塑料拼接片注塑模具设计及模流分析

新乡学院学报

JournalofXinxiangUniversity2018年6月Jun.2018塑料拼接片注塑模具设计及模流分析孙润袁王建平袁康彬袁陈蒙

渊安徽工程大学机械与汽车工程学院袁安徽芜湖241000冤摘要院对塑料拼接片注塑模具设计及模流分析进行研究遥分析了塑料拼接片结构和工艺性袁通过应用计算机辅助软件袁创建出模具实体模型遥运用Moldflow软件创建模流分析的有限元模型袁再对产品注塑过程做流动尧冷却尧翘曲分析袁从而验证了注塑模具设计的合理性遥此设计可以为简单的塑件模具设计提供参考遥关键词院塑料拼接片曰注塑模具曰模流分析中图分类号院TQ320.66+2

文献标识码院A

文章编号院2095-7726渊2018冤06-0055-06

目前模具已经广泛应用于人们生产和生活袁模具的设计也越来越重要袁计算机软件辅助设计已成为模具设计的首选咱1-2暂遥传统的注塑模具工艺袁后续需要手工去除凝料的工序袁生产费时费力遥本文以塑料玩具拼接片为研究对象袁讨论了模具成型工艺尧模具结构设计尧模具装配等系列模具生产过程遥通过分析塑料拼接片的结构尧材料尧工艺要求等袁选择了合理的注塑机袁设计了分层面尧浇注系统尧导向机构尧脱模过程袁阐述了模具的工作过程袁并对注射过程进行计算机辅助软件仿真遥此设计与分析过程有一定的实用性袁对此类注塑模具设计具有指导意义咱3暂遥机构遥玩具的拼接片要求表面无缺陷尧无毛刺尧无飞边且要有一定的光泽度遥尺寸公差选取MT7的A级尺寸精度遥由于PP渊聚丙烯冤材料具有价格低廉尧密度小尧材质轻尧强度和硬度高以及化学稳定性好等特点袁选择PP作为成型材料较为合适遥PP的密度为0.9g/cm3袁收缩率为1%袁成型温度为170~290益遥塑料拼接片体积为1.2003cm3袁质量为1.0803g袁所用一模三十二腔模具塑件总质量为34.57g遥根据注塑机的选择原则20%臆ZY-300注塑机成型条件见表1遥表1参数密度/渊g/cm3冤计算收缩率/%料筒后段温度/益料筒中段温度/益料筒前段温度/益喷嘴温度/益模具温度/益注射压力/MPa注射时间/s保压时间/s冷却时间/s成型周期/s

XY-ZY-300注塑机成型条件

数值范围0.9~0.91160~170200~220180~200170~19070~12020~6040~12030~6015~500~540~801.0~2.5

实际注塑量臆80%袁则选择XY-ZY-300注塑机遥XY-1制件的结构与工艺性分析

该塑料拼接片的二维图如图1所示袁周边均为圆弧面袁零件无侧凸台袁模具设计时无须设置复杂的抽芯图1塑件的二维图螺杆转速/渊r/min冤

收稿日期院2018-01-21

作者简介院孙润渊1992-冤袁女袁安徽颍上人袁硕士研究生袁研究方向院工程机械设计和可靠性遥通信作者院王建平渊1970-冤袁男袁甘肃天水人袁研究员袁研究方向院工程机械设计和可靠性遥

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模具总体结构设计

2.1分型面设计由分型面设计原则可知袁分型面在最大截面处便于脱模和模具生产遥该塑件的分型面如图2所示遥图2塑件分型面

2.2浇注系统设计2.2.1主流道设计采用有凝料的浇注系统遥根据主流道的设计规范袁采用整体式浇口曰主流道入口到出口方向呈4毅圆锥孔袁长度为60mm袁选取喷嘴孔直径为5mm袁圆锥孔入口直径为5.5mm曰为减小脱模阻力袁取粗糙度Ra臆0.4滋m曰主流道与分流道交界处用1毅圆角过渡曰浇口套材料选用优质工具钢T10袁淬火硬度为54HRC袁浇口套沉入模板用过盈配合H7/m6固定曰定位圈深入注塑机定模板定位孔的深度为10mm袁定位圈与注塑机定模板定位孔的配合用过渡配合H11/h1曰定位圈材料选45钢遥设计浇口套与定位圈的结构形式如图3所示遥图3浇口套与定位圈

