近年來,隨著模具工業(yè)的飛速發(fā)展,CAD/CAE/CAM技術逐漸應用于模具工業(yè),效果良好,受到企業(yè)的青睞。為滿足模具工業(yè)的專業(yè)性要求,軟件廠商針對各類模具的特點推出功能完善,操作簡便的CAD/CAE/CAM專用系統(tǒng)。而Moldflow軟件的應用是注塑模具CAE分析最具代表性的軟件,它不僅能夠模擬分析熱塑性塑料熔體進入模具的流動過程,而且可以對塑料的澆口位置、壓力分布、冷卻過程以及注射工藝條件等進行模擬分析。找出可能出現(xiàn)的缺陷,提高一次試模成功率,降低生產(chǎn)成本,縮短生產(chǎn)周期。
1 塑件結構分析
該產(chǎn)品為吹風機的外殼,總體長度為180mm,寬度為90mm,高度為25mm。采用臺灣奇美公司生產(chǎn)的ABS塑料(丙烯腈.丁二烯一苯乙烯共聚物),成型收縮率為0.4%~0.7%,其綜合性能較好、沖擊強度較高、化學穩(wěn)定性、電性能良好。并可表面鍍鉻,噴漆處理,有高抗沖、高耐熱、阻燃性能,柔韌性好。適用于制作一般機械零件,減磨耐磨零件,傳動零件和電訊零件。其體積為29.519cm3,壁厚為2mm,其質(zhì)量為30.995g,在NX軟件中將吹風機的外殼三維模型轉(zhuǎn)換成STL格式文件再導人Moldflow軟件,采用表面網(wǎng)格類型劃分網(wǎng)格,網(wǎng)格邊長設為4mm,網(wǎng)格診斷后,修改網(wǎng)格縱橫比使其縱橫比均在10以內(nèi),網(wǎng)格數(shù)為6078個,如圖1所示。網(wǎng)格劃分之后,對其進行澆口位置分析,其最佳澆口位置如圖2框出的位置,其最大注塑壓力為144MPa。
圖1 模型網(wǎng)格
圖2 澆口位置分析
2 模具結構設計
2.1注塑模具總體結構的確定
塑件體積V=29.519cm3,密度p=1.05g/cm3,其質(zhì)量為m=30.995g,塑件的總體尺寸為小型,尺寸精度不高。為了提高生產(chǎn)效率,簡化模具結構,降低模具生產(chǎn)成本,采用一模兩腔,成中心對稱的排列方式。
2.2注塑機選擇及參數(shù)確定
根據(jù)塑件體積和分析得到最大注塑壓力,初選海天注塑機SZI000/ZH,其理論注射量為145cm3,注塑壓力為176MPa,鎖模力為1000kN,移模行程為310mm,噴嘴球半徑為12mm,噴嘴半徑為4mm,拉桿內(nèi)間距為365mmx365mm。
模具型腔數(shù)校核:
n=(0.6G-C)/V
=(0.6×146-0.6x29.519)/29.519=2.35>2 (1)
其中,G-注塑機公稱注塑量,C-澆口和流道的總體積,V-單個制品體積。
鎖模力校核:
F=p(nA+B)=34.2×(2×10740+0.35×10740)
=863kN<900kN (2)
其中,F(xiàn)-分型面上的漲開力,p-型腔內(nèi)熔體的平均壓力,A-每個制品在分型面上的投影面積,B-流道和澆口在分型面上的投影面積。
根據(jù)計算結果,實際所需鎖模力小于注射機的名義鎖模力,符合實際要求。
2.3澆注系統(tǒng)設計
1)主流道尺寸,根據(jù)所選注塑機,其噴嘴半徑為4mm,則主流道最小端尺寸為:
d=注射機噴嘴直徑+(0.5~1)-5mm
為了便于將凝料從主流道中取出,將主流道設計成圓錐形,起斜度為1°,經(jīng)換算得主流道大端直徑
Φ =7.8mm,根據(jù)模架定模固定板和型腔固定板的厚度,確定主流道總長為82mm。2)分流道和澆口的設計,根據(jù)Moldflow的分析結果得澆口最佳位置,由于產(chǎn)品屬于殼類塑件,開模時需自動拉斷,所以選擇點澆口,直徑為2mm,斜度為15°。由于塑件表面需要光滑,所以澆口位置應設在塑件的背面。而分流道選用圓形截面,直徑D=8cm,見圖3。
圖3 澆注系統(tǒng)
2.4冷卻系統(tǒng)設計
冷卻水道采用直流式,其加工簡單,成本低。冷卻水道分為上下兩層,每層到塑件的距離為30mm。由于在注塑過程中殼體半圓球部分和澆注流道部分溫度較高,需使水管靠近這些部分,提高冷卻效果。根據(jù)塑件尺寸,設定每層冷卻水管4根,每根管間距為45mm,從圖4的冷卻分析看進水管和出水管溫差為1.03℃,在2℃以內(nèi),不會造成冷卻不均的情況。
