第一篇：玩具壳盖CAE流道平衡分析与注塑模具设计论文
摘要：通过对卡通玩具壳盖的结构的分析，设计出能够安装在角式注塑机上的一模八腔、角式结构注塑模具。为了减少多模腔产品的各腔差异，运用ＣＡＥ软件流道平衡分析，使所有流动路径内的压力降均相同，所有型腔同时填充，型腔保压均匀，获得了一致的体积收缩率，提高了塑件的质量。模具结构设计合理，开、合模动作稳定可靠，制品能够顺利脱模，塑件精度较高，产品质量能够完全达到客户要求。
关键词：玩具壳盖；ＣＡＥ；流道平衡；角式结构；注塑模
在我国塑料玩具制品的生产领域中，注塑工艺具有技术成熟度高、产品成型质量好、结构稳定性强和熔融成型时塑料分子间粘合紧密等优点，市场上８５％以上的玩具制品都是利用注塑工艺来生产的。但是不同厂家生产的塑料基材质量参差不齐，部分模具结构设计滞后，产品老化严重，这都影响了产品的进一步开发与创新。本文首先利用软件进行ＣＡＥ分析，得出优化参数，然后设计模具结构并试模生产。
１塑件工艺分析
玩具壳盖的材料为ＰＰ，有２０％Ｔａｌｃ填充物，收缩率为０．５％，材料具有很好的流动性与自润滑性〔１〕，塑件最大处尺寸为１３１．２ｍｍ×２１．７ｍｍ×１３．９ｍｍ。卡通玩具壳盖产品内有２．０ｍｍ厚度的十字型加强筋，壁厚２．５ｍｍ，ＭＴ６，属于中级精度〔２〕，自定设计未注圆角Ｒ，需保持外表面光滑、无痕，几何外形美观，产品允许有１°～３°的拔模斜度，超大批量生产。产品具体尺寸如图１所示。产品三维外观如图２所示。
２模具结构设计
根据玩具壳盖结构特点、尺寸及生产要求，将产品按顺序均布于模具中心，采用一模八腔、侧浇口结构。分型面主要从脱模考虑，选择在最大截面处，分型面与塑料熔体主流道面在同一个面上。选择此种结构目的是为了产品的加工中心部分不留浇口痕迹，因为产品表面需保持外表面光滑、无痕，几何外形美观。为了安装此模具，选用角式注塑机。角式注塑机是注塑机的注射方向和模具开、合模呈直角，角式注塑机占地面积比卧式注塑机小，放入模具内的嵌件不容易倾斜落下。根据塑件在模腔的排布，设计出动、定模型腔和动、定模座板以及模架型号，同时在模板上设计冷却系统，采用推杆推出机构和复位杆复位机构〔３－４〕。
３塑件
ＣＡＥ分析流道平衡是指模具在一模多腔（Ｍｕｌｔｉ－Ｃａｖｉｔｙ）充填时，需要流道保证平衡，使塑料熔体同时填满每一个模腔，以保证各模腔成型塑件的质量一致性。通过采用平衡流道，可获得统一的产品填充时间，从而使得产品顶出时的体积收缩率相同，得到一致的体积收缩率，使得同一模具注塑的塑件质量相同。本文设计了人工平衡式浇注系统，需要运用ＣＡＥ分析软件对产品进行最佳流道平衡模拟，以确定流道合适的尺寸，从而使流体平衡地流动到型腔。执行流道平衡分析结果，以确保对每个型腔都在施加相等压力的同时，所有流动路径内的压力均同时下降，填充好所有型腔。平衡的流道其剪切热可控，可在不采用高熔体温度的情况下，将应力等级降至最低，且流道材料体积相对于型腔体积最小，从而达到流道系统中可能的最高压力降，提高了塑件质量。最终模拟结果如图３所示。ＣＡＥ流道平衡分析显示，流道平衡后的产品填充时间、顶出时的体积收缩率相同，获得了一致的体积收缩率，降低了同一模具注塑的塑件在质量上的差异。玩具壳盖材料为ＰＰ，成型产品结构特征为复杂壳体类零件，在成型过程中壁厚容易出现填充流速不均、部分型腔填充不满、补缩、缩痕、气穴和应力集中等缺陷，因此分析了产品的流动前沿温度、填充末端总体温度、气穴位置和回路冷却液温度等工艺参数。模拟结果显示：填充末端总体温度２３５．７，小于ＡＢＳ材料最大允许温度２４０；填充过程流速均匀且充满型腔，无明显气穴、真空包和熔接痕，局部气穴可通过分型面和顶杆孔排气；冷却回路温度差在２以内，符合设计要求，且冷却回路热去除热效率较高〔５〕。
４模具工作过程
图４为卡通玩具壳盖模具结构，采用角式结构注塑机。模具工作过程如下：注塑机注塑、保压、补缩、冷却结束后开模，模具由分型面Ｉ处上下打开，塑件露出；待模具完全打开后，注塑机顶杆顶出，推动模具推出机构推板１８向前移动，由安装在其中推杆１６推出塑件浇注系统凝料，完成塑件及凝料的顶出动作；塑件脱模结束与再次合模前，由于注塑机顶杆先行撤回，安装在推出机构的复位杆３的压缩弹簧４展开，推动推杆固定板１７和推板１８向后运动，推杆１６和拉料杆２１安装在推杆固定板１７和推板１８之间，也随之运动，即推出机构完成先行复位，设计的支撑柱Ⅰ和支撑柱Ⅱ除了对型腔板起到支撑作用外，同时为３２个推杆提供导向定位作用；合模时，注塑机动模座板１向上移动，导柱导向机构保证了模板的精确导向定位，型芯、型腔锥面块定位保证模具精准合模，注塑开始，进入下一个工作循环。最终卡通玩具壳盖产品如图５所示，外表面光滑无痕、填充饱满，几何外形美观，尺寸精度高。将该产品样品交予客户，客户进行了相应检测。检测结果显示样品合格，并进行了大批量生产。
５结论
本文通过分析塑件结构特征，设计了一模八腔的角式注塑模具结构。选用流道平衡浇注系统，并运用ＣＡＥ模拟流道平衡成型过程，多次调试参数，优化了多腔模具各腔的填充温度、时间、压力以及回路冷却液温度、收缩率和气穴位置。卡通玩具壳盖整套模具设计合理，结构动作稳定可靠，在生产过程中，注塑效果良好，制品脱模顺利，最终产品的精度能够完全达到客户的要求。
参考文献：
〔１〕塑料模具技术手册编委会．塑料模具技术手册〔Ｍ〕．北京：机械工业出版社，２００５．
〔２〕程军．通用塑料手册〔Ｍ〕．北京：国防工业出版社，２００７．
〔３〕田福祥．先进注塑模设计评注〔Ｍ〕．北京：机械工业社出版，２００８．
〔４〕乔女．人字齿注塑模设计〔Ｊ〕．轻工机械，２０１３（４）：６８－７０．
〔５〕乔女．瓶坯注塑成型模拟及模具设计〔Ｊ〕．模具技术，２０１２（６）：２５－２７
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