2.2.2分流分道流是道主设流计道的分支流道袁是主流道到浇口的过渡流道遥由于圆形截面比表面积最小袁热量损失小袁分流道截面选为圆形袁如图4所示遥由于本注塑模具为一模三十二腔袁为了各注塑机喷嘴喷射出的溶胶流至型腔的距离都相等袁提高拼接片一致性与稳定性袁分流道走向设为线性布局袁如图5所示遥图4分流道截面

图5分流道布局

取分流道最小直径为4mm遥由经验公式以及型腔排布得各分流道的尺寸袁见表2遥表2分流道的尺寸流道直径/mmA长度/mm

16.345.2B援876.8CD508.98011.6E151002.2.3冷料冷穴料用于穴与储拉藏料注杆射间及点隔浇期口间设喷嘴计上产生的冷凝料头袁以防冷凝料头进入流道堵死浇口袁或进入模腔影响制品表面质量遥根据拉料杆设计规范袁拉料杆的拉料角度取65毅袁以便脱浇道凝料袁并将拉料杆设在分流道的末端遥冷料穴与拉料杆的设计如图6所示遥图6冷料穴与拉料杆

因点浇口的浇口较小袁熔料通过点浇口时产生的摩擦热会使熔料的黏度降低袁从而提高熔料的流动性和流速袁且点浇口的痕迹小袁对外观影响小袁故采用点浇口设计遥取点浇口直径为1mm尧浇口长为2mm尧分流锥角为6毅尧分流锥长为85.25mm袁点浇口的结构如图7所示遥孙润袁王建平袁康彬袁陈蒙院塑料拼接片注塑模具设计及模流分析

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图7点浇口的结构

整体浇注系统如图8所示遥图8整体浇注系统

2.3导向和脱模机构设计本机构选用直形导向柱袁导向面上有储油槽曰选用阶梯形导套袁用双模板压板式固定袁与安装孔之间采用过渡配合渊H7/k6冤袁导向柱与导套工作时插合采用H8/h8或采用H8/f8先间主隙流配道合后方式制品遥的脱模机构袁脱模机构的结构如图9所示遥注塑机开模后袁弹簧弹压R板与A板一起远离T板袁拉料杆随A板远离T板袁浇道凝料依附着R板被拉出浇口套遥当开模距离增大至L1时袁阶梯杆阻碍R板而停止移动袁A板与拉料杆继续移动曰当R浇板道与凝料A与板拉的料距杆脱离大离于袁渊点L3浇原L2口冤处时凝料袁由于与R制板品的断阻离隔袁实袁现浇道凝料的自动脱模曰到达底部时袁A板碰到阶梯杆台阶而停止袁A型腔与制品分离曰当A板与B板开距增加至L4时袁结束开模遥脱模机构的结构如图9所示遥图9脱模机构的结构示意图

2.4冷却系统设计模具的成型零件是型芯和型腔零件遥由于型芯和型腔比较薄袁故将冷却水道布置在固定型芯和型腔模板上袁且在模板上钻交叉孔袁其结构如图10所示遥将模板上闲置的深孔出口用堵塞堵住袁以形成水流回路遥冷却水道直径为8mm袁取成型周期为40s袁注塑机每次注射的质量为129.03g袁塑料释放热量为5.46伊106冷却水量为261kg/h袁冷却面积为0.010789m2J/h袁长度为0.859m遥袁水道图10冷却水管排布

