劉祥建眼五，周佳睿，姜勁
(金陵科技學(xué)院機電工程學(xué)院彤灶，南京211169)
摘要：針對某種塑料按鈕開關(guān)帽帶有環(huán)形側(cè)凹且帽體壁厚變化不均勻的結(jié)構(gòu)特點看幼，設(shè)計了一套帶斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機構(gòu)的一模兩腔模具。為改善塑件質(zhì)量及解決塑件脫模問題幌陕，首先诵姜，結(jié)合Moldflow軟件仿真確定了澆口位置和冷卻系統(tǒng)，并對塑件的成型過程進行仿真分析搏熄，結(jié)果顯示棚唆，塑料熔體充滿型腔的時間短且兩型腔的充型一致性好暇赤，同時，塑件的體積收縮率小且兩型腔內(nèi)的塑件體積變化均勻宵凌，型腔內(nèi)氣體的排出情況較好鞋囊，氣穴少，塑件產(chǎn)生的翹曲變形量在合理變形范圍之內(nèi)瞎惫。其次溜腐，對模具結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，主要包括分型面瓜喇、成型零件以及側(cè)抽芯機構(gòu)挺益。由于塑件帶有環(huán)形側(cè)凹，型芯設(shè)計成組合式結(jié)構(gòu)欠橘，并由大型芯矩肩、滑塊和成型桿成型塑件的帽體部分，采用斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機構(gòu)實現(xiàn)塑件環(huán)形側(cè)凹的成型并脫模肃续。通過Moldflow軟件分析和優(yōu)化模具設(shè)計方案黍檩，可以加快模具的設(shè)計過程，提高塑件的成型質(zhì)量始锚。
關(guān)鍵詞：按鈕開關(guān)帽刽酱；注塑模具；澆口位置瞧捌；成型過程
隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展棵里，塑料制品因成本低、質(zhì)量輕姐呐、力學(xué)性能相對較高等諸多優(yōu)點殿怜，在車輛制造、家用電器曙砂、醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了更為廣泛的應(yīng)用头谜。與此同時，注塑模具作為塑料制品成型的主要設(shè)備鸠澈，其設(shè)計與制造技術(shù)也在快速提升[1-6]柱告。
CAD/CAE計算機輔助技術(shù)的應(yīng)用大大方便了注塑模具的設(shè)計過程，為生產(chǎn)出更低成本笑陈、更高質(zhì)量的塑料制品提供了幫助[7-11]际度。王巍等[12]設(shè)計了機載計算機卡鉤塑件的注塑模具，并應(yīng)用Moldflow軟件對塑件的澆口位置和成型過程進行了仿真模擬涵妥，設(shè)計過程中乖菱，根據(jù)仿真模擬結(jié)果選取了塑件的最終澆口位置，塑件的成型分析結(jié)果顯示塑件澆口位置的設(shè)置是合理的。吳小飛[13]進行了掃地機器人底座塑件的注塑模具設(shè)計窒所，針對設(shè)計的注塑模具結(jié)構(gòu)娜氏，應(yīng)用Moldflow軟件對澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計的合理性進行了仿真驗證。邵良臣等[14]進行了汽車控制面板旋鈕開關(guān)注塑模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計墩新，并運用Moldflow軟件進行了塑件成型過程中的流動、冷卻及翹曲仿真模擬窟坐，從而對塑件的成型工藝方案進行優(yōu)化海渊。耿金萍等[15]設(shè)計了偏心輪支架塑件的注塑模具，設(shè)計過程中哲鸳，為獲得最佳澆口位置臣疑，保證塑件制品的成型質(zhì)量，運用Moldflow軟件對設(shè)計的澆注系統(tǒng)進行了仿真分析徙菠。熊江等[16]應(yīng)用UG軟件進行了塑料散熱板格柵熱流道疊層注塑模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計讯沈，并運用Moldflow軟件進行了最佳澆口位置仿真和澆注系統(tǒng)充填工藝性仿真，優(yōu)化了注塑工藝方案婿奔∪焙荩可以看出，Moldflow軟件在優(yōu)化注塑模具設(shè)計結(jié)構(gòu)萍摊、驗證模具結(jié)構(gòu)的合理性方面發(fā)揮了作用挤茄，通過仿真模擬有利于降低模具的試模成本、加快模具設(shè)計過程冰木、提升塑件制品的質(zhì)量穷劈。
