基于CAE的一模异穴浇注系统的注塑流动平衡优化设计.pdf
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1、第 卷第 期 年 月塑料工业 基于 的一模异穴浇注系统的注塑流动平衡优化设计董庆运 陈光军 季 宁 刘民杰(.天津职业技术师范大学工程实训中心 天津 .天津职业技术师范大学机械工程学院 天津.天津仁爱学院机械工程学院 天津)摘要:浇注系统的流动平衡设计是一模异穴注塑模具设计的重点和难点 其设计多依据工程人员经验 易造成模具整体设计效率的低下 本文以某型充电宝(外观自主开发)塑料外壳为例 设计了充电宝塑料外壳组成的一模异穴布局的浇注系统基于 分析技术 从浇注系统的充填时间、/切换点压力、注射位置处压力三个关键评价指标对初始浇注系统设计方案进行分析 以浇注系统中的各级流道的截面尺寸作为优化设计目标
2、 基于 软件中的流道平衡分析技术对各级流道的尺寸进行迭代优化计算 优化后的浇注系统有效改善了熔体的充填不平衡 优化结果表明:一模异穴型腔充填的时间不平衡率 压力不平衡值为 满足充填时间的不平衡率低于 压力不平衡值小于 的要求 通过实际的注塑生产验证 获得的注塑产品质量合格 可为一模异穴结构的模具浇注系统设计提供借鉴关键词:组合型腔 一模异穴 迭代计算 流动平衡 中图分类号:文献标识码:文章编号:():/开放科学(资源服务)标识码():(.):.().:/.:为提高注塑生产的效率 降低企业成本 对于中小型的塑料制品 模具经常采用一模多腔的结构 塑件要得到较好的质量 熔体通过浇注系统充满各个型腔的
3、时间应一致 否则塑件会产生较为严重的质量问题 如飞边、欠注、气穴以及密度不均等 浇注系统的设计是模具设计的首要问题 对于一模多腔的模具要对其浇注系统进行流动平衡设计 对于一模同穴 可以采用自然平衡的流道系统设计 对于一模异天津市自然科学基金重点项目()通信作者:季宁 男 年生 副教授 研究方向为/一体化 作者简介:董庆运 男 年生 讲师 主要研究方向为数控加工技术 塑 料 工 业 年 穴 浇注系统设计相对复杂 在一模异穴注塑模具的设计中 型腔体积的不同会影响注塑流动平衡 当型腔体积不同时 注塑过程中的流动状态会发生变化主要表现为以下几个方面:当型腔体积不同时 注塑机的充模速度会有所不同 较小的
4、型腔会导致充模速度变慢 而较大的型腔则会导致充模速度变快 这将影响成型过程中熔体的流动状态 可能导致制品的某些部位充填不足或过度充填 型腔体积不同也会影响注塑过程中熔体的流量分布 较小的型腔可能导致某些部位的流量过大 而较大的型腔则可能导致某些部位的流量过小 这将影响制品的成型质量 可能导致制品出现缺陷或翘曲变形等问题 为了保证注塑过程中的流动平衡 需要对浇口位置、流道截面积、浇口形式设计等进行合理的设计 在实际模具设计中 对于异型腔的浇注系统设计 设计者往往根据过往经验 待模具制造完成后需要反复试模并根据试模结果不断的对浇注系统尺寸进行修整 这大大延长了模具制造周期 增加了企业投入成本针对
5、上 述 问 题 本 文 利 用 模 流 分 析 软 件 设计了某型充电宝(外观自主开发)外壳注塑模具浇注系统的初始方案 并以浇注系统的充填时间、/切换点压力、注射位置处压力三个关键评价指标对初始浇注系统设计方案的合理性进行分析 基于 软件中的流道平衡分析技术对各级流道的尺寸进行迭代优化计算 在此基础上完成了模具的结构设计 模具制造完成后 经实际注塑生产 得到的塑件满足质量要求 可为其他注塑产品一模异穴结构的模具设计提供方法借鉴 塑件成型工艺分析 外壳结构分析图、图 为充电宝外壳制品 采用丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物()高分子结构材料 由上盖和底壳构成 通过上盖中卡环和底壳中的卡扣进行扣合 其中上盖
6、的外形尺寸、体积和表面积分别为为:、底壳的外形尺寸、体积和表面积分别为:、上盖边缘分布有 个卡环 底壳边缘分布有 个卡扣 制品平均壁厚 且厚度均匀、适中为提高注塑生产效率并结合现场注塑机的性能考虑设计一模两腔的注塑模具 从充电宝上盖和底壳的结构分析可以看出 两者体积和表面积差别较大成型上盖和底壳的型腔体积必然不同 为保证塑件成型质量 模具浇注系统的平衡设计是该模具设计的重点和难点图 充电宝上盖结构 图 充电宝底壳结构 材料属性图 材料流变属性 图 材料 属性 充电宝上、下盖选用材料为 公司第 卷第 期董庆运 等:基于 的一模异穴浇注系统的注塑流动平衡优化设计牌号为 的丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(
7、)塑料 特点是强度高、韧性好、易于热塑加工成型 材料的流变属性如图 所示 对应的 属性如图 所示 基于 的外壳塑件模流分析 塑件网格划分利用 软件完成充电宝上盖和底壳的模型创建 完成后导出文件格式为.并保存 将文件在 中打开并对上盖和底壳进行网格划分 因上、下盖属于厚度均匀的制品 采用双层面网格 将网格三角形全局边长设为 经过划分后并对网格进行相应处理(插入节点、合并节点等)后的上盖网格平均纵横比为 网格匹配率为 底壳网格平均纵横比为 网格匹配率为 符合 分析所要求的网格质量标准 上盖和底壳网格划分结果如图 所示上盖底壳图 上盖和底壳网格划分结果 浇注系统设计根据充电宝外壳零件的结构特点 同时
8、为防止上盖和底壳表面留有浇注痕迹影响产品外观 浇口形式采用潜伏式浇口 浇注系统初步设计方案如图 所示 冷主流道及各级分流道和潜伏式浇口具体尺寸见表 冷主流道 冷一级分流道 冷二级分流道 冷浇口图 浇注系统设计方案 表 初始设计的浇注系统各段尺寸 序号名称具体尺寸冷主流道(圆锥体)长度 大端直径 小端直径 冷一级分流道(圆柱形)长度 直径 冷二级分流道(圆柱形)长度 直径 数量 个冷浇口(圆锥体)与分型面夹角 小端直径 大端直径 数量 个 浇注系统平衡性初步分析浇注系统创建完成后 将分析序列设置为充填参照 材料推荐的注塑工艺参数将模具表面温度设置为、熔体温度设置为、速度/压力切换为由充填体积达
9、时 考虑后续须注塑生产验证 因此注塑机参数依照海天 性能参数进行设定 其他参数选默认值 从充填时间、速度/压力(/)切换点压力、注射位置处压力等三个方面对初始浇注系统设计方案的合理性进行分析 充填时间充填时间结果显示了塑料熔体填充型腔时流动前沿在常规间隔时所处的位置 充电宝上盖和底壳的充填时间如图 所示 上盖最后充填时间为 底壳最后充填时间为 熔体在上盖和底壳的型腔中充填时间差为 时间不平衡率为 /达到 流动不平衡充填中间时刻 充填中间时刻 塑 料 工 业 年 完成充填时刻 充填区域分析结果图 充填时间及充填区域分析结果 一模异腔的充填时间不平衡率应控制在 以内 否则可能导致制品的某些部位充填
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