汽車CD面板熱流道模具設(shè)計*

范玉，范佳琦，黃繼戰(zhàn)

(1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 221116； 2.江蘇建筑節(jié)能與建造技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇徐州 221116；3.北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081)

汽車CD面板熱流道模具設(shè)計*

范玉1，2，范佳琦3，黃繼戰(zhàn)1

(1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 221116； 2.江蘇建筑節(jié)能與建造技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇徐州 221116；3.北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081)

分析了汽車CD面板塑件的成型工藝，應(yīng)用Moldflow軟件對熔體填充時間、注塑壓力、熔體前沿溫度、模具溫度等進(jìn)行了分析，根據(jù)模擬分析結(jié)果，確定了塑件的最佳澆口位置及合理的成型工藝參數(shù)，設(shè)計了汽車CD面板的熱流道注塑模具，確定了合理的選材和熱處理。結(jié)果表明，該模具設(shè)計合理，成型的塑件尺寸精度高，表面無飛邊、熔接痕、氣穴等質(zhì)量缺陷，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

注塑模具；汽車CD面板；Moldflow；熱流道

傳統(tǒng)的注塑模設(shè)計一般根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行，然而塑件注射成型是一個復(fù)雜的過程，依靠經(jīng)驗設(shè)計模具，制造出來后還需要不斷試模、修模，才能保證塑件質(zhì)量，這就大大降低了生產(chǎn)效率，并增加了生產(chǎn)成本。Moldflow是一款功能強(qiáng)大的模流分析軟件，能有效分析塑料熔體的填充時間、注塑壓力、熔體前沿溫度、氣穴及熔接痕位置等，并可根據(jù)模流分析結(jié)果優(yōu)化成型工藝參數(shù)，從而大大提高模具設(shè)計的效率和質(zhì)量。

1　汽車CD面板工藝性分析

圖1所示塑件為汽車CD面板，材料為丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)，總質(zhì)量為35 g，長寬尺寸為116 mm×100 mm，平均壁厚2.0 mm，最大壁厚2.3 mm，表面不能出現(xiàn)飛邊、銀絲、缺料、熔接痕、變形等缺陷。塑件一側(cè)帶有腰型孔，可采用滑塊進(jìn)行抽芯脫模，左右兩側(cè)的卡勾則采用斜滑塊成型、推桿抽芯機(jī)構(gòu)脫模，設(shè)置塑件脫模斜度為1°。ABS的收縮率為0.4%～0.7%，收縮率取中間值0.5%。ABS的成型性好，具有較好的力學(xué)強(qiáng)度和良好的耐熱性，主要用于汽車內(nèi)飾件、空調(diào)外板、電視外殼及手機(jī)等通信器材的外殼上。

圖1　汽車CD面板

塑件的質(zhì)量和體積均可采用UG軟件中的3D測量功能測得，該塑件的體積為34.5 cm3，質(zhì)量為38 g，投影面積為489.13 cm2。

2　模流分析

對塑件進(jìn)行模流分析，是模擬塑件在成型中所有可能發(fā)生的缺陷，從而減少試模次數(shù)，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。對汽車CD面板進(jìn)行最佳澆口位置分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2　汽車CD面板的最佳澆口位置分析結(jié)果

2．2“成型窗口”分析

分析“成型窗口”的作用是為了確定汽車CD面板在實際生產(chǎn)中能達(dá)到合格產(chǎn)品的成型工藝條件范圍。通過“成型窗口”分析得出推薦的最佳成型工藝參數(shù)如下：模具溫度63.33℃，熔體溫度277.92℃，注射時間0.89 s。

3　熱流道模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

3．1熱流道板的設(shè)計

熱流道板是熱流道系統(tǒng)中的核心部件，熔融塑料進(jìn)入主流道后通過分流板傳送至噴嘴。模具采用一模兩腔的結(jié)構(gòu)，熱流道板設(shè)計如圖3所示。

圖3　熱流道板結(jié)構(gòu)

3．2熱流道板的熱膨脹補(bǔ)償計算

微帶線之間的耦合特性通常會影響濾波器的通帶帶寬。因此,可以通過改變微帶線之間的間隙的寬度,控制所提出的濾波器的通帶帶寬。

由于注塑模具的裝配是在常溫下進(jìn)行的，但在實際生產(chǎn)中，熔融塑料通過注塑機(jī)射入型腔內(nèi)時，會產(chǎn)生高溫，熱流道系統(tǒng)會有熱膨脹，由于熱流道系統(tǒng)也是隨模具一同裝配、安裝在模具的定模內(nèi)，所以需要對熱流道系統(tǒng)的主要部分，如噴嘴、熱流道板的橫向和軸線方向的熱膨脹進(jìn)行熱補(bǔ)償計算。