筆者以某種塑料按鈕開關(guān)帽為對象進行注塑模具設(shè)計，按鈕開關(guān)帽帶有環(huán)形側(cè)凹且帽體壁厚變化不均勻踊沸，為改善塑件質(zhì)量及解決塑件脫模問題歇终，應(yīng)用Moldflow軟件對塑件的澆口位置和成型過程進行仿真分析并優(yōu)化模具設(shè)計結(jié)構(gòu)，得到合理的注塑方案逼龟。
1 塑件分析
按鈕開關(guān)帽結(jié)構(gòu)如圖1所示评凝，整體外形呈中心對稱結(jié)構(gòu)，上部為帽蓋部分审轮，下部為帽體肥哎，塑件結(jié)構(gòu)主要由平面、圓弧面組成疾渣，其中篡诽，帽蓋部分與帽體之間形成環(huán)形側(cè)凹。塑件外形尺寸為50mm×50mm榴捡，最大壁厚為6mm杈女，最小壁厚為1.5mm。塑件材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，其密度為1.05g/cm3达椰，收縮率為0.4%~0.7%翰蠢，該材料耐磨性優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好啰劲，且沖擊強度較好梁沧，在機電產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。
圖1按鈕開關(guān)帽結(jié)構(gòu)示意圖
使用UG軟件中的體積測量功能蝇裤，得出塑件的體積約為20.40cm3廷支，塑件的質(zhì)量約為21.42g。
2 塑件成型工藝分析
2.1 網(wǎng)格劃分
為提高注塑模具結(jié)構(gòu)的合理性栓辜，在進行模具設(shè)計之前應(yīng)用Moldflow軟件對塑件的澆口位置和成型過程進行仿真分析恋拍。建立按鈕開關(guān)帽仿真模型，并進行網(wǎng)格劃分藕甩，網(wǎng)格劃分后共得到10150個三角形單元施敢，網(wǎng)格質(zhì)量的匹配百分比為80%，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖2所示狭莱。
圖2 網(wǎng)格劃分結(jié)果
2.2 澆注系統(tǒng)方案
澆注系統(tǒng)決定了塑料熔體在注塑模具中的運動流向僵娃，合理的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以保證來自注塑機噴嘴的塑料熔體達到最佳的流動狀態(tài)，并實現(xiàn)平穩(wěn)贩毕、順利地充模悯许，完成整個澆注過程』越祝考慮到塑件制品的結(jié)構(gòu)尺寸較小及塑料熔體流動過程中的流動平衡先壕、壓力平衡的影響，為提高生產(chǎn)效率及確保塑件質(zhì)量的均勻和穩(wěn)定谆甜，注塑模具采用一模兩腔結(jié)構(gòu)垃僚，型腔排布采用平衡式排列。
澆口的位置對塑件質(zhì)量影響較大规辱，為此谆棺，利用Moldflow軟件對塑件進行澆口位置分析，仿真結(jié)果如圖3所示罕袋「氖纾可以看到，推薦的比較合適的澆口位置在鄰近環(huán)狀凸起的塑件帽體一側(cè)附近浴讯，考慮到塑件的環(huán)狀凸起結(jié)構(gòu)以及塑料熔體的流動阻力的影響朵夏，將澆口選在環(huán)狀凸起靠近塑件帽體的邊沿位置。
圖3 澆口位置仿真結(jié)果
根據(jù)上述分析結(jié)果榆纽，澆口選用側(cè)澆口形式仰猖，并設(shè)計澆口厚度為0.8mm捏肢，寬度為2mm，長度為2mm饥侵；主流道為圓錐形結(jié)構(gòu)鸵赫，設(shè)計其小端直徑為5mm，大端直徑為8.24mm躏升，長度為92.7mm辩棒，球面凹坑半徑為20mm；分流道為圓形截面結(jié)構(gòu)膨疏，設(shè)計其直徑為6mm盗温。
