方迪成 汕頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院蔼紧,廣東 汕頭 515078
摘要:介紹了汽車?yán)€接頭注塑模設(shè)計過程,論述了其工作原理狠轻。該模具采用側(cè)澆口奸例,一模四腔,鑲嵌立式注塑向楼;運用NX/CAD完成了塑件分型面設(shè)計查吊,創(chuàng)新設(shè)計了頂針、直頂及滑塊組合的一邊頂出一邊抽芯的模具結(jié)構(gòu)特征湖蜕;借助Moldflflow2016創(chuàng)建了管道循環(huán)冷卻系統(tǒng)逻卖,并對塑件填充時間、冷卻效果及翹曲變形量進(jìn)行模擬分析昭抒,得到合理的注塑成型參數(shù)指導(dǎo)模具實際生產(chǎn)评也。經(jīng)使用證明:模具結(jié)構(gòu)合理炼杖、可實現(xiàn)自動操作、產(chǎn)品成型完整盗迟、質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求坤邪。
關(guān)鍵詞:汽車?yán)€接頭;邊頂出邊抽芯罚缕;鑲嵌艇纺;立式注塑;組合滑塊
在信息化邮弹、智能化不斷發(fā)展的今天黔衡,CAD/CAE軟件已經(jīng)是進(jìn)行模具開發(fā)不可或缺的重要工具。本研究在完成對汽車?yán)€接頭塑件結(jié)構(gòu)和注塑工藝分析的基礎(chǔ)上肠鲫,先運用Moldflflow2016對塑件進(jìn)行模流成型工藝分析员帮,再運用UG NX11及AutoCAD2016設(shè)計成對注塑生產(chǎn)該汽車?yán)€接頭的注塑模具。為從事相應(yīng)注塑模具設(shè)計的技術(shù)人員提供借鑒导饲。
01 塑件結(jié)構(gòu)與材料分析
1.1 塑件結(jié)構(gòu)分析
設(shè)計的塑件為汽車?yán)€接頭捞高,它是汽車線束系統(tǒng)的重要組成部分,是一種關(guān)鍵裝配件渣锦,大批量生產(chǎn)硝岗。汽車?yán)€接頭塑件的外形尺寸為Φ16.7mm×25.2mm,塑件平均壁厚約2.0mm袋毙,厚度最大處約為3mm型檀,體積為2.2×103mm2。 塑件的尺寸較小听盖,但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜胀溺。塑件要求精度等級為MT4,為高精度公差等級皆看。塑件成型后要求:表面光滑仓坞、無毛刺、無浮纖腰吟,卡扣無損傷无埃、卡接力達(dá)到預(yù)定目標(biāo)值,其他部位無明顯缺陷痕跡毛雇。塑件由內(nèi)嫉称、外兩個分型部分組成:塑件內(nèi)部有一周圈內(nèi)倒鉤結(jié)構(gòu)特征,可以考慮通過抽芯機構(gòu)來實現(xiàn)灵疮;塑件小端有一長軟管嵌在其中织阅,須一起注塑成型,需考慮軟管的定位問題[1] 始藕。汽車?yán)€接頭的模型及內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖切如圖1所示蒲稳。
1.2 成型材料分析
所選用的材料是PA66+GF14(美國杜邦Zytel/PA668018)氮趋,該材料的密度為1.19g/cm3 伍派,收縮率為0.5%~1%江耀。具有高剛性、高強度诉植、高沖擊韌性祥国,耐熱溫度高,高耐磨晾腔、耐疲勞舌稀,出色的絕緣/電阻性、抗蠕性灼擂、收縮率小壁查、尺寸穩(wěn)定性好等特點[2]。常用于電器配件剔应、汽車零部件睡腿、運動器材、電動工具峻贮、軸承保持架席怪、接插件等。材料的流變黏度曲線及PVT性能曲線如圖2所示纤控。