圖4 冷卻系統(tǒng)
3 注塑分析
3.1流動分析
圖5 注塑過程分析及排氣孔設計
從流動分析來看(圖5(a)、(b)畫圈部分),在注塑過程中圖存在氣穴和熔接痕,其主要原因是ABS材料吸濕較強,材料塑化時含有較多水分,導致成型時存在氣孔和熔接痕。其解決方法是材料在塑化之前需進行一定的干燥處理4h,使水分含量在0.2%以內(nèi)。同時在模具設計時增加排氣系統(tǒng)設計,如圖7所示,減少氣孔和熔接痕。由圖可以看出氣穴和熔接痕出現(xiàn)的位置很接近,所以可在此位置設計頂出裝置,便于排氣。
3.2翹曲變形分析
翹曲是由收縮變化過大引起的制件缺陷,一般情況下,導致收縮變化過大的原因有3條:不同區(qū)域的收縮不均勻、冷卻不均勻和分子不均勻,如圖6所示。從分析結果看,其翹曲變形的最大值為0.17mm,其中由于冷卻引起的變形很小為3x10-4mm,由于收縮產(chǎn)生的變形為0.17mm.因此是收縮時引起翹曲的主要原因。對于該塑件公差等級為3級,其X方向尺寸公差為0.3mm,Y方向尺寸公差為0.5mm,從分析結果看,設計滿足要求。
圖6 翹曲變形
3.3收縮分析
從模具溫度圖可以看出,注塑過程中模具溫度分布較為均勻,主要在40~60℃之間,滿足材料對模具溫度的要求。從其體積收縮率來看,收縮率在-1.505%~1.882%之間,超出了材料允許的最大收縮率0.7%,收縮率較大的地方集中在澆口周圍和塑件末端區(qū)域,如圖7所示。
塑件的收縮率在很大程度上取決于熔體的補償能力,而熔體的補償能力取決于保壓壓力的大小,以及在該壓力下將熔體繼續(xù)向模內(nèi)傳遞的保壓時間,這一過程要持續(xù)到澆口凝固并封閉為止。保壓壓力大,保壓時間長,則塑件的收縮率就小。因此保壓壓力與保壓時間對塑件的收縮率起著非常重要的作用。
圖7 體積收縮率
圖8 保壓壓力與保壓時間曲線圖
保壓壓力與保壓時間對塑件收縮率的影響如圖8所示。按照收縮部位調(diào)整保壓壓力和保壓時間,可分為3種情況。
1)如果調(diào)整塑件末端區(qū)域收縮量,壓力可作如圖8(a)所示的變化?s短恒定壓力作用的時間,塑件末端收縮量增大;加長恒定壓力作用的時間,塑料件末端收縮量減小。
2)如果調(diào)整澆口附近的收縮量,對壓力可作如圖8(b)所示的調(diào)整。壓力衰減速度變慢,降低澆口附近的收縮量;衰減速度變快,增大澆口附近的收縮量。
3)如果調(diào)整塑件中間區(qū)域的收縮量,壓力調(diào)整如圖8(c)所示。把壓力的衰減過程分為兩段,如果調(diào)整壓力為圖中增加位置,則降低塑件中間區(qū)域的收縮量;如果調(diào)整壓力為圖中減少位置,則增加塑件中間區(qū)域的收縮量。
實際上,每一次調(diào)整工藝參數(shù)都會影響其它還未冷凝的區(qū)域,只是影響程度相對小一些。一般應先調(diào)整塑料件末端區(qū)域的收縮量,如果有必要,再調(diào)整澆口附近區(qū)域,最后調(diào)整中間區(qū)域。
文中收縮率較大的地方在澆口周圍和塑件末端,塑件末端收縮率需要調(diào)小,而澆口附近的收縮率需要調(diào)大,經(jīng)過數(shù)次模擬仿真之后,得出其保壓曲線如圖9,其體積收縮率為0.048%~0.6986%。如圖10所示,符合塑件要求。
圖9 改進后的保壓曲線
圖10 優(yōu)化后的體積收縮率
4 結束語
利用各種成熟CAD、CAE軟件的優(yōu)勢,在設計前把產(chǎn)品設計、模具設計、試驗綜合全面考慮,大大減少因設計不合理而造成的時間延誤,增加設計的可信度,達到避免設計缺陷,縮短開發(fā)周期的目的。這里注射成型工藝分析過程和應用研究是一個涉及較多工藝參數(shù)的應用性科研課題,其中對某些參數(shù)的研究和認識難免存在一定的誤區(qū)和不足,對許多工藝相關性方面還有待于做進一步的研究和探索。
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本文標題:基于NX和Master CAM的LCD盒注塑模具設計與加工
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