【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 多腔，一模多腔的設(shè)計(jì)不僅可以平衡型腔壓力，也可以提高塑件的生產(chǎn)率，保證較大的產(chǎn)量要求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在模具設(shè)計(jì)中每增加一個(gè)型腔，制品尺寸精度要下降 4。多腔模具 從表面上看，比少腔模具經(jīng)濟(jì)效益高，但是多腔模具所用注射機(jī)大，每一次注射循環(huán)期長(zhǎng)而維持費(fèi)用高，所以要從經(jīng)濟(jì)的條件上考慮每模的腔數(shù)。從模具的造價(jià)費(fèi)用和側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等因素考慮，本課題選擇一模兩腔 。 （ 2）型腔排列形式的確定 多型腔模具盡可能采用平衡式排列，且要力求緊湊，并與澆口開(kāi)設(shè)的部位對(duì)稱(chēng)。由于該設(shè)計(jì)選擇的是一模兩腔，故采用直線對(duì)稱(chēng)排列 ，如圖23 所示。 圖 23 分型面及 型腔排列方式 注射機(jī)的選擇 （ 1） 注射量計(jì)算 對(duì)于 ABS 一般密度為 3/cmg ，通過(guò) UG 三維軟件 建模設(shè)計(jì)分析計(jì)算得 塑件 體積 ： ?塑V 3cm 塑件質(zhì)量 ： M 塑 =ρ塑V = （ 2） 澆注系統(tǒng)凝料 體積的初步估算 澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前是不能確定準(zhǔn)確的數(shù)值的，不過(guò)可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的 ～ 1 倍來(lái)估算，由于本次我們采用的流道簡(jiǎn)單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的 倍來(lái)估算。由于這里采用的是一模兩 腔，因此一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為 )(7 9 4 )( 3cmVV ??????? 塑總 （ 3）選擇注射機(jī) 上面計(jì)算得出的一次注入模具型腔的塑料總體積可計(jì)算出注射機(jī)的公稱(chēng)注射量得 )(4 9 ??? 總公 根據(jù)上面計(jì)算，初步選定公稱(chēng)注射量為 125 3cm ，注射機(jī)型號(hào)為 SZ160/80 臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參見(jiàn)表 23 。 表 23 初步確定的 SZ160/80 注塑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 注射系統(tǒng) 鎖模系統(tǒng) 螺桿直徑 /mm 35 鎖模力 /kN 800 螺桿行程 /mm 70 拉桿內(nèi)間距（ VH? ） /mm 310330? 理論注射容積 / 3cm 125 模板行程 /mm 260 最大注射量 /g 110 最大開(kāi)距 /mm 580 注射壓力 /MPa 205 最大模厚 /mm 320 注射速率（ sg/ ） 100 最小模厚 /mm 170 塑化能力（ hkg/ ） 11 定位孔直徑 /mm 130 螺桿最大轉(zhuǎn)速（ min/r ） 220 定位孔深度 /mm 35 噴嘴孔直徑 /mm 噴嘴頭部半徑 /mm 12 液壓頂出力 /kN 28 頂出桿行程 /mm 55 （ 4）注塑機(jī)得相關(guān)參數(shù)校核 1）注射壓力校核 由表 22 可知，塑件所需注射壓力為 80～ 110MPa，此處取p0=100MPa，該注塑機(jī)的公稱(chēng)壓力 p 公 =205MPa，注射壓力安全系數(shù) k1=～ ，這里取 k1=，則： k1p0= 100=130﹤ p 公 ，所以注射機(jī)注射壓力合格。 2）鎖模力校核 ① 塑件在分型面上的投影面積 ，則 ? ?681)1253(62)121 0 8( 4 22 ?????????????????? ?? ）（）（塑A =+10625+1050〔 〕 =≈ 6207(mm2) ② 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積 A 澆 ， 可以按照 多型腔模的統(tǒng)計(jì)分析來(lái)確定。 A澆 是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積 A 塑 的 ～ 倍。由于本例流道設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，分流道相對(duì)較短，因此流道凝料投影面積可以取小些，這里取 A 澆 = 塑 。 ③ 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積 A 總 ，則 A 總 =n（ A 塑 + A 澆 ） =2 塑 =2 6207=（ mm2） ④ 模具型腔內(nèi)的脹型力 F 脹 ，則 F 脹 =A 總 p 模 = 35=521388（ N） =(kN) 式中， p 模 是型腔的平均計(jì)算壓力值。