02 模流成型工藝分析
2.1 網(wǎng)格劃分
使用UG NX11軟件對汽車?yán)€接頭進(jìn)行實體建模挂捻,并運用Moldflflow CAD Doctor模塊,對汽車?yán)€接頭3D數(shù)據(jù)中不影響分析結(jié)果的工藝小圓角船万、倒角進(jìn)行修整刻撒,并將修整后的模型導(dǎo)入MFI 2016中。對汽車?yán)€接頭模型進(jìn)行雙層面網(wǎng)格劃分耿导,網(wǎng)格模型如圖3所示声怔。三角形網(wǎng)格實體為56920,表面面積為25.0289cm2 碎节,網(wǎng)格最大縱橫比4.24捧搞,平均縱橫比1.58,最小縱橫比1.16狮荔,共用邊為85380條胎撇,網(wǎng)格匹配率95.8%,相互百分比為91.3%殖氏。網(wǎng)格劃分質(zhì)量很高晚树,能保證后續(xù)各項分析的精確[3]。
2.2 塑件壁厚分析
產(chǎn)品壁厚分析如圖4所示雅采。從圖4可見爵憎,汽車?yán)€接頭塑件的整體壁厚分布比較均勻慨亲,厚度為2.0mm,幾乎達(dá)到了在塑件的任一切面上厚度均勻一致宝鼓,避免了壁厚過渡劇變造成的尺寸不穩(wěn)刑棵,也保證了塑件表面不會出現(xiàn)明顯的瑕疵。圖4中厚度為3.277mm處為塑件與嵌件的過渡位愚铡,尺寸為外表面厚度加邊緣厚度及它們之間的距離總和蛉签;而0.2161mm為塑件內(nèi)孔與導(dǎo)向錐的尖端厚。
2.3 澆口位置與澆注系統(tǒng)
利用MFI澆口位置分析模塊沥寥,得到的汽車?yán)€接頭塑件理論“最佳澆口位置”如圖5a所示碍舍,在塑件的卡扣中間位及有嵌件處的末端。綜合考慮塑件主要表面質(zhì)量要求高邑雅,不允許在外表面出現(xiàn)澆口痕跡片橡,便于做抽芯結(jié)構(gòu),大批量生產(chǎn)和模具具體結(jié)構(gòu)與布局的需要淮野,設(shè)計了如圖5b所示的單點側(cè)澆口澆注系統(tǒng)捧书。主流道采用冷流道系統(tǒng),直徑為5mm录煤;分流道采用普通圓形截面流道鳄厌,直徑為4mm,側(cè)澆口端面直徑為1.2 mm[4-5]妈踊。
2.4 成型分析
依據(jù)前述澆注系統(tǒng)方案了嚎,針對影響汽車?yán)€接頭表面質(zhì)量和尺寸的充填時間、流動前沿溫度廊营、速度/壓力切換時的壓力歪泳、凍結(jié)層因子齿桃、熔接線距误、氣穴晰搀、鎖模力啸箫、平均纖維取向、縮痕蝴光、體積收縮率俊嗽、冷卻回路雷諾數(shù)墨辛、變形等進(jìn)行成型仿真分析瘪吏,結(jié)果如圖6所示癣防。
(1)圖6a為注射充填時間。從圖6a可以看出掌眠,汽車?yán)€接頭塑件沒有出現(xiàn)半透明區(qū)域蕾盯,說明在填充過程中充填順暢,流動平衡蓝丙,無短射和充填不足情況级遭。而紅色區(qū)域僅表示最后充填望拖。
(2)圖6b為流動前沿溫度。從圖6b可以看出挫鸽,在產(chǎn)品上沒有出現(xiàn)低于299.3℃的淺色區(qū)域说敏,而最高為301.1℃。溫度差為1.8℃掠兄,產(chǎn)品溫度分布比較平均像云,不會在表面上出現(xiàn)色差锌雀。
(3)圖6c為速度/壓力(v/p)切換時的壓力蚂夕。結(jié)果顯示,在v/p切換位時腋逆,充填最大需要的壓力為78.28MPa婿牍,在圖中不存在透明區(qū)域,表明注射壓力合理惩歉。
