一種具有復(fù)雜型芯頭部結(jié)構(gòu)的注塑模具設(shè)計(jì)

2016-11-30 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

本文針對(duì)具有復(fù)雜型芯頭部結(jié)構(gòu)模具的設(shè)計(jì)難點(diǎn),創(chuàng)新性提出了采用縱橫鎖扣式鑲拼結(jié)構(gòu)的模具型芯部件結(jié)構(gòu)方案,巧妙解決了復(fù)雜型芯頭部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。實(shí)際運(yùn)行證明,其成型效果良好,滿足塑料件質(zhì)量要求。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,CAD/CAE/CAM技術(shù)在現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用,應(yīng)用該技術(shù)能夠大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量,縮短研發(fā)與生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本,提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)能力。

模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平是反映一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。模具設(shè)計(jì)的成功與否也直接影響著模具制造與產(chǎn)品生產(chǎn)。模具設(shè)計(jì)在應(yīng)用CAD/CAE技術(shù)的同時(shí),更要重視創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要性,解決生產(chǎn)中面臨的各種技術(shù)性難題。筆者針對(duì)一種籠式箱座塑料件進(jìn)行了注塑模具設(shè)計(jì)。

1 塑料件結(jié)構(gòu)分析

塑料件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。該塑料件材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS),其牌號(hào)為HF380。塑料件總體上為四周柵欄式結(jié)構(gòu),頂部呈孔柵式結(jié)構(gòu),具有深孔特征,有卡扣結(jié)構(gòu)和側(cè)孔,制品尺寸精度等級(jí)MT3。該塑料件結(jié)構(gòu)細(xì)繁,特別是頂部結(jié)構(gòu)給模具設(shè)計(jì)與制造及產(chǎn)品成型帶來(lái)困難。

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圖1 塑料件結(jié)構(gòu)示意圖

2 塑料成型工藝性

ABS HF380的成型工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 ABS HF380成型工藝參數(shù)

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3 成型工藝分析

3.1 澆口及澆注系統(tǒng)方案對(duì)比

根據(jù)該塑料件形狀及技術(shù)要求,擬采用單澆口方案與四澆口方案,應(yīng)用Moldflow MPI充填分析進(jìn)行方案對(duì)比,主要分析結(jié)果如表2所示。

表2 單澆口方案與四澆口方案對(duì)比

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由表2可知,四澆口方案較單澆口方案能有效降低型腔壓力,降低剪切速率和剪切應(yīng)力,保持均衡的流動(dòng)狀態(tài),模具結(jié)構(gòu)可行。

3.2 冷卻系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及分析

由于制品具有深腔結(jié)構(gòu)特征,需要對(duì)制品進(jìn)行充分冷卻,特別是型芯部位。因此,本設(shè)計(jì)在型腔的上、下、四周及深腔內(nèi)均設(shè)置了冷卻管道。應(yīng)用Moldfiow MPI進(jìn)行流動(dòng)、冷卻、翹曲分析,冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及分析結(jié)果如圖2所示,翹曲分析結(jié)果如圖3所示。由圖2可知,冷卻水出入口處溫差為0.3℃,滿足成型工藝基本要求。由圖3可知,制品全局變形量為0.64mm,其中由收縮導(dǎo)致的變形量為0.638mm,由冷卻不均導(dǎo)致的變形量為0.09mm,由取向?qū)е碌淖冃瘟繛?.1mm。變形量主要由收縮導(dǎo)致,可采用對(duì)模具尺寸加放收縮率的辦法來(lái)消除,以滿足制品尺寸精度要求。

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圖2 冷卻分析結(jié)果

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圖3 翹曲分析結(jié)果

4 模具總體設(shè)計(jì)

4.1 模具總體結(jié)構(gòu)方案

模具的總體結(jié)構(gòu)方案如圖4、圖5所示。

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圖4 模具總裝視圖

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圖5 模具總裝三維爆炸視圖

模具的動(dòng)作過(guò)程為:模具首先從Ⅰ處開(kāi)模。定模板1由于尼龍拉鉤2的作用隨著動(dòng)模一起運(yùn)動(dòng),到定模板定距螺釘6行程時(shí)定模板停止運(yùn)動(dòng)。由于尼龍拉鉤的作用,動(dòng)模板4及推板組件粘在定模板停止運(yùn)動(dòng),動(dòng)模其余部分(動(dòng)模座)繼續(xù)開(kāi)模,在Ⅲ處分型,帶動(dòng)型芯組件做開(kāi)模運(yùn)動(dòng),繼而實(shí)現(xiàn)推板動(dòng)模板組件相對(duì)于型芯的推出動(dòng)作;動(dòng)模座運(yùn)動(dòng)到動(dòng)模板定距螺釘5的行程時(shí),帶動(dòng)動(dòng)模板及推板組件,使其克服尼龍拉鉤的漲緊拉力而與其脫開(kāi),在Ⅱ處分型,繼續(xù)開(kāi)模行程,斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)3開(kāi)始動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)側(cè)向抽芯。開(kāi)模到足夠行程時(shí),注塑機(jī)液壓推桿推動(dòng)模具推桿推出裝置,實(shí)現(xiàn)制品的大行程推出。手工或機(jī)械手方式取出制品和澆注系統(tǒng)。