3模具装配图

根据以上的设计过程得到塑料拼接片的模具装配图袁如图11所示遥1要定位圈曰2要定模座板曰3要固定螺钉曰4要动定模导向柱曰5要脱料板曰6要导套曰7要导套曰8要定模板曰9要动模板曰10要圆柱销固定导柱曰11要导套曰12要垫块曰13要动模座

板曰14要固定螺钉曰15要圆柱销曰16要固定螺钉曰17要阶梯定距杆曰18要推板曰19要推杆固定板曰20要定位螺钉曰21要推板导向柱曰22要推板导套曰23要复位弹簧曰24要支承柱曰25要型芯零件曰26要塑料制品曰27要压紧弹簧曰28要定位螺钉曰29要型腔零件曰30要固定螺钉曰31要定位销曰32要浇口套曰33要冷却水管曰34要推件杆遥

图11模具装配图

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有限元模型的建立与分析

4.1创建仿真模型取整个模型的4个拼接片进行模拟袁采用等效分析法遥注塑过程中袁采用点浇口进行浇注遥冷却系统中袁采用两组冷却水管袁水管的直径为8mm袁冷却水在管内的流速为1.9m/s袁进口温度为25益遥建立拼接片的三维实体模型袁并导入到Moldflow软件的前处理模块遥采用3D网格形式对拼接片进行有限元划分袁并对网格状态进行诊断遥工艺参数的设置院模具的表面温度为50益袁熔体温度为230益袁开模时间为5s袁充填时间控制为1s遥采用单段式恒压方式进行保压控制且保压压力为注射压力的82.5%袁注射尧保压尧冷却总时间为30s遥在拼接片注塑模拟时袁主要进行Flow渊流动冤尧Cool渊冷却冤尧Warp渊翘曲冤分析遥有限元三维模型如图12所示遥图12有限元三维模型图

4.2拼接片模具模流分析4.2.1流动分析流动分析包括对填充时间尧气穴尧平均体积收缩率尧注射位置处压力进行结果分析遥仿真结果如图13~图16所示遥由图13可知袁填充时间为1.081s袁浇口两侧方向上的填充时间分别为1.081s和0.9874s袁时间相差0.0936s袁熔体基本上能同时到达型腔两端袁可以满足设计要求遥由图14可知袁气穴均分布在塑件边缘处袁此时气体容易排出遥由图15可知袁选择的PP塑料的体积收缩率为3.0%耀5.0%袁一般认为体积收缩率低于5.0%即为理想状态袁所以这基本可以满足要求遥要降低平均体积收缩率袁可通过调整保压曲线进行遥注射位置处压力变化曲线反映该处压力在注射尧保压尧冷却等整个过程中的变化情况袁注射位置处压力曲线如图16所示遥由图16可知袁注塑压力的峰值为90MPa袁可以满足注塑机的要求遥图13塑料熔胶充填至各型腔的时间的变化

图14充填结束时的气穴位置

图15平均体积收缩率的变化

时间/s

图16注射位置处压力曲线图

4.2.2冷却冷却阶段分析直接影响着制件的最终表面质量尧制件的残余应力和结晶度遥孙润袁王建平袁康彬袁陈蒙院塑料拼接片注塑模具设计及模流分析

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渊1冤冷却介质的温度分布取向因素导致的变形影响较小遥冷却周期结束时袁冷却系统中冷却介质的温度分布如图17所示遥一般来说袁冷却剂的入口尧出口温度差应不超过3益袁图中冷却剂出口和入口的温差为0.42益袁这说明冷却剂的冷却能力较高袁可以满足要求遥图17冷却介质的温度分布图

渊在2冤注回塑路成型管壁时温袁回度路分管布壁温度显示了冷却回路中模具管道表面的温度遥该温度与冷却剂入口温度之差应不超过5益遥回路管壁温度分布如图18所示袁冷却水的进口温度为25益袁回路管壁温度最高为29.53益袁回路管壁温度与冷却水的进口温度差为4.53益袁可以满足要求遥图18回路管壁温度分布图