(4)圖6d為4個注塑產(chǎn)品在充填結(jié)束時的凍結(jié)層因子分布圖等脂。從圖6d來看,4個產(chǎn)品的冷凍層分布比較均勻撑蚌,沒有過快冷凍區(qū)域上遥。雖然水口的冷凍時間會比產(chǎn)品快一點,在控制好注射時間的情況下争涌,一般不會發(fā)生短射粉楚,不影響充填。
(5)圖6e為熔接線亮垫。從圖6e可以看出模软,在產(chǎn)品表面局部出現(xiàn)熔接痕,且主要是出現(xiàn)在產(chǎn)品大小端的結(jié)合處饮潦,不影響主體外觀燃异。考慮到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)問題继蜡,此方式進(jìn)膠回俐,比較適合成型,產(chǎn)品表面質(zhì)量也更有保證稀并。
(6)圖6f為氣穴圖仅颇。從圖6f可以看出,只在產(chǎn)品邊緣的地方及大小端結(jié)合處可見散點分布式氣穴稻轨。表明模內(nèi)氣體基本可以排出灵莲,可以將產(chǎn)品孔位做鑲針及在邊緣采用模具縫隙進(jìn)行排氣即可。
(7)圖6g為鎖模力殴俱。從圖6g可以看出政冻,最大鎖模力為24.52t枚抵,能滿足常用注射機鎖模力的要求。
(8)圖6h為產(chǎn)品的平均纖維取向明场。從圖6h可以看出汽摹,纖維取向基本一致且均勻,產(chǎn)品不會出現(xiàn)波浪變形的情況苦锨。
(9)圖6i為縮痕圖逼泣。從圖6i可以看出,最大縮痕尺寸為0.1494 mm舟舒,且縮痕位于產(chǎn)品內(nèi)部拉庶,所以該縮痕對制品質(zhì)量幾乎沒影響。
(10)圖6j為體積收縮率秃励。從圖6j可以看出氏仗,產(chǎn)品近外表面部分的平均體積收縮較均勻,收縮最大的地方為卡扣處夺鲜,因為卡接力的需要膠位較厚皆尔,不影響整體。
(11)圖6k為冷卻回路雷諾數(shù)币励。從圖6k可以看出慷蠕,所示的冷卻回路雷諾數(shù)為10000,說明冷卻效果非常好食呻,水路設(shè)計合理流炕。
(12)圖6l為總變形。從圖6l可以看出搁进,產(chǎn)品的變形最大位置在產(chǎn)品的大端開口處浪感,因為裝配的需求,此處要保持比較好的韌性饼问,所以不能有加強結(jié)構(gòu)影兽。在實際使用時,可通過卡扣的卡接力實現(xiàn)對變形的糾正莱革。綜上所述峻堰,汽車?yán)€接頭擬采用的模具澆注系統(tǒng)方案是可行的。
03 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 分型面設(shè)計
分裂面的設(shè)計如圖7所示盅视。
以塑件圓中心面作為分型面捐名,一分為二,紅色為分型線闹击。模具型腔采用如圖6所示塑件布置的一模四腔結(jié)構(gòu)形式镶蹋,使用UG及CAD軟件進(jìn)行設(shè)計。
設(shè)置如圖7所示的分型面,既有利于利用模具結(jié)合面(包括定贺归、動模結(jié)合面淆两,各型芯、鑲件與主型芯拂酣、型腔的結(jié)合面)處細(xì)小間隙進(jìn)行排氣秋冰。同樣也更有利于塑件在模具中安放和定、動模的設(shè)置婶熬,同時也為抽芯機構(gòu)的設(shè)計提供了方便剑勾,從而降低塑件的脫模難度和模具的設(shè)計難度,及便于模具長時間使用后赵颅,塑件合模面產(chǎn)品飛邊的處理[6-7]虽另。
3.2 型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計
將成型汽車?yán)€接頭塑件按照圓中心面分開,上半部分的模腔部分作定模性含,做型腔洲赵;而下半部分的模腔部分作動模,做型芯商蕴,卡扣部分做滑塊側(cè)抽芯出模,模具2D結(jié)構(gòu)如圖8所示芝发。
