鄒光明,張寶祥,丁 博,鄧如應(yīng),王興東
(武漢科技大學(xué) 機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院,武漢 430081)
墊圈簧片的CAE分析與注塑模設(shè)計(jì)
鄒光明,張寶祥,丁 博,鄧如應(yīng),王興東
(武漢科技大學(xué) 機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院,武漢 430081)
對(duì)墊圈簧片的結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行了分析,選擇了塑件分型面,完成了模具的澆注系統(tǒng)、成型零部件、結(jié)構(gòu)零部件和脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。針對(duì)兩種可能的澆口位置布置方案,利用CAE軟件對(duì)兩種設(shè)計(jì)方案從熔合紋、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和剪切力場(chǎng)等方面進(jìn)行了對(duì)比分析,確定了澆口的較佳布置方案。該模具結(jié)構(gòu)緊湊,功能結(jié)構(gòu)完善,能滿足生產(chǎn)需要。
注塑模;墊圈簧片;CAE分析;澆口布置
注塑成型是塑料加工的重要成型方法之一,但是在注塑生產(chǎn)過程中塑料產(chǎn)品經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些缺陷,因此,注射成型CAE分析對(duì)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)及注射成型工藝具有非常重要的指導(dǎo)作用[1,2]。通過CAE模擬分析,可以預(yù)測(cè)不同的分流道形狀及澆口形狀、位置和數(shù)目對(duì)塑件成型質(zhì)量的影響[3],因此改變了依靠直覺和經(jīng)驗(yàn)反復(fù)試模、修模的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,提高塑件成型質(zhì)量,縮短模具開發(fā)周期。本文通過CAE模擬分析墊圈簧片的成型過程,指導(dǎo)澆口位置及布置形式的設(shè)計(jì),并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu),該模具可用于完成墊圈簧片的生產(chǎn),并提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
墊圈簧片的材料為聚甲醛(POM),外觀是不透明或半透明的粉料或粒料。POM流動(dòng)性中等,且有較高的收縮率,可達(dá)2%~3.5%[4]。塑件的主要結(jié)構(gòu)和尺寸如圖1所示。
此塑件選未注公差尺寸MT6級(jí)精度,查文獻(xiàn)[5]得各主要尺寸及其公差(單位mm)如下:
該塑件要求表面無凹坑、分型面處無毛刺缺陷和孔處不出現(xiàn)銳邊,故比較容易實(shí)現(xiàn)。塑件的壁厚為1mm,塑件整體尺寸較小,可不必設(shè)計(jì)脫模斜度。在塑件所有孔的轉(zhuǎn)角處都應(yīng)采用圓弧過渡,避免塑件在加工與使用過程中發(fā)生應(yīng)力集中。計(jì)算得塑件的體積V1為1.19cm3,澆注系統(tǒng)的凝料根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.3倍來估算,查文獻(xiàn)[4]初步選定注射機(jī)型號(hào)SZ-25/20臥式注射機(jī)。
圖1 墊圈簧片結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)塑件質(zhì)量要求,復(fù)雜塑件一般都采用單型腔注射模,生產(chǎn)中如果交貨期允許,單型腔模是最經(jīng)濟(jì)的方案,本模具確定使用一模一腔的設(shè)計(jì)方案。分型面位置應(yīng)開設(shè)在塑件截面尺寸最大的部位,便于脫模和加工型腔,本塑件分型面如圖2中A-A面。
圖2 塑件分型面
主流道一般單獨(dú)設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套。分流道開設(shè)在模板上,考慮到加工工藝性,選擇分流道截面形狀為梯形,梯形上底為B,高為H。由文獻(xiàn)[5]得梯形截面的當(dāng)量直徑D=3.2~9.5mm,這里取D=8mm,則B=1.307.D=5.23mm,H=0.817.D=3.48mm,側(cè)面斜度α=5o~10o,這里α 取6o。
本模具采用單型腔多限制性澆口的設(shè)計(jì)方案,澆口位置和數(shù)目的確定詳見下一節(jié)。本模具采用倒錐形冷料穴,并采用帶球形頭拉料桿。
通過分析塑件的結(jié)構(gòu)形式,成型本塑件澆口位置的布置擬通過分析圖3所示的方案一與方案二兩種形式來確定澆口的布置位置。這兩種方案的澆口形式均為4個(gè)點(diǎn)澆口,除澆口位置不同外,其余參數(shù)均相同。運(yùn)用華塑CAE軟件對(duì)澆口布置的兩種方案從熔合紋、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和剪切力場(chǎng)等方面進(jìn)行分析,通過比較兩方案來確定較佳的澆口位置。
