田玉晶1丧肴，2,董浩2,孫曉宇1，2
(1.哈爾濱理工大學(xué)威海研究院捆毫，山東榮成264300;2.哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院闪湾，山東榮成264300)
摘要：分析熱敏打印機(jī)底殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用UG及Moldfow軟件進(jìn)行建模并模擬注塑成型過程绩卤。結(jié)果表明：澆口位置由底部中心改為螺紋裝配孔處能夠有效避免試模時(shí)產(chǎn)生的熔接痕途样，填充效果良好。根據(jù)模流分析結(jié)果得出濒憋，最佳熔體溫度為200℃,最佳模具溫度為80℃,最佳注射時(shí)間為0.1s何暇。冷卻方式采取帶有隔水板的冷卻系統(tǒng)，模擬結(jié)果顯示成型質(zhì)量符合要求凛驮。模具結(jié)構(gòu)采用一模兩腔布局裆站，功能動(dòng)作為一次開模，一次頂出，四向一次抽芯宏胯。
模具結(jié)構(gòu)整體布局合理羽嫡，利用該模具生產(chǎn)的注塑制件表面質(zhì)量及精度均滿足設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：注塑成型肩袍；熱敏打印機(jī)底殼杭棵；Moldflow;UG;模具設(shè)計(jì)
塑料因具有質(zhì)輕、價(jià)格低氛赐、抗化學(xué)腐蝕性好魂爪、絕緣性能優(yōu)良等特點(diǎn)，在機(jī)械加工艰管、電氣設(shè)備滓侍、新能源、航空航天等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[1-3]牲芋。注塑模具作為成型工具撩笆，在制件投入生產(chǎn)中起到至關(guān)重要的作用[4-6]。隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步街图，傳統(tǒng)的模具生產(chǎn)加工技術(shù)已不能滿足市場發(fā)展的需求浇衬，運(yùn)用新工藝和新技術(shù)提高生產(chǎn)率、減少生產(chǎn)成本餐济、避免資源浪費(fèi)是模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路[7-9]耘擂。利用CAD/CAE/CAM技術(shù)能夠預(yù)測塑件成型過程缺陷，改善成型工藝性絮姆，設(shè)計(jì)合理的模具結(jié)構(gòu)醉冤，極大地提高模具生產(chǎn)效率，縮短模具制造時(shí)間[10-12]篙悯。周俊杰等[13]利用Moldflow對塑料排水泵過濾網(wǎng)進(jìn)行注塑成型過程模擬蚁阳，采用正交試驗(yàn)結(jié)合方差分析優(yōu)化成型工藝參數(shù)，使最大翹曲變形量降低10.37%,并通過UG設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)鸽照。黃繼戰(zhàn)等[14]采用UG
NX12.0設(shè)計(jì)一套三板式的四面抽芯單腔模具螺捐，簡化了模具結(jié)構(gòu)。劉青宜等[15]以響應(yīng)面法對電機(jī)外殼成型工藝進(jìn)行優(yōu)化矮燎，降低了制件翹曲變形量定血。王平洲等[16]基于Moldflow及UG注塑模向?qū)K優(yōu)化了杯托產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)，縮短制造周期诞外。王君等[17]通過對抽芯機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)對講機(jī)外殼的四面抽芯及內(nèi)側(cè)抽芯模具機(jī)構(gòu)澜沟。
本文以某熱敏打印機(jī)底殼為研究對象，針對試模后塑件出現(xiàn)的熔接痕問題峡谊，分析產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因茫虽，利用CAE軟件對其注塑過程進(jìn)行工藝分析刊苍，優(yōu)化制定合理工藝方案，并運(yùn)用UG12.0注塑模向?qū)K設(shè)計(jì)合理注塑模具濒析，解決實(shí)際生產(chǎn)中的問題正什。
1.塑件工藝性分析