4.2.3翘曲翘曲主分析要是由不均匀的内部应力导致的缺陷遥在薄壁塑料件注塑成型时袁翘曲变形是最常见的缺陷遥图19~图22为各种因素导致的变形图遥由图19~图22均导可致知的袁所有因变形为素园.导园园圆致的7mm变形为袁收缩0.不均圆圆员导愿mm致的袁冷却变形为不因0.圆圆员素导愿致mm的袁变取形是向因影响素导变致形的的变主形为要因0素遥由袁冷却此可和见分子收缩图19所有因素导致的变形

图20冷却不均导致的变形

图21收缩不均导致的变形

图22取向因素导致的变形

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计咱J暂.塑料工业袁2015袁43渊4冤院61-63.

咱4暂孙丽丽袁苏学满.基于Moldflow的输液瓶坯注塑工艺参

数优化设计咱J暂.塑料工业袁2014袁42渊1冤院43-47.

咱5暂屈华昌袁吴梦陵.塑料成型工艺与模具设计咱M暂.北京院高

等教育出版社袁2014院30-50.

咱6暂邓昆袁杨攀.UG模具设计专家实例精讲咱M暂.北京院中国

青年出版社袁2007院17-35.

咱7暂刘恰.注射模具的保压优化设计咱D暂.大连院大连理工大

学袁2009.

咱8暂LEVINKA.StudydesignII.Issuesofchance,bias,

confoundingandcontamination咱J暂.Evidence-baseddentistry,咱9暂QIAOH.TransientmoldcoolinganalysisusingBEMwith

thetime-dependentfundamentalsolution咱J暂.International315-322.

communicationsinheatandmasstransfer,2004,32渊3冤:2005,6渊4冤:102-103.

5结束语

通过对塑料拼接片模具的设计袁分析了注塑件的结构及工艺性特点遥本设计为二次脱模机构袁一次脱模为浇道凝料脱离塑料拼接片袁二次脱模为塑料拼接片脱离动定模板袁一个注塑周期可生产出32个塑料拼接片袁无需维修塑料拼接片上的浇道凝料袁结构简单袁功能完善袁操作方便袁极大地提高了生产效率袁降低了工人的劳动量遥利用计算机仿真进行模流分析袁验证了该模具结构和工艺设计的合理性遥参考文献院咱1暂文劲松袁崔树标袁徐金榜袁等.塑料注塑模具三维设计系统

的实现咱J暂.华南理工大学学报渊自然科学版冤袁2004袁32渊5冤院5-8.

咱2暂宋双柱.基于UG和MoldFlow的相机外壳注塑模具设

计咱J暂.哈尔滨理工大学学报袁2009袁14渊3冤院16-19.咱3暂郭辰光袁李威力袁李源.打印机小型三层齿轮注塑模具设

【责任编辑黄艳芹】

DesignofInjectionMouldforPlasticJoint

SUNRun,WANGJianping,KANGBin,CHENMeng渊SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering,AnhuiPolytechnicUniversity,Wuhu241000,China冤

Abstract:Thedesignofplasticspliceinjectionandmoldflowanalysiswerestudied.Thispaperanalyzedthestructureandtechnologyofplasticsplicingpieces,andcreatedamoldentitymodelthroughtheapplicationofcomputeraidedsoftware.Theprovidereferenceforthedesignofsimpleplasticparts.

Moldflowsoftwarewasusedtocreatethefiniteelementmodelofthemoldflowanalysis,andthentheflow,coolingandwarpinganalysisoftheproductinjectionprocesswereperformedtoverifytherationalityoftheinjectionmolddesign.ThisdesigncouldKeywords:plasticsplice;injectionmold;moldflowanalysis