玩具殼蓋CAE流道平衡分析與注塑模具設計論文

　　摘要：通過對卡通玩具殼蓋的結構的分析，設計出能夠安裝在角式注塑機上的一模八腔、角式結構注塑模具。為了減少多模腔產品的各腔差異，運用ＣＡＥ軟件流道平衡分析，使所有流動路徑內的壓力降均相同，所有型腔同時填充，型腔保壓均勻，獲得了一致的體積收縮率，提高了塑件的質量。模具結構設計合理，開、合模動作穩定可靠，制品能夠順利脫模，塑件精度較高，產品質量能夠完全達到客戶要求。

　　關鍵詞：玩具殼蓋；ＣＡＥ；流道平衡；角式結構；注塑模

　　在我國塑料玩具制品的生產領域中，注塑工藝具有技術成熟度高、產品成型質量好、結構穩定性強和熔融成型時塑料分子間粘合緊密等優點，市場上８５％以上的玩具制品都是利用注塑工藝來生產的。但是不同廠家生產的塑料基材質量參差不齊，部分模具結構設計滯后，產品老化嚴重，這都影響了產品的進一步開發與創新。本文首先利用軟件進行ＣＡＥ分析，得出優化參數，然后設計模具結構并試模生產。

　　１塑件工藝分析

　　玩具殼蓋的材料為ＰＰ，有２０％Ｔａｌｃ填充物，收縮率為０．５％，材料具有很好的流動性與自潤滑性〔１〕，塑件最大處尺寸為１３１．２ｍｍ×２１．７ｍｍ×１３．９ｍｍ。卡通玩具殼蓋產品內有２．０ｍｍ厚度的十字型加強筋，壁厚２．５ｍｍ，ＭＴ６，屬于中級精度〔２〕，自定設計未注圓角Ｒ，需保持外表面光滑、無痕，幾何外形美觀，產品允許有１°～３°的拔模斜度，超大批量生產。產品具體尺寸如圖１所示。產品三維外觀如圖２所示。

　　２模具結構設計

　　根據玩具殼蓋結構特點、尺寸及生產要求，將產品按順序均布于模具中心，采用一模八腔、側澆口結構。分型面主要從脫模考慮，選擇在最大截面處，分型面與塑料熔體主流道面在同一個面上。選擇此種結構目的是為了產品的加工中心部分不留澆口痕跡，因為產品表面需保持外表面光滑、無痕，幾何外形美觀。為了安裝此模具，選用角式注塑機。角式注塑機是注塑機的注射方向和模具開、合模呈直角，角式注塑機占地面積比臥式注塑機小，放入模具內的嵌件不容易傾斜落下。根據塑件在模腔的排布，設計出動、定模型腔和動、定模座板以及模架型號，同時在模板上設計冷卻系統，采用推桿推出機構和復位桿復位機構〔３－４〕。

　　３塑件

　　ＣＡＥ分析流道平衡是指模具在一模多腔（Ｍｕｌｔｉ－Ｃａｖｉｔｙ）充填時，需要流道保證平衡，使塑料熔體同時填滿每一個模腔，以保證各模腔成型塑件的.質量一致性。通過采用平衡流道，可獲得統一的產品填充時間，從而使得產品頂出時的體積收縮率相同，得到一致的體積收縮率，使得同一模具注塑的塑件質量相同。本文設計了人工平衡式澆注系統，需要運用ＣＡＥ分析軟件對產品進行最佳流道平衡模擬，以確定流道合適的尺寸，從而使流體平衡地流動到型腔。執行流道平衡分析結果，以確保對每個型腔都在施加相等壓力的同時，所有流動路徑內的壓力均同時下降，填充好所有型腔。平衡的流道其剪切熱可控，可在不采用高熔體溫度的情況下，將應力等級降至最低，且流道材料體積相對于型腔體積最小，從而達到流道系統中可能的最高壓力降，提高了塑件質量。最終模擬結果如圖３所示。ＣＡＥ流道平衡分析顯示，流道平衡后的產品填充時間、頂出時的體積收縮率相同，獲得了一致的體積收縮率，降低了同一模具注塑的塑件在質量上的差異。玩具殼蓋材料為ＰＰ，成型產品結構特征為復雜殼體類零件，在成型過程中壁厚容易出現填充流速不均、部分型腔填充不滿、補縮、縮痕、氣穴和應力集中等缺陷，因此分析了產品的流動前沿溫度、填充末端總體溫度、氣穴位置和回路冷卻液溫度等工藝參數。模擬結果顯示：填充末端總體溫度２３５．７，小于ＡＢＳ材料最大允許溫度２４０；填充過程流速均勻且充滿型腔，無明顯氣穴、真空包和熔接痕，局部氣穴可通過分型面和頂桿孔排氣；冷卻回路溫度差在２以內，符合設計要求，且冷卻回路熱去除熱效率較高〔５〕。

　　４模具工作過程

　　圖４為卡通玩具殼蓋模具結構，采用角式結構注塑機。模具工作過程如下：注塑機注塑、保壓、補縮、冷卻結束后開模，模具由分型面Ｉ處上下打開，塑件露出；待模具完全打開后，注塑機頂桿頂出，推動模具推出機構推板１８向前移動，由安裝在其中推桿１６推出塑件澆注系統凝料，完成塑件及凝料的頂出動作；塑件脫模結束與再次合模前，由于注塑機頂桿先行撤回，安裝在推出機構的復位桿３的壓縮彈簧４展開，推動推桿固定板１７和推板１８向后運動，推桿１６和拉料桿２１安裝在推桿固定板１７和推板１８之間，也隨之運動，即推出機構完成先行復位，設計的支撐柱Ⅰ和支撐柱Ⅱ除了對型腔板起到支撐作用外，同時為３２個推桿提供導向定位作用；合模時，注塑機動模座板１向上移動，導柱導向機構保證了模板的精確導向定位，型芯、型腔錐面塊定位保證模具精準合模，注塑開始，進入下一個工作循環。最終卡通玩具殼蓋產品如圖５所示，外表面光滑無痕、填充飽滿，幾何外形美觀，尺寸精度高。將該產品樣品交予客戶，客戶進行了相應檢測。檢測結果顯示樣品合格，并進行了大批量生產。

　　５結論

　　本文通過分析塑件結構特征，設計了一模八腔的角式注塑模具結構。選用流道平衡澆注系統，并運用ＣＡＥ模擬流道平衡成型過程，多次調試參數，優化了多腔模具各腔的填充溫度、時間、壓力以及回路冷卻液溫度、收縮率和氣穴位置。卡通玩具殼蓋整套模具設計合理，結構動作穩定可靠，在生產過程中，注塑效果良好，制品脫模順利，最終產品的精度能夠完全達到客戶的要求。

　　參考文獻：

　　〔１〕塑料模具技術手冊編委會．塑料模具技術手冊〔Ｍ〕．北京：機械工業出版社，２００５．

　　〔２〕程軍．通用塑料手冊〔Ｍ〕．北京：國防工業出版社，２００７．

　　〔３〕田福祥．先進注塑模設計評注〔Ｍ〕．北京：機械工業社出版，２００８．

　　〔４〕喬女．人字齒注塑模設計〔Ｊ〕．輕工機械，２０１３（４）：６８－７０．

　　〔５〕喬女．瓶坯注塑成型模擬及模具設計〔Ｊ〕．模具技術，２０１２（６）：２５－２７

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