3.2.1 型腔結(jié)構(gòu)
模具型腔部分由定模仁5绪商、定模板3及唧咀4定模鑲件組成,如圖9所示辅鲸。其中定模仁5成型產(chǎn)品上半部分外表面膠位格郁,部分流道在定模板3及唧咀4定模鑲件上經(jīng)過。定模仁5及唧咀4定模鑲件都固定在定模板3上独悴。在定模仁5的選材上例书,采用熱作模具鋼葛利茲2343 ESR,它具有優(yōu)良的韌性刻炒、延展性决采、機加工性、高抗熱疲勞性坟奥、耐磨性树瞭、拋光性、淬透性及熱處理尺寸穩(wěn)定性爱谁,且特別適用于大批量生產(chǎn)的塑料模具晒喷,在使用時亦對它進(jìn)行熱處理,保證熱處理硬度HRC50~52访敌。
因為汽車?yán)€接頭的塑膠材料為PA66+GF14凉敲,具有較強度耐磨性,所以定模板3及唧咀4定模鑲件均采用耐磨性及拋光性能佳且性價比高的預(yù)硬模具鋼LKM P20,出廠硬度為HRC30~42爷抓。
3.2.2 型芯結(jié)構(gòu)
模具型芯部分由唧咀4動模鑲件雨效、滑塊6、直頂18废赞、滑塊鑲針21徽龟、動模仁25及動模板28組成,如圖10所示唉地。其中動模仁25成型產(chǎn)品下半部分外表面膠位据悔,滑塊鑲針21及直頂18成型卡扣及產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分,部分流道在唧咀4動模鑲件耘沼、滑塊6极颓、直頂18及動模板28上經(jīng)過。唧咀4動模鑲件群嗤、鏟機7及動模仁25都固定在動模板28上菠隆。由于汽車?yán)€接 頭批量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜狂秘、模具使用時間長骇径,同時為防止成型合模面磨損和型腔塌邊等,動模仁25及直頂18均選用拋光性能優(yōu)良者春、易切削破衔、高韌性、耐磨性及高延展性的熱作模具鋼葛利茲2343ESR钱烟,并進(jìn)行熱處理晰筛,保證熱處理硬度為HRC48~50。因為汽車?yán)€接頭的塑膠材料為PA66+GF14拴袭,具有較強度耐磨性读第,所以動模板28及唧咀4動模鑲件均采用耐磨性及拋光性能佳且性價比高的預(yù)硬模具鋼LKM P20,出廠硬度為HRC30~42拥刻。
3.3 導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于汽車?yán)€接頭為圓形塑件怜瞒,為了保證產(chǎn)品的同心度以及保證合模準(zhǔn)確和模具長時間使用后的維修方便,本模具設(shè)計了由導(dǎo)柱導(dǎo)套及原身虎口組成的導(dǎo)向與定位組合系統(tǒng)泰佳,它既能實現(xiàn)模具在運行過程中的快速盼砍、精確導(dǎo)向,也能防止長期生產(chǎn)后因為模具磨損而造成錯位逝她。
3.4 抽芯與頂出結(jié)構(gòu)設(shè)計
因汽車?yán)€接頭是一個內(nèi)部有倒鉤且?guī)ц偳兜漠a(chǎn)品浇坐,如圖11所示。如果采用普通滑塊式抽芯會因直接強制脫模而使產(chǎn)品受到損傷產(chǎn)生缺陷黔宛。在本設(shè)計中近刘,將創(chuàng)新設(shè)計一種由頂針、直頂及滑塊組合的一邊頂出一邊抽芯的鑲嵌立式注塑模具結(jié)構(gòu),如圖8觉渴、圖11所示介劫。其原理就是讓塑膠產(chǎn)品先脫離模仁后,有向外翻的變形空間再進(jìn)行抽芯案淋,這樣產(chǎn)品就不會因強制脫模而產(chǎn)生損傷座韵,而且這種方式對嵌件的長度甚至形狀都沒有任何的限制,提高了產(chǎn)品的設(shè)計想象空間踢京。
