基于CAE技术的阅读器注塑模具优化设计.pdf

!过程中会出现镀层的冲后脱落，其原因是：在深冲变形过程中镀层和钢带所受应力的大小也不同，在二者结合面上也产生了层间切应力，但此层间切应力较小，产生的切应变也较小，故在深冲时不会造成了镀层脱落；但在深冲外力撤除后，由于低碳钢和镍的弹性模量不同且二者厚度差别太大，外力撤除后因镀层的弹性回缩受制于钢带的弹性回缩，从而在镀层上产生过大的残余拉应力，在随后的存放过程中，正是因为这个残余拉应力的缓慢释放而造成了镀层的冲后脱落，这和试验的结果也是一致的。由此可见：无论采用冷扎钢带直接镀镍还是采用退火钢带直接镀镍的方法来制备的镀镍钢带都不能满足深冲要求，因此要制备满足深冲要求的镀镍深冲钢带，必须改进工艺来进一步提高镀层与钢带之间的附着强度，减小或消除深冲时结合面上的切应力和深冲后镀层上残余拉应力。尽管该分析是在把深冲变形简化成拉伸变形的基础上进行的，但理论分析与实验结果是完全相符的。同时，上述分析方法也适用于镶嵌金属的深冲变形或拉伸变形，也为镶嵌金属的深冲或拉伸变形提供了分析方法和理论参考。参考文献沈宁一.碱性电池钢壳滚镀镍技术J.电池，2000，30（6）：249-250.2褚亮，卢险峰，张朝阁.体积不变条件下的拉深坯料计算J.江西科学，2003，21（4）：339-342.3尹纪龙，罗应兵，李大永，等.圆筒件拉深成型仿真结果的工艺知识挖掘J.上海交通大学学报，2004，38（7）：1065-1068.4孟会林，孙新利，王少龙.板料冲压成型和回弹分析过程的三维动态模拟J.金属成形工艺，2002，20（5）：15-18.5丹尼斯JK，萨奇TE.镀镍和镀铬新技术M.孙大梁，张玉华，苏效轼，译.北京:科学技术文献出版社，1990:101-103.6刘鸿文.材料力学M.北京:高等教育出版，2004.7束德林.金属力学性能M.北京：机械工业出版社，1986.8吴人杰.复合材料学M.天津：天津大学出版社，2002:2-3.9ANSYS应用实例与分析M.北京：科学技术出版社，2006.（编辑启迪）作者简介：邓启超（1969-），男，讲师，硕士，主要从事CAD/CAM的教学和应用性研究。汪建利，男，教授，黄山学院院长。收稿日期：2008-10-28基金项目：安徽省高校青年教师资助项目（2008jq1131）!基于CAE技术的阅读器注塑模具优化设计张远斌，徐斌（合肥学院机械系，合肥230022）1引言实现浇注系统的平衡流动一直是一模多腔或组合型腔注塑模具设计中的一个重点和难点。在传统模具设计中，浇注系统平衡的实现，更多的是依靠设计者的经验和直觉，并通过反复的试模、修模来达到最终塑料熔体的平衡流动。这种处理方式不仅增加了模具的生产周期和成本，而且质量也很难保证。实践证明，可利用CAE技术，借助模流分析软件模拟塑件的充填过程，优化模具结构设计，可有效实现浇注系统的平衡流动1，这样不仅大大减少试模、修模的盲目性，缩短开发周期，而且提高了模具的一次试模成功率。2问题的提出图12为卡片阅读器上、下盖的塑件模型。根据塑件的结构特点，采用一模两腔并用对接式侧浇口进料的模具结构形式。上、下盖需要装配在一起构成卡片阅读器的外壳，因此上、下盖塑件之间存在一定的尺寸配合关系，如果上、下盖两个型腔流动不平衡，那么，欠压型腔的塑摘要：针对浇注系统平衡流动对组合型腔注塑模具的重要性，采用CAE技术对充填过程进行模拟，并根据模拟结果优化模具浇注系统尺寸，实现阅读器组合型腔模具浇注系统的平衡流动。关键词：注塑模具；流动模拟；平衡分析；优化设计中图分类号：H122；TQ320.52文献标识码：文章编号：（）742OptimumDesignofCardReaderInjectionMouldBasedonCAETechniqueZHANGYuan-bin，XUBin（MechanicalEngineeringDepartment,HefeiUniversity,Hefei230022,China）：InviewoftheimportanceofflowbalanceforthePortfoliocavityinjectionmolding,ProcessofinjectionwassimulatedandanalyzedbyCAEtechnique,andinaccordancewiththeflowsimulationresultstodeterminetheflowsectionsize,thustheflowbalancewillachievedforthecardreaderPortfoliocavityinjectionmould.