肖芃 高楊

作者簡(jiǎn)介：肖芃（1986.10.24-）;性別：男，民族：漢，籍貫：遼寧沈陽(yáng)，學(xué)歷：本科;現(xiàn)有職稱(chēng)：助理工程師 研究方向：機(jī)械）

摘 要： 模具作為工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵性裝備，逐漸發(fā)展成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的工業(yè)基礎(chǔ)。在工業(yè)發(fā)展歷程中，模具成型的生產(chǎn)質(zhì)量備受關(guān)注。傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方式難以順應(yīng)當(dāng)前模具設(shè)計(jì)的各項(xiàng)需求。本文以CAD/CAE技術(shù)為核心，開(kāi)展膨脹水箱模具的各項(xiàng)設(shè)計(jì)，分析膨脹水箱注塑模的應(yīng)用性能，具有良好應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞： 模具;冷卻系統(tǒng);側(cè)抽芯機(jī)

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TU931.3? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? ? ?【文章編號(hào)】1674-3733（2020）14-0250-01

引言：科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，提升了CAD/CAE的應(yīng)用頻率，拓寬了CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍，改善了傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)的不足，提升了模具設(shè)計(jì)的適用性，成為解決當(dāng)前問(wèn)題最為有效的應(yīng)用型技術(shù)，有助于提升模具生產(chǎn)制造的綜合效益。

1 CAD膨脹水箱模具設(shè)計(jì)

1.1 工藝性分析。（1）塑件材料性能分析：綜合考量膨脹水箱的應(yīng)用性能及其運(yùn)行環(huán)境，成型材料應(yīng)選擇耐久性好、延展性強(qiáng)、抗壓能力優(yōu)異、兼具抗疲勞能力，同時(shí)考量膨脹水量作為半透明產(chǎn)品，宜使用PP塑料材質(zhì)予以成型。（2）脫模斜度：脫模斜度設(shè)計(jì)的合理性，旨在增強(qiáng)模具的脫模能力，減少脫模發(fā)生摩擦。塑料的收縮性、塑料外觀形態(tài)、壁厚屬性、制品位置等因素，均在不同程度地影響著脫模斜度。上箱體脫模斜度設(shè)計(jì)為1度，下箱體脫模斜度設(shè)計(jì)為3度。（3）分析尺寸精度：采用PP料制作膨脹水箱，依據(jù)GB/T14486-1993相關(guān)規(guī)范內(nèi)容可知，PP料材質(zhì)較為標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格精度為4級(jí)。

1.2 注塑模具構(gòu)造。典型的注塑模，其結(jié)構(gòu)分為定模與動(dòng)模，依據(jù)零件的應(yīng)用功能差異，注塑模具組成元素有：成型零件、導(dǎo)向體系、推出裝置、頂出與澆注、調(diào)溫與排氣等。

1.3 模具設(shè)計(jì)。（1）分析制品性能，設(shè)計(jì)樣板模具。（2）掌握注塑機(jī)各項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃模具設(shè)計(jì)范圍。（3）規(guī)劃分型面的設(shè)計(jì)位置。（4）規(guī)劃塑件制品位置，確定模仁規(guī)格。（5）事先掌握模具與斜頂?shù)脑O(shè)計(jì)需求。（6）科學(xué)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)。（7）確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。（8）設(shè)計(jì)頂出與復(fù)位兩個(gè)系統(tǒng)。（9）設(shè)計(jì)冷卻與加熱兩個(gè)系統(tǒng)。（10）設(shè)計(jì)導(dǎo)向與定位兩個(gè)裝置。（11）選擇適用的模胚，搭配合適的標(biāo)準(zhǔn)件。（12）選擇材質(zhì)為鋼材的模具。（13）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與模胚圖樣，開(kāi)展材料使用。（14）打印圖樣予以核對(duì)。（15）繪制關(guān)鍵零件的加工與制作圖樣。

1.4 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)原則：依據(jù)冷卻需求，模具中應(yīng)設(shè)計(jì)至少一個(gè)水回路，冷卻系統(tǒng)作為諸多水回路的統(tǒng)一稱(chēng)謂。各組水道連通于外界水源，生產(chǎn)形成的冷卻水，使其處于持續(xù)性循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)，以此調(diào)節(jié)模具內(nèi)部熱量，將其熱量移送至模具外部[1]。冷卻系統(tǒng)有效提升了冷卻速度，獲取更為優(yōu)質(zhì)的制件成型效果，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則為：（1）科學(xué)布置冷卻通道：塑件壁厚均勻時(shí)，宜采取冷卻水與型腔表壁距離均等的設(shè)計(jì)理念;塑件壁厚不均勻時(shí)，應(yīng)科學(xué)調(diào)整壁厚位置的水道密度，使其靠近型腔，加強(qiáng)區(qū)域冷卻。（2）水平孔壁與型腔兩者間距應(yīng)保持在[10，30]mm范圍內(nèi)。（3）將冷卻水道設(shè)計(jì)在極易發(fā)生熔接痕的位置。（4）將模具與出入水管兩者設(shè)計(jì)在相鄰位置，為操作提供便利。