2.3 冷卻系統(tǒng)方案
塑料熔體在注塑模具中冷卻成型時，其溫度的變化過程會直接影響塑件質(zhì)量的優(yōu)劣以及塑件生產(chǎn)效率成肘。如果溫度控制不好，塑件容易產(chǎn)生翹曲變形斧蜕、應(yīng)力開裂双霍、表面不光澤及熔合紋等，造成塑件品質(zhì)下降批销，甚至不合格洒闸。同時，塑料熔體的冷卻時間是影響生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素均芽。
注塑模具常使用循環(huán)水進行冷卻丘逸，其中，冷卻回路的形式和冷卻管道的直徑是冷卻系統(tǒng)設(shè)計考慮的兩個主要內(nèi)容掀宋。為減小出入水的溫度差異深纲，使用常溫水作為循環(huán)水進行冷卻，冷卻水管上劲妙、下各有兩根湃鹊，且以環(huán)繞塑件四周的結(jié)構(gòu)形式進行布局，其中镣奋，冷卻水管直徑為10mm币呵，冷卻水管布局如圖4所示。
圖4 冷水管布局示意圖
2.4 成型分析結(jié)果
根據(jù)前述的澆注系統(tǒng)方案和冷卻系統(tǒng)方案侨颈，利用Moldflow軟件模擬塑件的成型過程余赢，對影響塑件成型質(zhì)量的填充時間、體積收縮率哈垢、氣穴位置妻柒、翹曲變形量等因素進行分析。在仿真模擬過程中温赔，設(shè)置塑料熔體溫度為240℃蛤奢，保壓時間為10s鬼癣，開模時間為5s。
圖5為填充時間仿真結(jié)果啤贩。從圖5可以看出待秃，塑料熔體充滿型腔的時間為0.6359s，可短時間內(nèi)將塑料熔體充滿型腔痹屹，同時章郁，在填充過程中，塑料熔體流至兩型腔末端時間的一致性好志衍，且流動均勻平穩(wěn)暖庄，沒有出現(xiàn)填充不足的情況，因此楼肪，有利于獲得高精度培廓、密實的塑件。
圖5 填充時間仿真結(jié)果
圖6是體積收縮率仿真結(jié)果春叫。從圖6塑件的體積變化情況可以看出肩钠，兩型腔內(nèi)的塑件體積變化均勻，且體積收縮率小暂殖，未出現(xiàn)局部位置體積收縮率較大的缺陷价匠，塑件的尺寸穩(wěn)定性較好。
圖6 體積收縮率仿真結(jié)果
圖7是氣穴分布仿真結(jié)果
從圖7可以看出呛每，只在塑件帽蓋部分表面產(chǎn)生了幾處氣穴現(xiàn)象踩窖，說明型腔內(nèi)氣體的排出情況較好，另外晨横，氣穴相對接近帽蓋部分的邊沿洋腮，位置靠近分型面，而且該塑件的體積較小手形，排氣量較小徐矩，可利用注塑模具分型面之間的微小間隙自然排氣，更有利于型腔內(nèi)氣體的排出叁幢，避免氣穴的產(chǎn)生滤灯。
圖8是翹曲變形量仿真結(jié)果。
從圖8可以看出曼玩，塑件的翹曲變形主要發(fā)生在帽蓋部分上部和帽體部分下部鳞骤，這兩處位置由于塑件形狀結(jié)構(gòu)的原因，壁厚變化不均勻黍判，導(dǎo)致塑件收縮不均勻而發(fā)生翹曲變形豫尽，其中，產(chǎn)生的最大翹曲變形量為0.3567mm顷帖，相對塑件的結(jié)構(gòu)尺寸美旧，該變形量在合理變形范圍之內(nèi)渤滞，能夠保證塑件的成型精度。
綜上所述榴嗅，前述注塑模具的設(shè)計方案能夠滿足成型要求妄呕。
3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 分型面設(shè)計
分型面選擇的優(yōu)劣將直接影響到塑件的成型質(zhì)量，以及模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度嗽测、注塑工藝操作的難易程度绪励。
根據(jù)分型面位置的選擇原則，該塑件分型面的設(shè)計唠粥，應(yīng)滿足以下要求：(1)因為該塑件的外觀面要求光順疏魏，因此，分型面要盡量避免選擇在塑件光順的外表面位置處晤愧；(2)因為注塑模具的推出機構(gòu)一般設(shè)在動模部分大莫，因此，分型面的選擇要盡量保證塑件能留在動模部分官份；(3)因為該塑件的外表面存在環(huán)形側(cè)凹葵硕，需要設(shè)計側(cè)抽芯機構(gòu)實現(xiàn)脫模，因此贯吓，分型面的選擇要盡量使側(cè)抽芯行程較短。