一邊頂出一邊抽芯結(jié)構(gòu)主要由滑塊6誉碴、鏟機7、等高螺絲8瓣距、彈簧 (9黔帕、10、11)蹈丸、頂針(12成黄、13)、直頂18及滑塊鑲針21組成逻杖,如圖12奋岁、圖13所示。它們是在注射機的開模力的作用下弧腥,圖8中定動模3厦取、5、25管搪、28分開,滑塊6與直頂18在彈簧9铡买、10更鲁、11的作用力下產(chǎn)生往上頂?shù)膭幼鳎破?9奇钞、20會跟隨向上脫離動模仁25一定的距離[注:此動作有一個讓位的作用澡为,即對塑膠產(chǎn)品主體19里面的倒鉤在滑塊6后續(xù)抽芯動作中不會因動模仁25的阻擋限制而產(chǎn)生強制脫模的現(xiàn)象],接著頂針板15景埃、16在注射機的頂棍的作用力下運動媒至,在頂針板15、16上的頂針12谷徙、13開始向上運動拒啰,滑塊6在頂針12與彈簧9、10的雙作用力下沿著鏟機7的斜面動作完慧,直到完成抽芯谋旦;
與此同時在限位塊29的限制下模具完成預(yù)定頂出距離,直頂18在等高螺絲8的限制下達(dá)到預(yù)定位置,完成頂出動作册着。在此過程中直頂18起到頂出拴孤、對滑塊鑲針21導(dǎo)向以及防止塑膠產(chǎn)品主體19跟隨滑塊6一起后退的作用。
因為滑塊6甲捏、鏟機7及直頂18均為活動件且模具為大批量生產(chǎn)演熟,所以三者均采用具有高淬透性、高韌性司顿、高耐磨性且性價比高的熱作模具鋼LKM H13芒粹,并進(jìn)行熱處理,保證熱處理硬度為HRC48~52免猾。
3.5 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.5.1 復(fù)位機構(gòu)
為保證開合模順序的準(zhǔn)確無誤是辕、側(cè)向分型機構(gòu)及頂出機構(gòu)的動作靈活順暢,本模具在設(shè)計時采用在導(dǎo)柱導(dǎo)套附近布置4根直徑為15 mm的回針31進(jìn)行合模復(fù)位猎提』袢回針31固定于上頂針板15上,并在回針31上加裝4支彈簧32锨苏,如圖10疙教、圖14。
3.5.2 冷卻系統(tǒng)
為確保模具溫度在使用時始終處于生產(chǎn)工藝指定的溫度范圍贞谓,本模具在定模板3與定模仁5、動模仁25與動模板28上采用循環(huán)冷卻水路布置葵诈,如圖8所示裸弦。本模冷卻系統(tǒng)能保證型腔各處冷卻均勻,成型周期短作喘,塑件質(zhì)量高理疙。
3.5.3 嵌件定位機構(gòu)
為保證嵌件_軟管20在注射時不產(chǎn)生偏移、保證塑件總長度達(dá)到預(yù)定的尺寸泞坦,本模具在定模仁5窖贤、動模仁25上各設(shè)計0.4 mm高的定位齒,合模時上下定位齒會壓入嵌件_ 軟管20中贰锁,注射時嵌件_軟管20就不會隨著塑料的流動而移動赃梧;在動模板28上固定一塊托板24,在托板上嵌入兩件支承塊22與一件擋板23豌熄,嵌件_軟管20放在支承塊22槽中授嘀,端頭由擋板23擋住,以此保證嵌件_軟管20露在塑膠產(chǎn)品主體19外的長度達(dá)到預(yù)定的尺寸房轿,如圖8粤攒、圖9所森、圖10與圖15所示。
04 模具工作過程
模具為二板式結(jié)構(gòu)夯接,設(shè)計的模具圖如圖15所示焕济。模具在使用時,先拆除鎖模塊37盔几;將模具冷卻系統(tǒng)與外部冷卻源連接好晴弃。
