变光盖板注塑模具设计.pdf

图 7侧浇口气穴位置 图 6点浇口气穴位置 变光盖板注塑模具设计 赵凤国 1， 朱静2 （1.大连市技师学院， 辽宁 大连 116013； 2.大连交通大学 机械工程学院， 辽宁 大连 116028 ） 1塑件分析 图 1 所示塑件为变光盖板， 材料为 ABS， 具有良好的流动性， 易于成型。 该塑件结构简单， 尺寸 小， 对局部滑动工作面要求高， 无 滑痕。该塑件长宽高为 48.5mm 34mm10.5mm，壁厚较为均匀， 基本壁厚为 1.5mm 和 1.75mm。对于该薄壳塑件， 可使用 MoldFlow 有限元分析中的 Fusion 类型网格。 2浇注系统设计 由于塑件的体积比较小， 采用一模两腔。为侧浇口和点 浇口， 用 MoldFlow 进行分析对比， 选择最终的浇口形式。 方案 1 为点浇口形式，如图 2 所示， 方案 2 为侧浇口形式， 如图 3 所示。由 塑料模具技术手册 ， 查 得侧浇口尺寸推荐值：深度 h= 1mm， 宽度 b=1.5mm， 长度取 1mm。 点浇口的截面为圆形， 直径 d 一般 在 0.82.0mm 内范围选取， 所以选 取 1.5mm。 2.1填充分析 填充时间： 填充时间是指熔体 充满整个型腔的时间， 两种方案的 分析结果如图 4 及图 5 所示。 从图 4 和图 5 中可以看出，两种方案均可将制件填 满， 但点浇口所需填充时间为 0.5094s， 而侧浇口则需要 0.7200s。 且两种方案填充均很均匀。 所以单从时间上来看 点浇口要优于侧浇口。 2.2气穴的分析 气穴位置的分析是在可 能形成气穴的位置用粉红线 勾画出来。根据分析图可以看 出气穴出现的严重与否。如果 所生产的制件对表面质量的 要求不是很高则有些表面气 穴的形成还可以接受。分析结 果如图 6 及图 7 所示。 从分析结果来看点浇口 的气穴较多，且分布不均匀， 而侧浇口的气穴较少，且形成的气穴位置位于制件最右 端面， 并且相对集中， 这样既不影响制件表面美观也易于 设置排气装置。 所以从气穴上来看侧浇口要优于点浇口。 2.3熔接痕的分析 熔接痕： 在塑料制件成型中， 当熔融体由分流状态再 次合流时便会形成熔接痕。熔接痕多产生在多浇口或有 摘要：针对变光盖板注射成型工艺， 利用 CAE 技术， 通过 MoldFlow 模拟分析， 进行浇注系统的优化设计， 从熔接痕、 气穴等方面比较分析， 得出最优的浇口位置， 进而进行模具结构设计。从而获得高质量产品， 大大缩短了模具开发的时 间， 降低了模具的生产成本。 关键词：注塑模具； MoldFlow； 浇口； 优化设计 中图分类号： TQ320.6文献标识码： A文章编号： 10022333 （2008 ） 11013203 Injection Mould Design of Changing Light Coverplate ZHAO Feng-guo1，ZHU Jing2 （1Dalian Technician Institute , Dalian 116013, China ； 2School of Mechanical Engineering, Dalian Jiao Tong University, Dalian 116028, China） Abstract：In this paper injection molding process of changing light coverplate was analyzed by CAE method. Optimum runner system was designed by means of Moldflow software. Based on the comparative analysis of weld lines and air traps, the optimum gate location was fixed. Then the structure of mold was designed. It resulted in products of high previewed quality, shorted the researching time of mold, reduced the cost of mold. Key words：injection mould; moldFlow; gate; optimum design 图 1变光盖板模型 图 3侧浇口 图 2点浇口 充填时间 =0.5094 s s 0.5093 0.3820 0.2547 0.1273 0.0000 充填时间 =0.7200 s s 0.7199 0.5399 0.3599 0.1800 0.0000 图 5侧浇口填充时间分析图 4点浇口填充时间分析 机械工程师2008 年第 11 期132 解决方案 SOLUTION工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造 凸台的制件中， 是注射成型常见的缺陷之一， 它是注塑件 的薄弱环节， 不但影响制品的美观， 而且影响制件的总体 强度。 