圖1為熱敏打印機(jī)底殼結(jié)構(gòu)。整體外形為方形殼體悼枢，最大外形尺寸為140mm×114mm×54mm,平均壁厚為2.5mm,最小壁厚為0.4mm,體積為78.6cm³埠忘。制件兩側(cè)面設(shè)計(jì)有平行分布的工藝凹槽，右側(cè)面有散熱孔馒索，后面設(shè)計(jì)裝配孔，成型較復(fù)雜名船，需要設(shè)計(jì)合理的四向側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)绰上。制件材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS),該材料耐磨性能好、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異渠驼。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求蜈块，所選注射壓力機(jī)型號(hào)為XS-ZY250/180型塑料注塑成型機(jī)，注射量為250cm³,鎖模力1800kN迷扇。
圖2為塑件內(nèi)表面和熔接痕位置百揭。為保證制品整體裝配及美觀性，初期澆口位置設(shè)計(jì)在底部凹槽中心處蜓席，澆口留痕后期以商標(biāo)遮蓋器一。經(jīng)實(shí)際試模發(fā)現(xiàn)在后側(cè)中心處產(chǎn)生熔接痕，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格厨内，如圖2b所示祈秕。原因可能是制件后面多為空洞及流速不連貫區(qū)域，兩股熔體在后面中心部位匯合時(shí)前沿溫度下降較快產(chǎn)生應(yīng)力雏胃，導(dǎo)致物料不能完全融合请毛。為解決熱敏打印機(jī)底殼質(zhì)量缺陷，優(yōu)化加工工藝瞭亮，利用Moldflow模擬軟件對塑件進(jìn)行CAE分析方仿。
2.塑件CAE分析
2.1網(wǎng)格劃分
利用UGNX12.0軟件進(jìn)行三維建模，在模型導(dǎo)入Moldflow軟件分析之前需要通過Caddoctor軟件對制件結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化處理[18-20]统翩。熱敏打印機(jī)底殼屬于薄壁零件仙蚜，為保證網(wǎng)格質(zhì)量及分析精度選用雙層面網(wǎng)格，取全局邊長為1mm唆缴。圖3為網(wǎng)格劃分后的模型鳍征，網(wǎng)格數(shù)量為239292,最大縱橫比為19.17,最小縱橫比為1.16,平均縱橫比2.06,網(wǎng)格匹配率為86.1%。該模型可以通過模流仿真得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果面徽。
2.2澆口位置分析
澆口位置的正確選擇使填充過程更加均勻艳丛，避免產(chǎn)生空洞匣掸、填充不均、熔接痕等缺陷氮双，保證塑件的質(zhì)量[21-23]碰酝。圖4為澆口位置。從圖4a可以看出戴差，澆口匹配性模擬結(jié)果顯示送爸，紅色區(qū)域澆口匹配性最差，藍(lán)色區(qū)域?yàn)樽顑?yōu)澆口區(qū)域暖释。從圖4c袭厂、4d可以看出，優(yōu)化后采取點(diǎn)澆口球匕，設(shè)置在底面螺紋裝配孔處纹磺。該制件屬于小型件，底殼與打印機(jī)身裝配由其他3個(gè)螺紋孔配合亮曹，不影響整體裝配性橄杨。該澆口位置在避免澆口痕跡、保證制件表面質(zhì)量的同時(shí)照卦，澆口匹配性較好式矫。
通過Moldflow驗(yàn)證該澆口位置合理性，圖5為可成型性分析役耕。從圖5可以看出采转，熔接痕只少量分布于兩側(cè)面平行凹槽且填充效果好，澆口位置選擇合理蹄葱。
圖6為成型效果圖氏义。從圖6a可以看出，填充時(shí)間為1.15s,填充區(qū)域分布均勻图云。從圖6b可以看出惯悠，流動(dòng)前沿溫度的溫差約為6.4℃,符合設(shè)計(jì)原則[24]。從圖6c和6d分析得出竣况，制件成型均勻克婶，收縮量小，成型質(zhì)量優(yōu)異丹泉。
2.3冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)塑件在型腔內(nèi)部的分布情萤，構(gòu)建合理的冷卻水道能夠提高系統(tǒng)總換熱率，確保塑件成型質(zhì)量摹恨，提高生產(chǎn)效率[25-27]筋岛。熱敏打印機(jī)底殼為盒形件，普通冷卻水道一般為直通式X型晒哄、Y型或者環(huán)形排布睁宰，無法對該制件進(jìn)行充分冷卻肪获，圖7為兩種不同排布形式的冷卻水道方案。從圖7a可以看出柒傻，隔水板系統(tǒng)能夠使冷卻液在冷卻水道彎道處形成湍流孝赫，增強(qiáng)冷卻效果。從圖7b可以看出红符，隨形冷卻方式水管道利用3D打印成型青柄，能夠更好地貼近制件表面進(jìn)行冷卻。對兩種方案進(jìn)行填充+保壓+翹曲分析序列模擬预侯，得出最優(yōu)冷卻方案致开。