1.5 側(cè)抽芯機(jī)設(shè)計(jì)。（1）計(jì)算軸芯距：S（軸芯距）=h+2mm;h表示倒扣長(zhǎng)度;B位置抽芯間距較小，采取的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為斜導(dǎo)柱與滑塊抽芯相結(jié)合。B位置設(shè)計(jì)了長(zhǎng)度為6mm的倒扣，則有S（側(cè)軸芯距）=6+2=8mm。（2）斜導(dǎo)柱的外觀形態(tài)主要分為：圓形、方形。圓形斜導(dǎo)柱的截面，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)為加工具有便利性，在完成模力傳遞時(shí)，截面受力能力相對(duì)薄弱。矩形斜導(dǎo)柱的截面，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)為應(yīng)用性能佳，在完成模擬傳遞時(shí)，截面受力能力較強(qiáng)，存在加工繁瑣的問(wèn)題。斜導(dǎo)柱設(shè)計(jì)時(shí)，其傾斜角取值范圍為[15，25]度，最小時(shí)不超過(guò)10度，確定為13度，斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度設(shè)計(jì)方式為：l=S/sinx=35.6mm，由此確定斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度最小值為36mm。

2 CAE分析膨脹水箱注塑模

2.1 分析流程。（1）模型轉(zhuǎn)換與導(dǎo)入：將膨脹水箱PART圖檔，排位于UG，以STR格式文件予以保存，經(jīng)由MPI完成導(dǎo)入。模型在完成MDL導(dǎo)入操作時(shí)，彈出導(dǎo)入選項(xiàng)窗口，可自定義選擇導(dǎo)入類(lèi)型。（2）網(wǎng)格分類(lèi)：MDL完成自動(dòng)分類(lèi)網(wǎng)格導(dǎo)入時(shí)，網(wǎng)格質(zhì)量存在偏差，匹配率占比不足83%。品質(zhì)較好的匹配率可達(dá)到85%，冷卻需求的網(wǎng)格匹配率應(yīng)達(dá)到90%。采取網(wǎng)格劃分與分類(lèi)的調(diào)整措施，將網(wǎng)絡(luò)邊長(zhǎng)重新設(shè)置，獲取4、3、2的邊長(zhǎng)，單位mm，此時(shí)匹配率達(dá)到89.8%。（3）網(wǎng)格修復(fù)：MoldFlow為網(wǎng)格修復(fù)提供多重工具，借助網(wǎng)格修復(fù)工具完成智能修復(fù)，針對(duì)網(wǎng)格自助程序無(wú)法修復(fù)的項(xiàng)目，可采取手動(dòng)修復(fù)方式。

2.2 分析最佳澆口。開(kāi)展MoldFlow模擬分析前期，應(yīng)科學(xué)選擇制件材料與成型工藝。材料可在MoldFlow材料庫(kù)中完成選擇程序，材料庫(kù)中涵蓋著各類(lèi)材料型號(hào)，可采取關(guān)鍵詞搜索方式，選擇具有適用性的應(yīng)用材料[2]。關(guān)鍵詞選擇項(xiàng)目有：材料供貨商、材料品牌、名稱(chēng)簡(jiǎn)寫(xiě)、填充參數(shù)等。PP材料在材料庫(kù)中，其搜索關(guān)鍵詞為：供貨商名稱(chēng)為SABIC Innovative Plastics;材料簡(jiǎn)寫(xiě)為SABIC PP 108MF10。PP材料參數(shù)具體表現(xiàn)為：模具表面溫度為40攝氏度，溶體溫度為230攝氏度，頂出溫度111攝氏度，剪切應(yīng)力最大值為025Mpa，剪切速率最大值為100000/s等。依據(jù)PP材料性能，分析上下箱體最佳澆口位置，確定為109716、246275。

2.3 分析流道平衡。流道平衡的設(shè)計(jì)理念，應(yīng)維持第一分流道長(zhǎng)度，調(diào)整二、三流道規(guī)格，再優(yōu)化下箱體分型高度，獲得澆筑體系各項(xiàng)規(guī)格。優(yōu)化結(jié)果為：主流道上下端長(zhǎng)度分別為4mm、10mm;一、二分流道的上下端長(zhǎng)度分別為8mm、4mm;上箱體的上下端長(zhǎng)度分別為6mm，4mm。

2.4 冷卻分析。冷卻分析旨在優(yōu)化塑件冷卻的周期，保障冷卻期間塑件獲得均勻冷卻效果。借助MoldFlow完成冷卻系統(tǒng)試運(yùn)行與模擬分析，結(jié)合諸多因素的影響，達(dá)成冷卻時(shí)間減少、冷卻均勻的目標(biāo)，以此加強(qiáng)塑件成型后產(chǎn)生翹曲變形的對(duì)抗性，增強(qiáng)塑件成型效果，提升生產(chǎn)質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)成本。

結(jié)論：綜上所述，MoldFlow軟件具有多重應(yīng)用，在注塑分析方面表現(xiàn)出較為強(qiáng)大功能的優(yōu)異性能，結(jié)合CAD/CAE技術(shù)的應(yīng)用，達(dá)成相關(guān)性數(shù)字集成設(shè)計(jì)與生產(chǎn)流程，發(fā)展成為當(dāng)今注塑模具生產(chǎn)的先驅(qū)。在時(shí)間、投資成本、科學(xué)技術(shù)等主客觀因素共同作用下，注塑模具生產(chǎn)具有較大發(fā)展空間，應(yīng)持續(xù)開(kāi)展科學(xué)研發(fā)，發(fā)揮相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[2] 許維進(jìn).CAD/CAE技術(shù)在塑料模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2019（19）：66.