注塑模具浇注系统三维参数化设计研究.pdf

注塑模具浇注系统三维参数化设计研究 文劲松1 朱红斌2 李德群2 1 华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心 广东 广州510640 2 华中科技大学塑性成型 模拟及模具技术国家重点实验室 湖北 武汉430074 摘 要 注塑模的浇注系统包括主流道 分流道和浇口 运用基本特征的方法 把浇注系统作为设计特征 实现了浇 注系统与成型零件的同时生成 关 键 词 注塑模 浇注系统 三维 参数化 中图分类号 TQ320 5 2 文献标识码 B 文章编号 1001 9278 2002 04 0084 03 浇注系统是指注塑模中从主流道的始端到型腔之 间的熔体进料通道 可分为普通流道浇注系统和无流 道凝料浇注系统两类 本文只讨论普通流道浇注系统 普通流道浇注系统分为主流道 分流道和浇口三部 分 1 在以前的研究中 2 5 存在以下值得改进的地方 1 多采用二维的设计方法 不仅视图表示困难 更重要的是对于具有复杂自由曲面的成型零件来说 不能提供数控加工所要求的信息 2 浇注系统的详细形状 尺寸及位置的设计除了 依赖于模具设计师的经验与运用各种经验公式外 主 要应该是采用CAE软件进行分析来优化确定 CAD只 是提供一个方便的工具 使CAE分析的结果实体化 本文采用三维参数化的设计方法 把浇注系统作 为设计特征 实现浇注系统与成型零件的同时生成 即 浇注系统的设计在分型面 暂时只考虑平面与阶梯面 未考虑自由曲面分型面 上进行 浇注系统的实体模型 与虚拟模腔作布尔减运算 随后的分型将在型芯 型腔 上自动产生出浇注系统 而浇注系统的形状 位置与尺 寸由注塑模CAE软件分析确定 虚拟模腔 分型面的 定义以及型芯 型腔的生成可参阅文献 6 7 1 主流道的设计 主流道是指由注塑机喷嘴出口到分流道入口止的 一段通道 主流道呈圆锥形 以便充模时熔体能顺利向 前流动 开模取出制件时主流道凝料又能顺利地被拔 出 一般来说 主流道位于模具中心线上 且垂直于模 具 主流道一般到分型面止 并加上冷料井的长度 如 收稿日期 2001 11 13 基金项目 国家自然科学基金资助项目 59975032 果作为直接浇口 则到制件的一个表面止 根据这个 特点 主流道的设计算法为 1 选择虚拟模腔上的一个表面Face 1 计算该表 面的中心点Point 2 输入小端直径D 拔模斜度 与冷料井长度L 对于直接浇口来说为0 并指定一个面Face 2 3 计算两个面Face 1与Face 2的距离L1 在 Face 1上以Point为圆心 作直径为D的圆Circle 4 把圆弧Circle围成面F F沿着Facel面的法矢 的反方向扫过L1 L的距离 即得到主流道 在生产实际中 主流道一般都是开设在浇口套中 的 所以 主流道的设计也可以设计成浇口套的大小 即D为浇口套的外直径 和 L为0 图1 分流道截面形状 Fig 1 Section of channels 2 分流道的设计 分流道是指主流道末端与浇口之间的整个通道 其功能是使熔体过渡和转向 一般分为一级分流道 与 主流道相接并呈垂直分布者 和二级分流道 与浇口相 连并与主流道平行者 二级分流道一般用在采用点浇 口的浇注系统中 1 分流道的设计原则是压力损失少 热散失少 流道 中塑料保持量小 常见的分流道截面如图1所示 1 其中圆形流道 的效率最高 一般当分型面为平面时 常采用圆形截面 第16卷 第4期中 国 塑 料Vol 16 No 4 2002年4月CHINA PLASTICSApr 2002 的流道 当分型面不为平面时 考虑到加工的困难 常 采用梯形或半圆形截面的流道 1 2 1 一级分流道设计 为了脱模方便 一级分流道中 圆形截面的中心线 在分型面上 矩形 梯形和半圆形截面流道的下底面也 开设在分型面上 所以 一级分流道应以分型面为基础 设计 其算法为 1 在分型面上以直线 圆弧 样条线等作出分流 道的轮廓 2 为每段分流道选择截面形状 并输入相应参 数 3 如果为圆形分流道 则以分流道轮廓线的一端 点为圆心作给定半径的圆 并把圆弧封闭成面 分流道 轮廓线垂直于该面 如果分流道轮廓线是圆弧 端点的 切矢垂直该面 4 如果不为圆形分流道 则给定分流道所在分型 面一侧的方向 确定分流道在型芯还是在型腔上 