3.塑件成型參數(shù)分析
3.1最佳工藝參數(shù)
為比較兩種冷卻方式對成型質(zhì)量的影響，依據(jù)成型窗口分析制定最優(yōu)注塑工藝參數(shù)[28-29]萎馅。圖8為基于Moldflow軟件分析所得的最優(yōu)注塑參數(shù)喇喉。根據(jù)圖8結(jié)果，結(jié)合ABS材料注塑工藝參數(shù)范圍校坑，最優(yōu)工藝參數(shù)為熔體溫度200℃、注射時(shí)間0.1s千诬、模具溫度80℃耍目。
3.2 冷卻系統(tǒng)分析
采取控制變量法，將優(yōu)化后工藝參數(shù)導(dǎo)入模擬軟件徐绑，通過對比回路冷卻液溫度邪驮、平均溫度以及翹曲程度確定模具的冷卻系統(tǒng)方案。圖9～圖11分別為冷卻液溫度傲茄、平均溫度和翹曲變形效應(yīng)云圖毅访。從圖9～11可以看出，隨形冷卻方式的冷卻液溫度及零件平均溫度分別低于隔水板冷卻0.12℃和5.4℃,零件翹曲程度高于隔水板系統(tǒng)0.1595mm盘榨。兩種冷卻方案對該制件的冷卻效果差異不大喻粹，因隨形冷卻需要3D打印技術(shù)支持，其加工成本以及加工時(shí)間遠(yuǎn)高于隔水板冷卻草巡，結(jié)合實(shí)際選用隔水板冷卻方案守呜。
3.3 成型質(zhì)量分析
圖12為隔水板冷卻系統(tǒng)水管道排布及制件成型質(zhì)量結(jié)果。針對制件結(jié)構(gòu)及型芯的分布山憨，外側(cè)為環(huán)形冷卻水路查乒，內(nèi)側(cè)為隔水板冷卻水路，水路直徑8mm郁竟。從圖8可以看出玛迄，冷卻液出入口溫度變化為3.75℃,回路管壁溫差為6.96℃,制件溫度均勻，翹曲量小棚亩，冷卻液流動(dòng)狀態(tài)為層流蓖议，冷卻效率高虏杰，冷卻水路設(shè)計(jì)合理。
4.基于UG的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1主要零部件設(shè)計(jì)
為提高生產(chǎn)效率拒担，降低生產(chǎn)成本嘹屯，模具設(shè)計(jì)為一模兩 腔，圖13為主要零部件設(shè)計(jì)从撼。
從圖13a可以看出州弟，型芯型腔分模位置處于制件最大截面處，模仁采用虎口精定位低零，整體嵌入結(jié)構(gòu)婆翔。從圖13b可以看出，側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)利用斜導(dǎo)柱加斜滑塊四向側(cè)向分型掏婶，斜導(dǎo)柱傾斜角75°,抽芯距為16mm啃奴。從圖13c可以看出，分模后制件通過12根圓推桿推出雄妥，推出過程平穩(wěn)最蕾。從圖13d可以看出，模具分型定距系統(tǒng)采取定距扣機(jī)機(jī)構(gòu)老厌，能保證首次分型距離瘟则，使模具順利分型。
4.2模具工作原理
基于CAE分析結(jié)果枝秤，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求醋拧，圖14為模具結(jié)構(gòu)及三維裝配圖。
注：1-動(dòng)模座板淀弹；2,18,28,30-內(nèi)六角螺釘丹壕；3-推板；4-推板導(dǎo)套薇溃；5-推桿固定板菌赖；
6-墊塊；7-推板導(dǎo)套痊焊；8-動(dòng)模墊板盏袄；9-動(dòng)模套板；10-入/出水閥門薄啥；11-壓塊辕羽；
12-滑塊；13-楔緊塊垄惧；14-斜導(dǎo)柱刁愿；15-定模套板；16-脫膠板到逊；17-定模座板铣口；
19-導(dǎo)柱滤钱；20-導(dǎo)套；21-型腔鑲塊脑题；22-型芯鑲塊件缸；23-隔水板；24-止水塞叔遂；
25-圓頭螺釘他炊；26-復(fù)位桿；27-推桿已艰；29-銷釘痊末；31-定位銷；
32-定距扣機(jī)哩掺；33-彈簧凿叠。