因此熔接痕的研究非常重要。 分析结果如图 8 及图 9 所示， 可以看出点浇口的熔接痕最大达到了 180， 而侧 浇口的熔接痕最大仅为 6.17，并且点浇口的熔接痕产生 的位置在制件的最右端， 而这个位置属于制件的薄弱端， 而且是易产生应力集中的区域。 造成制件开裂。 所以从熔 接痕上分析， 侧浇口大大优于点浇口。 2.4流动前沿处温度的分析 熔融前沿分布是模具中任意点前沿到达的时间， 熔 融体流动前温度指的是熔融体流动前沿到某一节点的温 度。在制件厚度比较薄的部分， 如果这一温度太低， 则会 造成滞流、 短射现象的发生。如果这一温度太高， 则会使 熔融聚合体发生降解， 造成制件的表面缺陷。所以， 在成 型过程中要确保熔融流动前沿的温度保持在塑料聚合体 所要求的使用范围内。分析结果如图 10 和 11 所示。 从图中可以看出，两种方案塑料熔体前沿的温度范 围分别为 239.4-240.0和 238.5-240.0均没超出塑 料材料的适用范围 （220-260 ） 。所以这两种方案均能 满足塑料熔体在成型过程中的要求。 2.5锁模力的分析 锁模力即注塑时闭合模具所需的力，分析的最大锁 模力应小于注射机最大锁模力的 80。其分析结果如图 12 和图 13 所示，点浇口的锁模力要小于侧浇口所需要 的锁模力， 因此就锁模力来讲， 点浇口要优于侧浇口。 从熔接痕及气穴的分析结果来看，侧浇口要优于点 浇口， 且从设计排气方式来看侧浇口较点浇口较容易。 从 熔体流动前沿处温度来看两种方案均适合，虽然从充填 时间和锁模力来看， 点浇口略优于侧浇口， 但点浇口需要 用双分型面来开模， 较单分型面复杂许多。因此， 从本塑 件的自身简单性及上述分析结果综合来看，侧浇口要优 于点浇口。最终选择侧浇口进行浇口的设计。 3模具结构设计 3.1成型零件的结构设计 模具中的成型零件是决定塑件几何形状和尺寸的零 件， 包括凹模、 型芯、 镶块、 成型杆和成型环等。针对盖板 的成型零件， 主要是型腔。 定模是成型塑件外表面的主要零件，按其结构不同 可分为整体式和组合式两类。整体式定模是有整块材料 加工而成的， 它的特点是牢固， 使用中不易发生变形， 不 会使塑件产生拼接线痕迹，这种整体式定模常适合于形 状简单的中、 小型模具上。由于本塑件结构简单， 所以此 种整体式定模适合于本塑件。 动模是成型塑件内表面的主要零件， 也可称为型芯， 按其结构不同也可分为整体式和组合式两类。整体式动 模： 其结构牢固， 但不便加工， 消耗的模具钢多， 主要用于 工艺试验模或小型模具上的形状简单的型芯。本塑件结 构简单， 尺寸及精度要求都不高， 所以此种整体式动模适 合于本塑件。 3.2推出机构的设计 推出机构分为很多种， 有简单推出机构、 动定模双向 推出机构、 二级推出机构等。 由于本课题所研究的塑件结 构简单， 即采用简单推出机构能满足设计的要求。 简单推出机构中的推杆推出机构是最常用的推出机 构， 常被用来推出各种塑件。 推杆的截面形状根据塑件的 推出情况而定， 可设置成圆形、 矩形等， 其中以圆形最为 常用， 因为使用圆形推杆的地方， 较容易达到推杆和模板 或型芯上推杆孔的配合精度，另外圆形推杆还具有减小 运动阻力、 防止卡死现象等优点， 损坏后还便于更换。因 此本课题采用截面为圆形的推杆推出机构。 3.3模具结构及工作过程 经过上述分析与计算，变光盖板模具的总体结构如图 14 所示。具体工作过程如下： 通过注射机注射成型后， 开模 时， 动模部分向下移动， 在拉料杆 18 与推杆 13 的共同作用 下把定模 2以上的部分顶出， 从而使定模型腔内的塑件顺利 脱模， 同时主流道凝料从浇口套中拉出， 直至开模行程终了， 合模一开始在复位杆 14 的作用下复位， 合模结束后， 模具在 注射机的作用下锁紧， 完成注射成型的一次循环。 （下转第 82 页 ） 熔接痕 =180.0 deg deg 180.0 135.0 90.00 45.00 0.0000 熔接痕 =6.170 deg deg 6.169 4.627 3.085 1.542 0.0000 136 139 66 缩放 80mm 图 9侧浇口熔接痕图 8点浇口熔接痕 流动前沿处的温度 =240.0 C C 240.0 239.9 239.7 239.5 239.4 流动前沿处的温度 =240.0 C C 240.0 239.6 239.2 238.9 238.5 图 11侧浇口流动前沿 处温度 图 10点浇口流动前沿 处温度 1.250 1.000 0.7500 0.5000 0.2500 0.0000 锁模力/t 锁模力： XY 图 05101520253035 时间/s 图 13侧浇口锁模力 0.5000 0.4000 0.3000 0.2000 0.1000 0.0000 锁模力/t 锁模力： XY 图 05101520253035 时间/s 图 12点浇口锁模力 133 机械工程师2008 年第 11 期 解决方案 SOLUTION 工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造 4结语 本文借助 CAE 技术， 即 MoldFlow 的分析,优化浇注 系统的设计。