開模時:模具在注射機的開模力的作用下,定動模3逊拍、5上鞠、25、28分開芯丧,滑塊6與直頂18在彈簧9芍阎、10、11的作用力下產(chǎn)生往上頂?shù)膭幼饔Ш悖破?9谴咸、20會跟隨向上脫離動模仁25一定的距離(注:此動作有一個讓位的作用,即對塑膠產(chǎn)品主體19里面的倒鉤在滑塊6后續(xù)抽芯動作中不會因動模仁25的阻擋限制而產(chǎn)生強制脫模的現(xiàn)象)骗露,接著頂針板15岭佳、16在注射機的頂棍的作用力下運動,在頂針板15萧锉、16上的頂針12珊随、13開始向上運動,滑塊6在頂針12與彈簧9柿隙、10的雙作用力下沿著鏟機7的斜面動作叶洞,直到完成抽芯;與此同時直頂18也在頂針13與彈簧11的雙作用力下向上動作[在此過程中直頂18起到頂出禀崖、對滑塊鑲針21導(dǎo)向以及防止塑膠產(chǎn)品主體19跟隨滑塊6一起后退的作用]京办,在限位塊29的限制下模具完成預(yù)定頂出距離,直頂18也在等高螺絲8的限制下達(dá)到預(yù)定位置帆焕,完成抽芯與頂出動作。在注射機的頂棍往回收后不恭,頂針板15叶雹、16在彈簧32與回針31的回位機構(gòu)的作用下隨著頂棍一起向下運動,頂針12换吧、13一起下滑折晦,此時滑塊6與直頂18在彈簧9、10沾瓦、11的支撐下保持不跟隨頂針12满着、13的下滑而下降谦炒,然后取出制品19、20风喇。
合模時:在開模狀態(tài)下宁改,將嵌件_軟管20直接插在滑塊鑲針21上;在注射機的合模力的作用下魂莫,動模部分先向回運動还蹲,一直處于彈起狀態(tài)的滑塊6與直頂18的端面會先接觸定模板3與定模仁5,直到壓縮彈簧9耙考、10谜喊、11回位,直到實現(xiàn)分型面閉合倦始。
05 結(jié)論
在完成汽車?yán)€接頭注塑工藝分析與模具設(shè)計過程中斗遏,通過對汽車?yán)€接頭塑件結(jié)構(gòu)、成型材料性能和塑件壁厚的分析鞋邑,借助Moldflflow2016軟件诵次,對汽車?yán)€接頭進(jìn)行了模流CAE分析。在統(tǒng)籌考慮“最佳澆口位置”炫狱、大批量生產(chǎn)和特殊模具結(jié)構(gòu)等的特定情形下藻懒,擬定了采用側(cè)澆口的澆注系統(tǒng)方案。在注塑成型工藝分析中视译,對影響對汽車?yán)€接頭表面質(zhì)量和尺寸的因素進(jìn)行了分析與探討嬉荆。在用UG與CAD進(jìn)行模具設(shè)計時,完成了包括:模具分型面選取酷含,型腔鄙早、型芯結(jié)構(gòu),導(dǎo)向與定位機構(gòu)椅亚、側(cè)向分型和頂出機構(gòu)限番、復(fù)位機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)以及嵌件定位機構(gòu)等的設(shè)計呀舔,圍繞汽車?yán)€接頭注塑模具特點弥虐、要點和難點進(jìn)行了細(xì)致闡述。在此過程中媚赖,采用了由導(dǎo)柱導(dǎo)套及原身虎口組成的導(dǎo)向與定位組合系統(tǒng)霜瘪,使用了由頂針、直頂及滑塊組合的一邊頂出一邊抽芯的鑲嵌立式注塑模具結(jié)構(gòu)等惧磺,使塑件成型質(zhì)量得到提高颖对。
該案例具有較強的實用性,解決了產(chǎn)品內(nèi)部倒鉤順利脫模磨隘、產(chǎn)品外觀缤底、嵌件的長度限制顾患。不僅可以減少量產(chǎn)過程中的不良率,節(jié)省模具成本个唧,還可以解決嵌件設(shè)計的局限性江解,對指導(dǎo)實際生產(chǎn)具有重要參考價值。
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