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電飯煲提手的模具設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化

上傳人:冷*** 文檔編號(hào):19022306 上傳時(shí)間:2021-01-06 格式:DOCX 頁(yè)數(shù):5 大?。?4.32KB
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1、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)

2、流程發(fā)生了很大的變化,從依靠設(shè)計(jì)者的主觀經(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

3、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

4、為圓角過渡,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),滿足分析要求,如果不滿足可通過華塑網(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),選用方形彎銷抽芯機(jī)構(gòu);3~5、7和8有多個(gè)靠破孔,直接通過前、后模具合模后成型;6為擦穿位,通過前后模具的側(cè)面合模后側(cè)面相靠成型。考慮模具加工的工藝性,圓孔位置都通過鑲件完成。圖3為模具成型零件的爆炸圖。

5、 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HsCAE3D進(jìn)行分析,通過充型分析,可以得到如圖4所示(見封三)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需要1.22s,HsCAE3D可以動(dòng)態(tài)仿真模具填充的全過程。圖5為填充過程中可能產(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

6、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)塑料充模過程有較大的影響,造成填充不滿,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(見封三),供設(shè)計(jì)頂出機(jī)構(gòu)作為參考。 4塑料零件

7、翹曲變形分析和工藝優(yōu)化 塑料制品注塑成型過程中,塑料由粘流態(tài)、高彈態(tài)到玻璃態(tài)。這個(gè)過程粘流態(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。溫度過高則會(huì)出現(xiàn)飛邊、熔體破裂的缺陷。在沒有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)。通過模擬

8、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),并通過試驗(yàn)驗(yàn)證。圖9為填充0.14s后的工藝參數(shù)云圖(見封三)。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)生脫模困難等問題。通過CAE軟件的仿真可以有效地解決這個(gè)問題。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,通過改變真仿軟件中推出溫度參數(shù)獲得

9、翹曲變化趨勢(shì)曲線。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)作過程 NX12.0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)作過程為前模2和后模11分開,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,為了防止開模過程中撕裂塑件,采用順序脫模結(jié)構(gòu),方形彎銷在兩個(gè)外滑塊脫模后再動(dòng)作。即方形彎銷4、12帶動(dòng)內(nèi)滑塊

10、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。通過加工試模具,本套模具開模順利、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),2008:1-50. [3]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.

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