从填充时间、 熔接痕、 气穴、 流动前沿的温度 和锁模力方面综合分析了最优的浇口位置，即采用侧浇 口。进而进行了合理的模具设计， 以注塑出最佳的塑料制 品， 保证制品能全部充满， 大大缩短了模具制造的时间， 降低了模具的生产成本。（编辑 立明 ） 作者简介： 赵凤国 （1958-） ， 助理讲师， 高级技师， 主要研究方向为机 械优化设计。 收稿日期： 2008-09-16 页例题 10-2为例进行优化设计， 基本数据与之相同， 输入转 T19.948104N mm， 输入转速 n1=500r/min， 传动比 u=3.2。 根据以上建立的单级斜齿圆柱齿轮减速器的数学模 型，用 MATLAB 语言编制的求解程序由以下 4 个函数 （主程序和子程序 ） 组成： 减速箱齿轮传动优化设计主程序 （geardesign.m ） sigmahp， sigmafp =gearparameter （rat ） ； x0= 3， 24， 14 ； options=optimset （display， iter ） ； lb= 2， 20， 8 ； ub= 4， 40， 16 ； x， f， exitflag， output =fmincon(gearobjfun， x0， ， ， ， ， lb， ub， gearconstr， options ） 目标函数子程序 （gearobjfun.m ） function f=gearobjfun(x） ； f=x （1 ） * （1+rat ） *x （2 ） /(2*cos （x （3 ） *pi/180 ） ） ； 约束条件子程序 （gearconstr.m ） functionc， ceq =gearconstr （x ） c（1 ）=zh*zep*（cos（beta ） ） 2*sqrt（ （1 +1/rat ） / （x（1 ） *x（2 ） ） 3 ） *sqrt （kk*T1 ） -3.726e-3*sigmahp （1 ） ； c （2 ） = （cos （beta ） ） 2/x （2 ） 2/x （1 ） 3*yfa （1 ） *ysa （1 ） *yep*ybeta*kk*T1-0.5*sigmafp （1 ） ； c （3 ） = （cos （beta ） ） 2/ （rat*x （2 ） ） 2/x （1 ） 3*yfa （2 ） *ysa （2 ） *yep*ybeta*kk*T1-0.5*sigmafp （2 ） ； c （4 ） =d2-350； c （5 ） =abs （2*x （1 ） -round （2*x （1 ） ） ） -0.001； ceq= ； 许用应力计算程序 （gearparameter.m ） functionsigmahp， sigmafp =gearparameter （rat ） for i=1:2 sigmah （i ） =495+0.889* （HBS （i ） -150 ） ； sigmaf （i ） =170+0.3* （HBS （i ） -150 ） ； end for i=1:2 sigmahp （i ） =sigmah （i ） *zn （i ） /1.1； sigmafp （i ） =sigmaf （i ） *yn （i ） *1.48； end 运行上述最优化设计程序，计算中采用序列二次规 划算法和一维搜索算法， 共经过 7 次规划子问题的求解。 当相邻两次二次规划子问题解的函数值之差与最大不满 足约束的值都满足给定计算精度 10-6之后程序运行结 束。输出最优解如下： x=2.4995 20.0000 13.9136 f=108.1522 经过适当圆整和标准化修正后的齿轮传动系统设计 参数如下： x=2.5 20 14 f=108.15 而对比常规设计得到的参数： X x1， x2， x3 T mn， z1， T 2， 31， 14T， 目标函数值 a=133.98mm， 优化后， 减速 器目标函数值下降了 19.3%。可见， 优化后的设计在保证 满足约束的条件下尽量减少了尺寸富裕量，极大地节约 了资源。 3结束语 通过对实例的计算和对计算结果的分析，证明了应 用 MATLAB 优化工具箱进行减速器的优化设计求解， 具 有编程工作量小、初始参数输入简单、设