通常取注射壓力的 20%～ 40%，大致范圍為 25～40MPa，此處取 35MPa。 由表 23 可知該注塑機(jī)公稱(chēng)鎖模力 F 模 為 800kN，鎖模力安全系數(shù)為 k2=～ ，這里 k2取 ，則 k2 F 脹 = F 脹 = ≈ （ kN）﹤ 800kN，所以注射機(jī)鎖模力合格。 對(duì)于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進(jìn)行。 3 基于 Moldflow 的 CAE 分析 注塑模 CAE 技術(shù)的發(fā)展和在注塑模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 注塑模 CAE 技術(shù)的發(fā)展 注塑模 CAE 技術(shù)是根據(jù)塑料加工流變學(xué)和傳熱學(xué)的基本理論，建立熔體在模具型腔中的流動(dòng)、傳熱的物理、數(shù)學(xué)模型，利 用數(shù)值計(jì)算理論構(gòu)造其求解方法，利用計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)形象、直觀地模擬出實(shí)際成型中熔體的動(dòng)態(tài)填充、冷卻過(guò)程的一門(mén)分析技術(shù)。利用注塑模 CAE 技術(shù)可以在模具制造前，模擬注塑過(guò)程（包括充填、保壓及冷卻）并及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)和工藝條件設(shè)定，減少試模次數(shù)以提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)已成為注塑加工技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。 80 年代注塑模 CAE 技術(shù)開(kāi)始從理論研究進(jìn)入實(shí)用化階段，開(kāi)展了三維流動(dòng)與冷卻分析并把研究擴(kuò)展到保壓、纖維分子取向以及翹曲預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。進(jìn)入 90 年代后開(kāi)展了流動(dòng)、保壓、冷卻和應(yīng)力分析等注塑工藝全過(guò)程的集成化研究。 CAE 技術(shù)的出現(xiàn)，為注塑模設(shè)計(jì)提供了可靠的保證。傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，而注塑成型過(guò)程非常復(fù)雜，塑料熔體的流動(dòng)性能千差萬(wàn)別，制品和模具的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，工藝條件各不相同，成型缺陷各式各樣，模具設(shè)計(jì)往往需要反復(fù)的試模、修模才能投入生產(chǎn)，很少有一次成功的，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，不僅要重新調(diào)整工藝參數(shù)，甚至要修改塑料制品和模具， 不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且降低了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度。 利用注射模 CAE 技術(shù)可在模具制造之前 , 在計(jì)算機(jī)上對(duì)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和模擬來(lái)代替實(shí)際的試模 , 預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)中潛在的缺陷 , 突破了傳統(tǒng)的在注塑機(jī) 上反復(fù)試模、修模的束縛，為設(shè)計(jì)人員修改設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。隨著人們對(duì)塑料制品的需求范圍不斷擴(kuò)大，各種大型的高精度、形狀復(fù)雜塑料制品在生產(chǎn)過(guò)程中也出現(xiàn)了反復(fù)試模、修模各種問(wèn)題，這就需要我們不斷的發(fā)展 CAE技術(shù)，用 CAE 技術(shù)來(lái)解決在分模過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率，減少?gòu)U品率。 注塑模 CAE 技術(shù)在注塑模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 注塑模 CAE 技術(shù)借助于有限元法、有限差分法和邊界元等數(shù)值計(jì)算方法，分析型腔中塑料的流動(dòng)、保壓和冷卻過(guò)程，計(jì)算制品和模具的應(yīng)力分布，預(yù)測(cè)制品的翹曲變形，并由此分析工藝條件、材料參數(shù)及模具結(jié) 構(gòu)對(duì)制品質(zhì)量的影響，達(dá)到優(yōu)化制品和模具結(jié)構(gòu)、優(yōu)選成型工藝參數(shù)的目的，如通過(guò)對(duì)澆注系統(tǒng)的平衡、澆口的數(shù)量和位置、澆口的大小、熔接痕位置的預(yù)測(cè)，根據(jù)型腔各部分的溫度變化差異，測(cè)定注塑時(shí)的注塑壓力以及塑料在充填型腔時(shí)的壓力損失、熔料的溫度變化、注塑變化、剪切應(yīng)力、剪切速率等系列參數(shù)。