该 方向为分型面的法矢方向或法矢的反方向 以分流道 轮廓线的一端点作为分流道截面底线的中点 分流道 轮廓线垂直于底线 如果分流道轮廓线是圆弧 端点的 切矢垂直该面 按给定的数据向指定的方向作分流道 截面轮廓 如图2所示 把分流道截面轮廓封闭成分流 道截面 5 把分流道截面沿着分流道轮廓扫 即得到分流 道形状 1 分流道截面 2 分型面 3 分流道截面底线 4 分流道轮廓线 图2 一级分流道设计 Fig 2 First stage channel design 2 2 二级分流道设计 二级分流道一般是在采用点浇口的浇注系统中使 用 使用点浇口的模具需要二次分型 分别取出流道内 的凝料和塑料制品 取出流道凝料的分型面一般比较 简单 就是一个平面 本文只给出了取出塑料制品的分 型面定义 如果是双分型面 则分出的型腔板即可作 为三板模中的中间板 定模板 定模固定板上的主流道 需另外设计 所以 二级分流道可以以虚拟模腔中的 一个外表面为依据设计 如果需要一级分流道 也在该 表面上设计 二级分流道与开模方向平行 一般设计成倒圆锥 形 以便于脱模 其设计算法为 1 选定虚拟模腔的一外表面作为设计平面Face 该表面与脱模方向垂直 2 在Face平面上作出流道截面即圆 定好位置 和大小 3 把圆封闭成面 沿着Face平面外法矢的反方 向扫过指定的距离 即得到二级分流道 3 浇口设计 浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道 它 是浇注系统的关键部分 浇口的形状 位置和尺寸对制 品的质量影响很大 常用的浇口有直接浇口 矩形侧浇 口 扇形浇口 膜状浇口 点浇口 潜伏式浇口和护耳浇 口等 1 直接浇口的设计见主流道设计 下面分别讨 论常用的点浇口和矩形侧浇口的设计 3 1 点浇口的设计 点浇口是一种在制品中央开设浇口时使用的圆形 限制性浇口 常用的形式如图3所示 点浇口一般与二 级分流道一起配合使用 图3 点浇口 Fig 3 Point gate 其设计算法如下 1 分流道小端圆心为圆心作圆 2 把圆封闭成面 3 沿着一定的方向扫过给定的长度即可 扫方 向为圆心到制品的方向 3 2 矩形侧浇口的设计 矩形侧浇口一般开在分型面上 从制品的边缘进 料 一般与一级分流道相连 其设计算法如下 1 选择分型面 以分流道的轮廓线一端点EP作 为起始设计点 2 选择浇口所在的方向 以EP作为矩形底线的 中点 轮廓线垂直于底线 按指定的数据向指定的方向 作矩形 见图2 把矩形封闭成面 3 封闭面沿着指向制品的方向扫过给定的距离 即可 2002年4月中 国 塑 料 85 4 设计实例 现有一零件如图4所示 采用一模四腔 分型面如 图5所示 浇注系统如图6所示 分型结果如图7所示 图4 零件图 Fig 4 Part structure 图5 分型面 Fig 5 Parting face 图6 浇注系统 Fig 6 Sprue system 图7 型芯与型腔 Fig 7 Cavity and mandrel 5 结束语 运用基于特征的设计方法 浇注系统在分型面上 设计 从而实现了浇注系统与成型零件的同时生成 参考文献 1 李德群 塑料成型工艺及模具设计 M 北京 机械工业出 版社 1994 66 2 李海梅 王国中 等 注塑模浇注系统的计算机辅助设计软 件 J 中国塑料 1996 10 6 88 92 3 李 昕 吴崇峰 注塑模浇注系统的计算机辅助设计 J 塑料科技 2000 1 12 14 4 姚 强 鲍家福 邵鹏飞 多型腔注射模浇注系统CAD J 模具工业 1997 11 13 16 5 宋翠芳 专家系统在选择注射模浇注系统上的应用 J 中 国机械工程 1995 6 2 44 45 6 文劲松 基于知识的注塑模具设计系统关键技术研究 D 武汉 华中科技大学博士学位论文 2001 4 7 文劲松 李德群 注塑模三维成型零件的生成研究 J 中 国塑料 2001 15 5 78 80 Research on 3D Feed System Creation of Injection Mold WEN Jin2song ZHU Hong2bin LI De2qun 1 National Engineering Research Center of Novel Equipment Poly