綜合上述選擇要求蜀变，分型面選擇在帽蓋部分與環(huán)形側(cè)凹結(jié)合處的最大截面位置悄谐，如圖9所示。
圖9 分型面示意圖
3.2 成型零件設(shè)計
成型零件包括型腔和型芯库北，注塑過程中爬舰，型腔用于成型塑件的帽蓋部分，型芯用于成型塑件的帽體部分寒瓦。
常見的型腔結(jié)構(gòu)有整體式情屹、組合式兩種形式。該塑料按鈕開關(guān)帽尺寸較小杂腰，帽蓋部分結(jié)構(gòu)簡單垃你，因此，注塑模具型腔采用整體式結(jié)構(gòu)喂很，其結(jié)構(gòu)如圖10所示惜颇。
圖10 型腔結(jié)構(gòu)示意圖
型芯也有整體式、組合式兩種結(jié)構(gòu)形式少辣，整體式型芯常用于小型的塑件凌摄，較大塑件的注塑常采用組合式型芯。設(shè)計過程中漓帅，考慮到帽體部分的環(huán)形側(cè)凹結(jié)構(gòu)和孔狀結(jié)構(gòu)锨亏，型芯采用組合式結(jié)構(gòu)痴怨，由大型芯和滑塊成型帽體的環(huán)形側(cè)凹結(jié)構(gòu)，由成型桿成型帽體的孔狀結(jié)構(gòu)器予。其中浪藻，大型芯的結(jié)構(gòu)如圖11所示。
圖11 大型芯結(jié)構(gòu)示意圖
3.3 側(cè)抽芯機構(gòu)設(shè)計
由于該塑料按鈕開關(guān)帽的帽蓋部分與帽體之間形成環(huán)形側(cè)凹劣摇，具有與開模方向不一致的分型珠移，注塑模具開模時無法直接將塑件推出，因此末融，設(shè)計過程中钧惧，需要考慮注塑模具的側(cè)向分型與抽芯。
該塑件環(huán)形側(cè)凹較淺勾习，抽芯距較小浓瞪，因此采用斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)，在結(jié)構(gòu)形式上巧婶，將其設(shè)計成斜導(dǎo)柱安裝在定模上乾颁、滑塊安裝在動模上的形式。這種結(jié)構(gòu)形式適合于塑件的外側(cè)抽芯艺栈，開模過程中英岭，通過斜導(dǎo)柱驅(qū)動側(cè)面的滑塊向外運動，從而方便推管將塑件從成型桿上推出湿右。
3.4 模具整體結(jié)構(gòu)及工作過程
該塑料按鈕開關(guān)帽的注塑模具整體結(jié)構(gòu)如圖12所示诅妹。注塑模具的工作過程如下所示。
(1)合模過程毅人。動模與定模進行合模吭狡，在注塑機合模機構(gòu)推動下，通過導(dǎo)柱的導(dǎo)向丈莺，動模向定模方向運動划煮，實現(xiàn)注塑模具的合模并鎖緊。
(2)注塑過程缔俄。塑料原材料在注塑機的料筒內(nèi)被加熱至熔融狀態(tài)弛秋，然后塑料熔體通過注塑機的噴嘴依次進入注塑模具的主流道、分流道俐载、澆口铐懊，最后進入型腔。
(3)保壓和冷卻過程瞎疼。塑料熔體在注塑模具的型腔內(nèi)進行保壓和冷卻科乎，進而獲得相應(yīng)形狀的塑件。
(4)開模過程贼急。在注塑機的開模力作用下茅茂，動模向遠離定模的方向運動捏萍，動模與定模在分型面位置分開一定的距離，在動模運動過程中空闲，主流道里面的塑料凝料將脫離定模并跟隨動模一起運動令杈，同時，在斜導(dǎo)柱的驅(qū)動作用下碴倾，滑塊相對于塑件向外運動逗噩，實現(xiàn)注塑模具的側(cè)向分型與抽芯，注塑機推動推板跌榔，進而推管將塑件從成型桿上推出掉落异雁。
(5)復(fù)位過程。動模與定模再次進行合模僧须，繼續(xù)進行下一個周期的注塑工作過程纲刀。
圖12 注塑模具結(jié)構(gòu)圖
4 結(jié)語
開關(guān)件在機電產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，以某種塑料按鈕開關(guān)帽為對象應(yīng)用Moldflow軟件對其澆口位置和成型過程進行仿真分析担平，并完成了塑件的注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計示绊。主要分析結(jié)果和設(shè)計工作如下所示。