4.2 主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。該制品具有深腔、薄壁的特征,為實(shí)現(xiàn)可靠推出,本方案采用推板推出,由于推板推出行程有限,配合采用推桿推出,實(shí)行推板推桿二次推出。

(2)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于制件四周都有大范圍的柵格及側(cè)孔,抽芯距不大,適宜采用斜滑塊側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。

(3)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。本模具分型面多,模板部件需要確保良好的導(dǎo)向和良好的剛性。定模部分由動(dòng)定模導(dǎo)向裝置A實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向;動(dòng)模部分由于動(dòng)模板推板等組件需要運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)制件的推出,由動(dòng)模板導(dǎo)向裝置B和推出導(dǎo)向裝置C實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向。

(4)模具整體剛性設(shè)計(jì)。

由于制品的側(cè)向成型面積很大,模腔需要承受非常大的側(cè)向壓力,因此該模具定模板采用整體挖腔的形式,并保證了足夠的側(cè)面壁厚。支撐板下增加了支撐柱,以提高動(dòng)模部分各模板的剛性。各模板及成型零件都采用了合適的結(jié)構(gòu)尺寸,保證整體及局部剛性。動(dòng)模板導(dǎo)向裝置B還承擔(dān)著推出時(shí)支撐動(dòng)模板推板等組件質(zhì)量的作用,以保證開(kāi)模運(yùn)動(dòng)中動(dòng)模部分的剛性。

4.3 型芯部件設(shè)計(jì)

觀察塑料件,整個(gè)型芯頂部都是布滿孔洞的成型面,其頂部背面的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,如圖6所示。如果采用整體型芯,會(huì)對(duì)成型零件的加工拋光帶來(lái)非常大的困難。既要布局推桿以推出制件,又要方便成型零件加工,如何解決該問(wèn)題?筆者參照中國(guó)古代“無(wú)梁殿”式建筑的結(jié)構(gòu),創(chuàng)新設(shè)計(jì)出一種縱橫鎖扣式鑲拼結(jié)構(gòu),很好地解決了該難題。

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圖6塑料件頂背面結(jié)構(gòu)型芯部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖7所示。從型芯座底部看,型芯座底部非常簡(jiǎn)潔,結(jié)構(gòu)位置充裕,如圖8所不。

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圖7 型芯部件示意圖

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圖8 型芯部件底部視圖

縱向型芯鑲件與橫向型芯鑲件是如何裝配與緊固的呢?實(shí)現(xiàn)方法是在型芯座零件的頂部開(kāi)設(shè)縱向及橫向的溝槽,如圖9所示,用于裝配縱向與橫向型芯鑲件。

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圖9 型芯座頂部溝槽結(jié)構(gòu)

裝配時(shí)將縱向型芯鑲件卡入型芯座零件頂部的縱向溝槽中,這時(shí)縱向型芯鑲件還具有縱向和垂向的自由度。如圖10所示。

圖11所示為一縱向型芯鑲件外形結(jié)構(gòu)示意圖。縱向型芯鑲件裝配后有露出型芯座溝槽底面的兩個(gè)側(cè)面,形成了卡扣凸臺(tái)。

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圖10 型芯座頂部裝配縱向鑲件

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圖11 縱向型芯鑲件外形示意圖

完成縱向型芯鑲件裝配后,再將橫向型芯鑲件扣入,如圖12所示,橫向型芯鑲件結(jié)構(gòu)如圖13所示。橫向型芯鑲件,由于鑲件側(cè)面與型芯座溝槽壁的對(duì)齊限位,本身在縱向上位置已限定,同時(shí)將縱向鑲件的縱向自由度也限定住;橫向型芯鑲件扣入后其下部卡扣溝槽與縱向鑲件的卡扣凸臺(tái)形成扣搭配合,該扣搭配合的限位作用實(shí)現(xiàn)了橫向型芯鑲件裝配橫向自由度的限定。

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圖12 橫向型芯鑲件裝配

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圖13 橫向型芯鑲件外形示意圖

在型芯座底部用螺釘將橫向型芯鑲件吊緊,這樣就完成了型芯鑲件的裝配,如圖14所示。用螺釘?shù)蹙o橫向鑲件將縱、橫向型芯鑲件的垂直自由度在型芯座內(nèi)同時(shí)限定。至此,型芯座內(nèi)組件裝配自由度全部限定。

實(shí)際運(yùn)行證明,其成型效果良好,滿足塑料件質(zhì)量要求。

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圖14 型芯鑲件螺釘緊固

5 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用模流CAE技術(shù)對(duì)籠式箱座塑料件

進(jìn)行了成型工藝分析,針對(duì)澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等提出了優(yōu)化的工藝方案;進(jìn)行注塑模具的詳細(xì)設(shè)計(jì),合理地采用了順序分型、側(cè)向分型抽芯、二次推出等結(jié)構(gòu)方案組合,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜制品的成型;創(chuàng)新設(shè)計(jì)了模具型芯部件的結(jié)構(gòu),通過(guò)采用縱橫鎖扣式鑲拼結(jié)構(gòu),巧妙解決了復(fù)雜型芯頭部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題,可供在具有類似結(jié)構(gòu)塑料件的注塑模具設(shè)計(jì)中采用。

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