模具的工作過程如下：開模時(shí)，定模套板15與動(dòng)模套板9在定距扣機(jī)32的作用下向開模方向運(yùn)動(dòng)嚼吞，脫膠板16與定模套板15分離盒件，凝料被一起從主流道中拉出。隨著開模運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)舱禽，當(dāng)達(dá)到定距扣機(jī)32的固定距離后扣機(jī)兩部分分離履恩，第一次分型結(jié)束，定模套板15與脫膠板16分型呢蔫，凝料與制件分離并脫落。接著動(dòng)模部分繼續(xù)開模運(yùn)動(dòng)飒筑，定模套板15停止運(yùn)動(dòng)片吊，定模套板15與動(dòng)模套板9分型。壓塊11將滑塊12與動(dòng)模套板9連接协屡，使滑塊12可沿垂直于開模方向運(yùn)動(dòng)俏脊。在分型過程中，動(dòng)模套板滑塊12在彈簧33及斜導(dǎo)柱14的作用下跟隨動(dòng)模部分一起向開模方向運(yùn)動(dòng)肤晓。
開模工作完成后爷贫，推出機(jī)構(gòu)推動(dòng)推板3以及推桿27沿著推板導(dǎo)套7向合模方向運(yùn)動(dòng)，將制件從模具中推出补憾。
制件推出后漫萄，在拉桿作用下動(dòng)模部分向合模方向運(yùn)動(dòng)，復(fù)位桿26先觸碰到定模套板15停止運(yùn)動(dòng)盈匾，帶動(dòng)推出系統(tǒng)各零件復(fù)位腾务。當(dāng)定模套板15與動(dòng)模套板9接觸后，定距扣機(jī)32兩部分自動(dòng)復(fù)位削饵，動(dòng)模部分與定模套板15繼續(xù)運(yùn)動(dòng)岩瘦，直至定模套板15與脫膠板16接觸后完成合模工作未巫。
注塑模具各零部件利用傳統(tǒng)加工方法成型[30]。圖15為利用模具實(shí)際加工的產(chǎn)品启昧。從圖15可以看出叙凡，塑件熔接痕問題得到解決，整體結(jié)構(gòu)密末、質(zhì)量及精度均滿足設(shè)計(jì)要求握爷。
5.結(jié)論
利用Moldflow對熱敏打印機(jī)底殼進(jìn)行模擬仿真分析，綜合制件結(jié)構(gòu)及澆口匹配性苏遥，將澆口位置由底部凹槽中心部位改為裝配工藝孔處饼拍，解決了實(shí)際試模出現(xiàn)的熔接痕問題。模具冷卻方式為帶隔水板的冷卻系統(tǒng)田炭。質(zhì)量分析結(jié)果顯示师抄，最佳熔體溫度為200℃,模具溫度為80℃,注射時(shí)間為0.1s〗塘颍基于UG注塑模向?qū)K設(shè)計(jì)注塑模整體結(jié)構(gòu)叨吮，確定模具結(jié)構(gòu)為一模兩腔，兩次分型瞬矩，四向抽芯茶鉴，制件由12根推桿推出，模具整體結(jié)構(gòu)布局合理景用。利用CAD/CAE輔助技術(shù)設(shè)計(jì)模具能夠提高一次性試模成功率涵叮，有效縮短模具設(shè)計(jì)周期，提高企業(yè)核心競爭力伞插。塑件精度及表面質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)及使用要求割粮。
參考文獻(xiàn)
[1]劉朝艷.2022—2023年世界塑料工業(yè)進(jìn)展(II): 工程塑料和特種工程 塑料[J]. 塑料工業(yè)，2024,52(4):1-26.
[2]林朗媚污，工程塑料在電氣設(shè)備方面的應(yīng)用[J]. 塑料工業(yè)舀瓢，2024,52(2):187.
[3]席曉暉.工程塑料的研究綜述[J].山東化工，2024,53(3):84-86.
[4]劉世革耗美，袁長勇.注塑模具制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢研究[J]. 內(nèi)燃機(jī)與配件京髓，2019(15):200-201.
[5]任天娟 .基于CAD/CAE/CAM 一體化技術(shù)的注塑模具設(shè)計(jì)制造研究 [D]. 陜西：長安大學(xué)，2017.
[6]楊磊.模具工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及注塑模具新工藝和新技術(shù)[J]. 南方農(nóng)機(jī)商架， 2021,52(14):135-137,143.
[7]張鐵.基于整體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化的注塑模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)[D]. 武漢：華中 科技大學(xué)堰怨，2022.
[8]趙春元 .基于Moldflow 的煙絲水分儀注塑模具澆口位置優(yōu)化分析 [J].塑料科技，2021,49(4):75-78.
