉伸弹簧滑轮盖为案例,进行了注射模模具设计与CAE 分析。从开始使用 UG 画出拉伸弹簧滑轮盖上盖的三维模型,紧接着利用 Moldflow 对拉伸弹簧滑轮盖进行模流分析,再进行正交优化,获得了所需的参数,导出模架。这种设计模式可以提高塑料制品的质量,避免模具返工和修改设计,节省时间和成本。
参考文献
[1]丁同梅,周正武.基于CAD/CAE的笔记本底座注塑模具设计[J].塑料科技,2019(4):82-86.
[2]齐永杰.基于Moldflow的汽车保险杠成型分析及产品优化设计[D].浙江工业大学,2015.
[3]黄继战,侯世赟,范玉,等.模流分析在汽车后视镜外壳模具设计中的应用[J].塑料科技,2019(4):2-6.
[4]磨莉,谷林.基于Moldflow的PP薄壁制品注塑工艺计算机模拟[J].工程塑料应用,2016(4):69-73.
[5]吴生绪.塑料成形工艺技术手册[M].北京:机械工业出版社,2007.
[6]班梦凯,牛强,周雄辉,等. 基于CAD/CAE集成的注射模冷却系统分析评估方法[J].模具工业,2015(1):17-23.

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