(1)熱流道板的橫向熱膨脹補(bǔ)償計算。

由于在實際的生產(chǎn)過程中，需對熱流道板進(jìn)行加熱，所以熱流板的溫度與模具型腔溫度不一致，并且溫度相差較大，為了使充模得到優(yōu)化，需要對熱流道板的熱補(bǔ)償進(jìn)行考慮。在室溫下安裝時，熱流道噴嘴軸線至模具軸線的距離應(yīng)大于熱流道板流道出口軸線至模具軸線的距離。

圖4所示為熱流道板的橫向熱伸長。為了保證熱噴嘴軸線與熱流道出口軸線位置重合，應(yīng)保證熱噴嘴與工作中的熱流道板之間的平面得到相對滑移。

圖4　熱流道板的橫向熱伸長

熱流道板的出口軸線與模具軸線之間的長度在常溫下為Lp，熱噴嘴軸線與模具軸線之間的長度在室溫下為Li，熱流道板出口軸線至模具軸線在工作溫度下的長度為Lg。Lg與Lp和Li間存在式(1)、式(2)關(guān)系。

式中：α1，α2——熱膨脹系數(shù)；

Tf——定模板工作溫度；

Tt——室溫；

Tm——熱流道板工作溫度。

Li＝44.13 mm；熱流道板由Cr12材料制成，其α1＝1.15×10–5／℃；模具定模板由P20材料制成，其α2＝1.28×10–5／℃；Tm=325℃；Tf=125℃。在實際生產(chǎn)中，經(jīng)過高溫，熱噴嘴的軸線應(yīng)與熱流道板出口軸線重合，將以上數(shù)據(jù)代入式(1)、式(2)，通過式(3)計算得出熱流道板上流道出口軸線至模具軸線在室溫下的長度Lp。

將計算結(jié)果代入式(2)，計算得出Lg=44.18 mm。

(2)熱流道板的軸線方向熱膨脹補(bǔ)償計算。

計算熱流道板軸線方向的熱膨脹補(bǔ)償，是為了保證熱流道板在熱流道模具中的正確安裝，在裝配溫度下，模具定模固定板與承壓板應(yīng)有合理的間隙。

根據(jù)圖4可知，熱流道系統(tǒng)噴嘴座高L1=3.44 mm，熱流道板的高度L2=40 mm，承壓板的高度L3=10 mm。

①模具固定板上的許用應(yīng)力值。

實際生產(chǎn)中，由于模具溫度高，熱流道板系統(tǒng)的軸線受熱后的熱膨脹在模具固定板上的熱應(yīng)力為：

σ=αE⊿T=αE(Tf–Tm)=1.28×10–5×2.1×105×(325–125)=537.6 MPa

式中：α為模具固定板的熱膨脹系數(shù)，其材料為P20，α=1.28×10–5／℃；E為零件的彈性模量，取2.1×105MPa。

P20材料的屈服應(yīng)力σy=800 MPa，許用應(yīng)力[σ]p的安全系數(shù)n取2，得：[σ]p=σy／n=400 MPa＜σ=537.6 MPa。

②計算熱流道板軸線方向預(yù)留的間隙δ。

計算熱流道板軸線方向預(yù)留的間隙δ，需知道熱流道板軸線方向的總長L0，及其受熱膨脹以后的膨脹伸長量⊿L0

L0=L1+L2+L3=53.44 mm

預(yù)留間隙的計算，在工作時，熱流道板受熱膨脹后在軸線方向L0的熱膨脹量為：

為了保證[σ]p＜σ，在安裝熱流道板時，應(yīng)預(yù)留合理的間隙δ在噴嘴的軸線方向。

為了保證模具在使用過程中有一定的彈性應(yīng)力，δ應(yīng)小于0.139 mm。

3．3模具型芯、型腔的設(shè)計

選擇XS–ZY–800型臥式注塑機(jī)，采用標(biāo)準(zhǔn)龍記模架，型號為CI–3540–A90–B90–C100。

該套模具由于型芯、型腔較為復(fù)雜，為了降低成本，所以采用整體嵌入式模具設(shè)計，模具材料為6Ni7Ti2Cr馬氏體時效鋼。型芯、型腔設(shè)計如圖5、圖6所示。

圖5　型芯

圖6　型腔

4　汽車CD面板的熱流道模具三維圖、工程圖

通過上述分析與計算，最后完成了整套模具的設(shè)計，繪制出了汽車CD面板的熱流道模具三維裝配圖及其二維裝配圖，三維裝配圖如圖7所示，定模部分如圖8所示，動模部分如圖9所示，二維裝配圖如圖10所示。