因此，注塑模的 CAE 分析在注塑模設(shè)計(jì)中可應(yīng)用于型腔設(shè)計(jì)、澆口設(shè)計(jì)、流道設(shè)計(jì)、制品變形預(yù)測(cè)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化塑料制品設(shè)計(jì)、塑料模具設(shè)計(jì)和注塑工藝參數(shù)等功能。其中以 Moldflow 軟件的應(yīng)用最具代表性， Moldflow 軟件在注塑模設(shè) 計(jì)中的作用主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面，首先可以?xún)?yōu)化塑料制品，得到制品的實(shí)際最小壁厚，從而優(yōu)化制品結(jié)構(gòu)，降低材料成本，縮短生產(chǎn)周期，保證制品能全部充滿(mǎn)。其次可以?xún)?yōu)化模具結(jié)構(gòu)，可以得到最佳的澆口數(shù)量與位置、合理的流道系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)，并對(duì)型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸和冷卻系統(tǒng)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試模、修模，大大提高模具質(zhì)量，減少修模次數(shù)；最后可以?xún)?yōu)化注塑工藝參數(shù)，確定最佳的注射壓力、保壓壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時(shí)間、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間，以注塑出最佳的塑料制品。本課題就是采用 Moldflow 軟件對(duì) 外殼制件進(jìn)行流動(dòng)模擬分析，預(yù)測(cè)存在氣泡的位置、熔接線位置以及鎖模力的大小，分析出澆口的最佳位置。 Moldflow 分析一般步驟 注塑成型最重要的是控制塑料在模具中的流動(dòng)方式，利用模流分析軟件 Moldflow可以模擬熔體在模具中的流動(dòng)，可以預(yù)測(cè)和顯示熔體流動(dòng)前沿的推進(jìn)方式、填充過(guò)程種的壓力和溫度變化、流動(dòng)時(shí)間、氣穴和熔接痕的位置等，從而幫助工藝人員在試模錢(qián)對(duì)可能出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)，找到缺陷產(chǎn)生的原因并加以改進(jìn)，提高一次試模的成功率。 Moldflow 一般主要用來(lái)對(duì)注塑過(guò)程進(jìn)行模擬分析，包括填充、保 壓、冷卻、翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應(yīng)用、收縮以及氣輔成形和熱固性材料流動(dòng)分析，從而得到最佳的澆口數(shù)量與位置，合的理的流道系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)，并對(duì)型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸、冷卻系統(tǒng)尺寸和注塑工藝進(jìn)行優(yōu)化，提高一次試模成功率，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期的目的。 Moldflow 分析的一般步驟如圖 31 所示。 → → → → → → 圖 31 Moldflow 分析一般步驟 塑件網(wǎng)格劃分及診斷 由于 Moldflow 只能對(duì) STL 和 IGES 兩種文件格式的模型進(jìn)行分析，這里我們選擇的是 STL 文件格式，所以在導(dǎo)入模型之前我們要做的第一步就是要在 中創(chuàng)建好的 液晶盒上 蓋模型的 STL 文件導(dǎo)出，然后將該 STL 文件導(dǎo)入到 Moldflow 軟件進(jìn)行輸入CAD模型 選擇材料 網(wǎng)格劃分 設(shè)定分析參數(shù) 確定注塑條件 分析計(jì)算 分析結(jié)果顯示 后續(xù)操作。在 Moldflow 中進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)， 將全局網(wǎng)格邊長(zhǎng)為 ， STL 合并公差為默認(rèn)的 ，其他值都為默認(rèn)值，然后點(diǎn)擊立即劃分網(wǎng)格即可。劃分結(jié)束后的網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)如圖 32 所示。對(duì)于網(wǎng)格的劃分結(jié)果參數(shù)即網(wǎng)格信息必須滿(mǎn)足 以 下一些原則 [5]： (1) 連通區(qū)域應(yīng)該為 1 (2) 自由邊和非交疊邊個(gè)數(shù)應(yīng)該為 0 (3) 未定向的單元應(yīng)該為 0 (4) 交叉單元個(gè)數(shù)應(yīng)該為 0 (5) 完全重疊單元個(gè)數(shù)應(yīng)該為 0 (6) 單元縱橫比數(shù)值視具體情況而定，一般 在 fusion 表面模型分析中，縱橫比推薦最大值 為 6。 (7) 網(wǎng)格匹配率 最基本 應(yīng) 在 80%左右 (8) 零面積個(gè)數(shù)應(yīng)該為 0 對(duì)劃分好的網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。其中存在的問(wèn)題通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)修復(fù)、手工修復(fù)等操作之后，對(duì)網(wǎng)格狀態(tài)再次統(tǒng)計(jì)看是否符合要求。修復(fù)后的網(wǎng)格狀態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖 33所示，這些參數(shù)結(jié)果 基本 都符合要求 。 圖 32 Moldflow 網(wǎng)格劃分結(jié)果 圖 33 對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行修復(fù)后網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)結(jié)果 澆口位置分析 澆口處是流道系統(tǒng)和型腔之間的過(guò)渡區(qū)域。澆口的位置對(duì)于最終制件的性能和外觀具有很大的重要性。熔體必須快速并均勻的充填入整個(gè)型腔。澆口設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮以下幾點(diǎn)： (1) 澆口的位于最厚的部分 (2) 處于審美原因，應(yīng)注意避免澆口痕 (3) 通過(guò)改進(jìn)澆口尺寸或位置，從而避免噴流 (4) 流道保持平衡，以確保均勻的充填和填料 (5) 避免熔接線或?qū)⑵浼兄烈蟛惶珖?yán)苛的部分 (6) 盡量減少氣泡，以避免產(chǎn)生燒焦 避免某些承 受沖擊或機(jī)械應(yīng)力的區(qū)域 (7) 安置在易于除去澆口的位置 根據(jù)設(shè)定的型腔排列，采用一模兩腔， 利用 Moldflow 對(duì)制件進(jìn)行最佳澆口位置分析，從而為確定澆口位置提供參考。經(jīng)過(guò)分析可得分析結(jié)果如圖 34。 從圖 34 中我們可以清晰的看出，制件的最佳澆口位置位于工件的中間位置即藍(lán)色區(qū)域。最差位置在制件的兩側(cè)邊緣即紅色區(qū)域。為了便于除去澆口確保流道平衡等各方面考慮，我們將澆口定于制件的側(cè)面的藍(lán)色區(qū)域。 圖 34 Moldflow 最佳澆口位置分析 建立澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)以及參數(shù)的設(shè)置 考慮到制品的美觀， 其外表面不能有澆口的痕跡，初步選擇 采用 一模兩 穴方式進(jìn)行注塑 。而對(duì)于型腔的排布 根據(jù)預(yù)定設(shè)計(jì)方案 ， 采用平衡式排列， 在網(wǎng)格劃分 結(jié)束 后經(jīng)過(guò)型腔復(fù)制、分析澆口位置、選擇澆口、流道系統(tǒng)、冷卻回路向?qū)У脑O(shè)置后可得到型腔排布方式的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的建立結(jié)果如 圖 35 所示 。 圖 35 型 腔排布方式 下面一節(jié)將對(duì)這種排布方式的冷卻、流動(dòng)和翹曲分析結(jié)果進(jìn)行分析 。 在對(duì)這種型腔排布進(jìn)行冷卻、流動(dòng)和翹曲分析之前，必須進(jìn)行一些設(shè)置，其分析形式選擇冷卻 +流動(dòng) +翹曲， 材料選擇的是制造商為 Monsanto kasei、牌號(hào)為 0% rubber 的原材料，其模具溫度為 50C? ，熔體溫度是 230C? ，開(kāi)模時(shí)間設(shè)為 5s，流道 用自動(dòng)向?qū)?chuàng)建， 主流道 入口直徑為 4mm， 長(zhǎng)度為 48mm；分流道直徑為 5mm，長(zhǎng)度為 35mm； 冷卻水道 用手動(dòng)創(chuàng)建 ， 直徑為 7mm， 頂部水道中心 離制品的距離為 10mm，底部水道中心離制品距離為15mm。設(shè)置好后開(kāi)始進(jìn)行分析。 結(jié)果分析 Moldflow 提供了豐富的分析類(lèi)型，用戶(hù)根據(jù)預(yù)估制件缺陷類(lèi)型選擇對(duì)應(yīng)的分析類(lèi)型。對(duì)薄壁塑料件而言，在成型過(guò)程中主要缺陷是翹曲變形和充填不足，因此在設(shè)置分析類(lèi)型時(shí)，選擇“冷卻 +流動(dòng) +翹曲”分析類(lèi)型。 Flow 流動(dòng)分析 對(duì)于這部分的分析結(jié)果又分為充填時(shí)間、壓力分布、體積收縮率、鎖模力、熔接痕和氣穴等。 (1) 填充時(shí)間分析 充填分析過(guò)程為模擬熔體從進(jìn)入模腔開(kāi)始，到熔體達(dá)到 模具模腔的末端過(guò)程。計(jì)算模腔被填滿(mǎn)過(guò)程中，流動(dòng)