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数码相机面壳注塑模设计及型腔的有限元强度分析宋树权,王伟邦,袁铁军(盐城工学院机械工程学院,江苏盐城224051)注塑模是塑料注射成型中的主要工具,在注塑模设计过程中,以计算机为工具的数字化设计技术可以大大缩短模具的设计周期,降低设计成本,提高注塑模具的设计质量。本文以数码相机面壳注塑模具设计为例,利用Pro/E进行注塑模具设计,再通过ANSYS对其型腔的有限元强度分析,验证了数字化设计方法在注塑模设计过程中的运用,实现了注塑模具设计过程的优化。1数码相机面壳注塑模设计1.1建立实体模型首先根据数码相机面壳制品的工程图进行产品的三维模型的建立,利用Pro/E3.0软件对产品进行三维造型。制件属于壳体类,其基本厚度为1.3mm,仅在镜头伸出处和壳体中间凹陷处的厚度有所不同,镜头伸出处为1mm,而壳体中间凹陷处的厚度为0.5mm。由于产品多为曲面,在造型时首先采用拉伸、旋转等基本造型工具进行简单体的建模,然后采用对三维曲线进行边界混合的方法,得到产品曲面体,接着把混合得到的曲面体进行实体化,将曲面体转化为实体,最后采用圆角工具进行圆角倒圆角,建立筋板,并进行产品的其余建模处理。1.2分型面选择分型面为分开模具取出制件的面,分型面的设计原则为有利于脱模有利于保证塑件质量有利于简化脱模结构。数码相机面壳主分型面选择在投影面积最大的底部边缘处,如图1所示。另外数码相机面壳顶侧面有矩形通孔,需要开设侧向分型面,如图2所示。抽芯时将抽芯的一边放在动模垂直方向上,主分型面设在动、定模的开模方向上。1.3型腔数目的确定设计模具型腔数目考虑的主要因素有现有注塑机的规格、所要求的塑件质量、塑件成本及交货期等。本文设计主要依据技术参数和经济指标。数码相机面壳的生产纲领为大批大量,因此宜于选用多型腔模具,但型腔过多容易造成精度下降、加工困难,制造成本升高。所以不宜设置过多,下面根据注塑机的最大注塑质量求型腔数目。设注射机的公称注塑量为mso,单个制品和它均分到的流道和浇口的总质量之和为q,现有mso80g,q16.5g,生产实际中每次注塑量m′应为公称注塑量的0.85倍,由公式[1]nm′/q则理论型腔数目n为n=0.85mso16.52.06从注塑工艺考虑,型腔采用对称布置可以达到最佳注塑质量,确保制品品质稳定,另外从保证精度方面考虑,型腔不宜过多,因此采用一模两腔的布置方案。1.4成型零件结构设计相机面壳模具型腔属于中小型型腔。为了便于加工,保证型腔沿主分型面分开的两半在合模时的对中性,将相机面壳的凸凹模分别做成整体嵌入式,两嵌块的外轮廓断面尺寸相同,分别嵌入相互对中的动定模模板的通孔内,为保证两通孔的对中性良好,可以将动定模配合后一道加工,或在高精度机床上分别加工。凸、凹模镶块的外形采用带台阶的矩形,然后分别从上下嵌入凸凹模的固定板中,用垫板和螺钉将其固定。摘要利用Pro/E为平台进行数码相机面壳的注塑模具设计,并利用ANSYS对模具的型腔进行有限元强度分析。验证了数字化设计方法在注塑模设计过程中的应用,实现了模具设计过程的优化。关键词数码相机面壳注塑模Pro/E模具型腔有限元ANSYS中图分类号TG702TG113.25文献标识码A文章编号1002-2333(2008)10-0106-02InjectionMoldDesignofDigitalCameraShellandFiniteElementIntensityAnalysisofMoldCavitySONGShuquan,WANGWeibang,YUANTiejun(SchoolofMechanicalEng.,YanchengInstituteofTechnology,Yancheng224051,China)AbstractAninjectionmoldofdigitalcamerashellwasdesignedbasedonPro/E,andintensityofmoldcavitywasanalyzedusingANSYS.Theapplicationofdigitizationdesignmethodintheprocessofinjectionmolddesignwasvalidated.Theprocessofmolddesignwasoptimized.KeywordsDCshellinjectionmoldPro/EmoldcavityFEMANSYS图2注塑模侧向分型面图1注塑模主分型面仿真/建模/CAD/CAM/CAE/CAPP制造业信息化MANUFACTURINGINFORMATIZATION机械工程师2008年第10期106主分型面侧向分型面在相机面壳镜头处及散光灯位置,存在通孔,但厚度仅有2mm左右,因此不单独设计成型杆,而直接将成型杆和型芯做成整体式。