[9]王謙蛇摸，陳曉勇. 國內(nèi)注塑模具設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀的可視化分析[J].工程塑 料應(yīng)用诚些，2019,47(5):159-164.
[10]龔世海.注塑模具先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢綜述[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝 備，2019(9):208-209.
[11]郭曉鑫.注塑模CAD/CAE/CAM 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造技 術(shù)與裝備，2020(6):161-162.
[12]張曉光诬烹，程志超砸烦，孟梟，等.無人機(jī)滅火彈飾蓋模流分析及注塑模具設(shè) 計(jì)[J]. 塑料科技绞吁，2024,52(4):121-126.
[13]周俊杰幢痘，陳秋凡，馮文家破，等.基于Moldflow 的排水泵過濾網(wǎng)注塑工藝優(yōu) 化與模具設(shè)計(jì)[J]. 工程塑料應(yīng)用颜说，2024,52(1):109-115.
[14]黃繼戰(zhàn)，范玉汰聋，肖根先.溫控器面殼注塑模具設(shè)計(jì)[J].工程塑料應(yīng)用门粪， 2023,51(10):118-124.
[15]劉青宜，郭譚娜烹困，王寧.基于Moldflow 電機(jī)外殼注塑成型質(zhì)量分析[J]. 塑料科技玄妈，2023,51(11):80-84.
[16]王平洲，鐘麗霞髓梅，鄭志軍拟蜻，等.基于Moldflow 和 UG 的杯托注塑模設(shè)計(jì) [J]. 工程塑料應(yīng)用，2022,50(7):99-103.
[17]王君枯饿，司成俊.基于四面?zhèn)认虺樾緳C(jī)構(gòu)和內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的對講機(jī)外殼 注塑模具設(shè)計(jì)[J].塑料科技酝锅，2024,52(2):116-118.
[18]葉立清.基于UG/MFI 的 LED 燈內(nèi)殼注塑模具設(shè)計(jì)[J]. 塑料科技， 2020,48(11):98-102.
[19]楊雙華.轎車霧燈座注塑工藝CAE 與成對模具設(shè)計(jì)[J]. 塑料工業(yè)奢方， 2018,46(3):61-66.
[20]周紀(jì)委搔扁，王明偉，張文超蟋字，等.基于灰色關(guān)聯(lián)分析的汽車霧燈燈罩注塑 成型工藝優(yōu)化[J]. 塑料科技阁谆，2022,50(12):74-79.
[21]郭旭，邢飛愉老，王慧儒，等.基于Moldflow 的分離罐澆口位置方案分析[J]. 塑料科技剖效，2023,51(12):70-75.
[22]朱紅萍嫉入，王星星.基于田口實(shí)驗(yàn)的水盒蓋注塑工藝參數(shù)優(yōu)化與模具設(shè) 計(jì)[J]. 塑料科技，2022,50(12):80-84.
[23]李波璧尸，林榮川咒林，王云超，等.電視USB 支架的模流分析及模具設(shè)計(jì)[J].機(jī) 械設(shè)計(jì)與制造爷光，2021(5):176-179.
[24]黃華輝垫竞，戚春曉，王燦宇，等.基于Moldflow 的投影儀上蓋倒裝熱流道 注塑模設(shè)計(jì)[J]. 輕工科技欢瞪，2024,40(3):183-186.
[25]丁同梅活烙，周正武.基于CAD/CAE 的筆記本底座注塑模具設(shè)計(jì)[J].塑料 科技，2019,47(4):82-87.
[26]梅益遣鼓，那天燦啸盏，王莉莉，等.基于UG 和Moldow 的電器殼蓋注塑模優(yōu)化 設(shè)計(jì)[J]. 塑料科技骑祟，2019,47(11):122-127.
[27]黃清民回懦，周玉輝.淋浴器花灑夾座注塑件澆注系統(tǒng)的CAE 分析[J].塑 料，2021,50(4):76-80.
[28]孫世臣次企，韓旭怯晕，胡辰，等.帆船繩鉤注塑模具設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化[J].工程塑 料應(yīng)用缸棵，2020,48(6):83-87.
[29]趙美云舟茶，基于CAE 技術(shù)的電器面殼零件注塑成型工藝研究[D]. 合肥： 合肥工業(yè)大學(xué)，2022.
[30]張榮清蛉谜，模具制造工藝[M].北京：高等教育出版社稚晚，2016.
玻纖含量對長玻纖...
鈣鈦礦薄膜的均勻...
用于光伏板靜電除...
聚砜醫(yī)療干粉吸入...