(1)通過澆口位置仿真分析暂论，澆口設(shè)計為側(cè)澆口形式且位于環(huán)狀凸起靠近塑件帽體的邊沿位置處面褐。塑料熔體的成型仿真結(jié)果顯示，塑料熔體充滿型腔的時間為0.6359s取胎，充型時間短且兩型腔的充型一致性好展哭；塑件的體積收縮率小，兩型腔內(nèi)的塑件體積變化均勻扼菠，未出現(xiàn)局部位置體積收縮率較大的缺陷；塑件的氣穴少且位置相對接近帽蓋部分的邊沿坝咐，型腔內(nèi)氣體的排出情況較好循榆；塑件產(chǎn)生的最大翹曲變形量為0.3567mm，變形量在合理變形范圍之內(nèi)墨坚。
(2)注塑模具設(shè)計為一模兩腔的結(jié)構(gòu)形式秧饮，結(jié)合塑件的結(jié)構(gòu)特點，分型面選擇在塑件帽蓋部分與環(huán)形側(cè)凹結(jié)合處的最大截面位置泽篮，型腔設(shè)計成整體式結(jié)構(gòu)盗尸，型芯設(shè)計成組合式結(jié)構(gòu)，并由大型芯帽撑、滑塊和成型桿成型塑件的帽體部分泼各，采用斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機構(gòu)實現(xiàn)塑件環(huán)形側(cè)凹的成型。
參考文獻
[1]胡開元亏拉，李虹波扣蜻，王雷剛.汽車手套箱外蓋注塑模具設(shè)計[J].工程塑料應(yīng)用逆巍，2022，50(3):101?105.
[2]孫令真莽使，葉爍.分體空調(diào)底盤注塑模具設(shè)計[J].中國塑料锐极，2021，35(12):129?136.
[3]陳亞梅.電動車后視鏡連接頭注塑模具設(shè)計[J].合成樹脂及塑料芳肌，2021灵再，38(6):50?54.
[4]周建安.行車記錄儀面殼注塑模具設(shè)計[J].中國塑料，2021亿笤，35(11):133?137.
[5]徐自明.某醫(yī)療器械帶金屬嵌件塑件的注塑模具設(shè)計[J].合成樹脂及塑料翎迁，2021，38(2):62?66.
[6]毛金明责嚷，馬野.廚衛(wèi)處理機殼體注塑模具設(shè)計[J].模具技術(shù)鸳兽，2021(6):13?18.
[7]聶勇軍，劉志軍罕拂，唐振宇.基于CAD/CAM的磁電式振動傳感器注塑模具設(shè)計[J].塑料科技揍异，2021，49(6):84?86.
[8]朱彥爆班，徐喬擎衷掷，莊向斌.基于Moldflow的遙控器殼精密注塑模具設(shè)計[J].塑料科技，2021柿菩，49(3):70?72.
[9]王平洲戚嗅，鐘麗霞，鄭志軍枢舶，等.基于Moldflow和UG的杯托注塑模設(shè)計[J].工程塑料應(yīng)用懦胞，2022，50(7):99?103.
[10]汪政凉泄，馮文躏尉，孫袁星.基于Moldflow的揭蓋式洗發(fā)水瓶蓋注塑模具設(shè)計[J].工程塑料應(yīng)用，2022后众，50(6):105?110.
[11]徐蘭英胀糜，馮思晨，葉幗珊.基于Moldflow的滑動開門鉤注塑模具設(shè)計[J].廣東技術(shù)師范大學(xué)學(xué)報蒂誉，2022(3):8?14.
[12]王巍教藻，張賀，李珍.機載計算機卡鉤注塑模具設(shè)計[J].塑料右锨，2022括堤，51(2):43?46.
[13]吳小飛.掃地機器人底座注塑模具設(shè)計[J].機電信息，2022(4):48?50.
[14]邵良臣，王悅痊臭，張鵬玉哮肚，等.基于Moldflow的汽車控制面板旋鈕開關(guān)注塑模具設(shè)計[J].塑料工業(yè)，2019广匙，47(5):67?71.
[15]耿金萍允趟，郭永環(huán)，顧祎乙鸦致，等.偏心輪支架注塑模具設(shè)計研究[J].裝備制造技術(shù)潮剪，2021(3):131?135.
[16]熊江，易良培.基于UG和Moldflow的散熱板格柵熱流道疊層注塑模具設(shè)計[J].機械工程師分唾，2021(5):102?104.
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