2型腔的有限元强度分析本文使用ANSYS9.0软件进行数码相机面壳模具的凹模有限元强度分析,采用有限元分析可以准确地反映模具在其工作状态下的应力变形状况。分析过程中主要考虑型腔在熔体压力和锁模力作用下,产生变形的范围大小和应力能否满足要求,以达到采用数字化分析技术预测产品性能要求的目的。数码相机面壳注塑模具的凹模合模后与凸模接触面面积为15110.5mm2,凹模的截面外形基本尺寸为150mm200mm,另有4mm支撑台材料为模具钢,弹性模量E2.2105MPa,许用应力σp300MPa,泊松比μ0.25模具型腔内最大熔体压力为50MPa,注塑机的额定锁模力为630kN。首先定义模型的单元类型,在菜单PreprocessorElementTypeAddEditDelete中添加定义凹模模型的单元类型为3D实体SOLID45,随后在MaterialModels菜单中定义材料特性,模具钢弹性模量E2.2105MPa和泊松比μ0.25。接下来进行网格划分和加载,完成网格划分后有限元模型如图3所示。在预处理条件定义后,进行分析计算,最后得到型腔节点位移和节点应力分布结果分别如图4和图5所示。从图中数据可以看出在最大熔体压力50MPa条件下,注塑时型腔的最大变形量为0.017mm。型腔的变形会使制件产生精度误差和飞边等缺陷,对于本相机面壳采用的ABS材料,不容许有飞边时,其变形量要求控制在小于0.050.08mm,0.017mm远小于变形量的要求,因此凹模的变形符合设计要求。从应力的角度考虑,型腔在注塑时各部分应能符合模具钢材料的许用应力要求,通过节点的应力分析可以看出,在注塑时型腔的最大应力出现在浇口和流道附近,应力值为275.655MPa,其值小于材料的许用应力300MPa,应力条件可以满足设计要求。3结论本文利用Pro/E进行了数码相机面壳的注塑模设计,并在此基础上利用ANSYS对该模具的凹模型腔进行了有限元强度分析。这些数字化手段在的应用,缩短了模具的设计周期,提高了模具的设计质量,表明数字化设计方法在模具设计中具有广阔的应用前景。[参考文献][1]申开智.塑料成型模具[M].北京中国轻工业出版社,2006.[2]丁闻.实用塑料成型模具设计手册注射模、压缩模和压注模[M].西安西安交通大学出版社,1993.[3]郭晓俊.Pro/ENGINEERWildfire3.0中文版模具设计基本技术与案例实践[M].北京清华大学出版社,2007.[4]博弈创作室.ANSYS9.0经典产品基础教程与实例详解[M].北京中国水利水电出版社,2006.(编辑黄荻)作者简介宋树权1981-,男,硕士,助教,研究方向为数字化制造。收稿日期2008-08-04图3模具型腔有限元模型图4节点位移图5节点应力107机械工程师2008年第10期制造业信息化仿真/建模/CAD/CAM/CAE/CAPPMANUFACTURINGINFORMATIZATION机械制造杂志创刊于1950年,是一本历史悠久、传播机械制造先进技术、机电新产品信息、企业管理理论与实践经验的综合性机械科技核心期刊。杂志由上海市机械工程学会主办,通过邮局、专业代理公司、展览会等渠道在国内外公开发行。机械制造发行量大、涉及领域广,在读者中信誉好,深受社会广泛好评和广大业内人士的欢迎。机械制造历年来多次荣获国家、部、市级优秀期刊奖。入选国家科技部、新闻出版署评出的中国期刊方阵,为国家百种重点科技期刊之一,1992年以来多次被认定为机械、仪表工业类核心期刊,是中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊)。机械制造是一个良好、有效的广告媒体,可为广大客户刊登机电产品广告,进行企业形象宣传。通过本刊强大的传递网络,在广告客户与市场之间架起桥梁,为企业提供商机,增加效益。机械制造涉及的领域有机床、数控系统、机电一体化、仪器仪表、夹具、刀具、量具、模具、汽车、液压与气动、标准件、泵、阀、电机、电器(气)、轻工、冶金、冶矿、交通、纺织等专业。读者对象主要有全国机械制造行业以及相关配套行业的企业、设计研究院所、大专院校从事机电产品研究、开发、设计、制造、设备应用等工程技术人员,以及企业规划、管理、营销等专业人士。大16K80页平装本2009年每期定价10元,全年120元中国标准连续出版物号CN311378/TH国际刊号ISSN10004998邮发代号418全国邮局订阅也可向本编辑部邮购编辑部地址上海市福州路89号403室邮编200002电话02163217621传真02163296847Http//www.jxzzzz.comEmail02163217621163.com机械制造月刊欢迎订阅2009年
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