玩具壳盖CAE流道平衡分析与注塑模具设计

时间:2022-04-14 03:19:54

玩具壳盖CAE流道平衡分析与注塑模具设计

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。

作者:乔女 单位:陕西国防工业职业技术学院

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.