圖3 澆口位置方案
1)熔合紋分析
熔合紋分析結(jié)果如圖4所示,從圖中分析可知,方案一和方案二中熔合紋的位置基本上處于塑件的對(duì)稱軸線上,整個(gè)熔合紋分布比較平衡,對(duì)塑件的使用性能影響不是很大。所以,方案一與方案二分析結(jié)果相近,均能滿足要求。
2)溫度場(chǎng)分析
溫度場(chǎng)分析結(jié)果如圖5所示,從圖中分析可知,方案二塑件的溫度分布明顯比方案一均勻,而且溫差不大,不會(huì)出現(xiàn)因溫差大而產(chǎn)生翹曲變形的現(xiàn)象。所以,從溫度場(chǎng)分析結(jié)果可知方案二的澆口設(shè)計(jì)要優(yōu)于方案一的設(shè)計(jì)。
圖4 熔合紋計(jì)算結(jié)果
圖5 溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果
3)壓力場(chǎng)分析
壓力場(chǎng)分析結(jié)果圖6所示,從圖中分析可知,在方案二中,塑件的壓力差接近相等,壓力分布比方案一均衡,減小了塑件產(chǎn)生翹曲變形的可能性。所以,從壓力場(chǎng)分析結(jié)果可知方案二的澆口設(shè)計(jì)要優(yōu)于方案一的設(shè)計(jì)。
圖6 壓力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果
4)剪切力場(chǎng)分析
剪切力場(chǎng)分析結(jié)果如圖7所示,從圖中分析可知,方案二剪切力場(chǎng)的分布比方案一剪切力場(chǎng)的分布要均衡。所以,方案二中的剪切力場(chǎng)分布優(yōu)于方案一中的剪切力場(chǎng)分布。
通過以上對(duì)兩種澆口位置布置形式的分析,綜合評(píng)價(jià)得到澆口位置的設(shè)計(jì)采用方案二更為合理。
凸模、凹模組成的模腔工作尺寸計(jì)算方法有平均收縮率法和公差帶法兩種。本設(shè)計(jì)采用平均收縮率法進(jìn)行模腔工作尺寸的計(jì)算。POM的平均收縮率Scp為2.75%,通過平均收縮率計(jì)算方法得成型零部件各主要工作尺寸,其計(jì)算結(jié)果如表1所示。
考慮模具型腔布局及相互位置尺寸,再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模架,選用結(jié)構(gòu)形式為A1型的模架,查文獻(xiàn)[6]選取模架尺寸規(guī)格為125mm×160mm×172mm的標(biāo)準(zhǔn)模架。
圖7 剪切力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果
表1 成型零部件各主要工作尺寸
支承與固定零件主要用來安裝固定或支承成型零部件及其他結(jié)構(gòu)的零部件,包括動(dòng)模座板、定模座板、固定板和支承板等,其中動(dòng)模板三維圖如圖8所示。
圖8 動(dòng)模板
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用直導(dǎo)柱和直導(dǎo)套的形式。
對(duì)模具各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后,又對(duì)注射機(jī)相關(guān)工藝參數(shù)如最大注射量、鎖模力、模具厚度和開模行程進(jìn)行了校核,均符合注射機(jī)的要求。通過以上設(shè)計(jì)得到模具結(jié)構(gòu),其三維圖如圖9所示。
圖9 模具三維圖
本文完成了墊圈簧片的工藝性分析、注射機(jī)的選型、分型面的選擇、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和模具零部件等設(shè)計(jì)工作。特別運(yùn)用CAE軟件對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行了分析,分析結(jié)果可以有效地判斷澆口位置的布置是否合理,并預(yù)測(cè)填充過程中可能產(chǎn)生的缺陷。通過對(duì)澆口位置兩種不同設(shè)計(jì)方案的比較分析,確定了澆口布置的較佳設(shè)計(jì)方案。該模具結(jié)構(gòu)緊湊,能滿足生產(chǎn)要求。
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The CAE analysis of spring washer and the design of injection mould
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TQ320.66
A
1009-0134(2014)05(下)-0104-03
10.3969/j.issn.1009-0134.2014.05(下).29
2013-12-10
鄒光明(1970 -),男,湖北仙桃人,博士,副教授,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助工程、模具設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)等。