：injectionmolding；flowsimulation；balancedanalysis；optimumdesign仿真/建模/CAD/CAM/CAPP制造业信息化NUFACTURINGINFORMATIZATION机械工程师年第1期74!图5填充时间分布（优化前）80.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010.00压力/MPa00.250.500.751.001.251.501.752.00时间/s图6浇口位置压力变化曲线图7v/P转换点压力分布情况100.080.060.040.020.0压力/MPa00.250.500.751.001.251.501.75时间/s图8填充时间分布（优化后）图9浇口位置压力变化曲线图1卡片阅读器上盖模型图2卡片阅读器下盖模型图3阅读器上盖最佳浇口位置图4阅读器下盖最佳浇口位置件尺寸将会偏小，过压型腔的塑件尺寸则会偏大，并且由于欠压或过压引起的产品的非均匀取向增加，将使塑件内部产生较大的残余应力，从而导致塑件产生较大的变形。无论是产品尺寸偏差还是变形，都将影响卡片阅读器的整体质量。因此，实现卡片阅读器上、下盖型腔熔体平衡流动是此模具设计的关键。3卡片阅读器模具优化设计过程采用专用CAE模拟软件MoldFlow对塑件注射过程进行模拟，并根据模拟结果优化设计模具结构，以实现卡片阅读器上、下盖型腔熔体的平衡流动。3.1浇口位置确定由于给出的卡片阅读器上、下模型为非对称产品，因此在进行组合型腔布局设计之前，需要利用浇口位置（Gatelocation）分析找出上、下盖的最佳浇口位置，初步保证熔体可以在单独腔体内合理的流动。结果如图34所示。图中蓝色的区域是最佳浇口位置区域，红色的区域为最不理想的浇口位置区域，绿色则是介于两者之间。从分析结果中可以看出，在上、下盖边缘处设置侧浇口，可以实现塑料熔体的完全充填。32初始设计完成浇口位置分析后，即可进行浇注系统的设计。在进行组合型腔浇注系统平衡设计时，首先需要按照传统的经验公式进行初始设计，并在初步分析的基础上，寻找设计中存在的问题，了解流道不平衡究竟达到什么程度。初步分析同时也为后续的平衡分析提供了必要的参数及约束条件。平衡分析可以以初步分析结果为基础，对初步分析设计方案进行调整和改进，以达到最终的平衡目的。初始尺寸设置如下：分流道直径为5mm，长度为25mm，浇口尺寸宽2mm，深1mm，长0.8mm。设置相应的工艺过程参数后即可进行充填模拟分析，结果如图5所示。分析结果表明上、下盖在初始设计中虽然都可以充满，但两型腔却存在着明显的充填不平衡现象，上盖充填完全大约需要1.8s，下盖充填完全只需1.4s，流动不平衡性达到22。从浇口位置压力变化曲线上也可以看出（如图6所示），浇口位置的压力在熔体充满阅读器下盖时压力仅有50MPa多，然后急剧增加，在阅读器上盖填充结束时最大达到70MPa多。从塑件99%被充满时的v/P转换点（注塑机螺杆由速度控制向压力控制的转换点）压力分布图中可以同样显示下盖由于过早充满，整体型腔压力远高于上盖型腔压力，如图7所示。因此，有必要对浇注系统进一步优化设计。3.3优化设计在初步分析基础上，设置相应工艺参数及约束条件，如目标压力、迭代次数、收敛目标等，即可对卡片阅读器模具进行流道平衡分析，以优化流道尺寸，实现整个浇注系统的平衡流动。优化后结果如下：通向下盖的分流道直径尺寸为3.6mm，通向上盖的分流道直径尺寸为5.5mm。此时上、下盖可实现平衡流动，并在约1.7s时可同时完全填充，如图8所示。并且上、下盖型腔压力分布比较平衡，整个注塑过程浇口位置压力变化均匀，从结果上看，优化后流道较理想。图9为优化后的浇口位置的压力变化情况。4结语通过CAE模拟结果，模具设计人员无需试模即可充分了解塑料熔体在模具型腔的充填情况，可及时发现设计中的不合理部分，实现复杂多型腔塑件浇注系统的合理设计，这些对于提高模具设计质量，缩短模具开发周期具有较