圖7　汽車CD面板的熱流道模具三維裝配圖

圖8　汽車CD面板的熱流道模具定模部分

圖9　汽車CD面板的熱流道模具動模部分

圖10　汽車CD面板的熱流道模具二維裝配圖

5　結(jié)語

通過對汽車CD面板進(jìn)行成型工藝分析，應(yīng)用Moldflow 軟件獲得了多目標(biāo)條件下的最優(yōu)工藝參數(shù)組合，設(shè)計了汽車CD面板的熱流道注塑模具。實踐證明，用該模具生產(chǎn)的制品體積收縮小，翹曲變形小，表面光潔，無熔接痕，完全滿足了客戶的要求；從而證實了Moldflow 軟件在成型工藝分析、模具設(shè)計與生產(chǎn)中的實用性，并對減少試模次數(shù)、縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率等方面有很好的指導(dǎo)意義。

[1]吳夢陵，張瓏．塑料成型CAE——Moldflow應(yīng)用基礎(chǔ)[M]．北京:電子工業(yè)出版社，2010．Wu Mengling，Zhang Long. Plastic molding CAE——Moldflow application infrastructure[M]. Beijing:Electronic Industry Press，2010．

[2]范玉，鐘興，范佳琦.汽車音響塑料件模具設(shè)計及成型工藝優(yōu)化設(shè)計[J]．工程塑料應(yīng)用2015，43(12):76–80．Fan Yu，Zhong Xing，F(xiàn)an Jiaqi. Automobile audio plastics mold design and molding optimization[J]. Engineering Plastics Application，2015，43(12):76–80．

[3]余小魯，曹志敏．基于Moldflow的手機(jī)外殼注塑成型分析[J]．塑料工業(yè)，2010，38(S1):89–92．Yu Xiaolu，Cao Zhimin. Based on Moldflow analysis of injection molding phone shell[J]. China Plastics Industry，2010，38(S1):89–92．

[4]王靜．基于CAE分析的塑料框架注塑模設(shè)計[J]．塑料科技，2010，38(8):68–71．Wang Jing. Injection molded plastic frame design based on CAE analysis[J]. Plastics Technology，2010，38(8):68–71．

[5]崔偉清，王勝凱，任雯．基于Moldflow的打印機(jī)上蓋注塑模具優(yōu)化設(shè)計[J]．塑料，2012，41(6):84–86．Cui Weiqing，Wang Shengkai，Ren Wen. Cover injection mold based on Moldflow printer optimized design[J]. Plastics，2012，41(6):84–86．

[6]范玉，孫智.塑料蓋板熱流道注塑模具設(shè)計[J]．塑料科技，2015，43(9):60–63. Fan Yu，Sun Zhi. Design of injection mold for hot runner of plastic cover[J]. Plastics Technology，2015，43(9):60–63.

[7]周建安.液晶電視前殼高光模具設(shè)計[J]．中國塑料，2013，27 (12):103–108 . Zhou Jianan. Shell mold design and high-gloss front LCD TV[J]. China Plastics，2013，27(12):103–108.

[8]范玉，范佳琦，黃繼戰(zhàn).汽車CD面板成型工藝優(yōu)化設(shè)計[J]．中國塑料2016，30(6):102–107. Fan Yu，F(xiàn)an Jiaqi，Huang Jizhan. Optimization design of molding process for automobile CD panels[J]. China Plastics，2016，30(6):102–107.

生物工程塑料被用于汽車儀表盤外罩

法國汽車制造商雷諾公司已經(jīng)開始使用生物工程塑料制造Clio汽車儀表盤上的外罩。雷諾于2012年推出了第四代超級迷你Clio，其該材料由日本化學(xué)公司三菱化學(xué)(MCC)提供。MCC提供的樹脂是一種由異山梨醇加工而成的生物工程塑料，據(jù)稱該塑料比傳統(tǒng)工程塑料更加耐沖擊、耐高溫。

其他好處還包括易著色，能夠與一些簡單的顏料混合創(chuàng)造出表面光滑、高反射度、高硬度、抗劃傷的性能。

雷諾進(jìn)行仔細(xì)評估之后，發(fā)現(xiàn)該材料不論在美學(xué)方面、技術(shù)性能亦或是成本效益上都優(yōu)于傳統(tǒng)材料。

MCC表示將借此機(jī)會擴(kuò)大該材料在歐洲市場的銷售。

(中石化網(wǎng))

Design of Car CD Panel Hot Runner Mold

Fan Yu1，2， Fan Jiaqi3， Huang Jizhan1
(1. Jiangsu Vocational Institute of Architectural Technology， Xuzhou 221116， China； 2. Jiangsu Building Energy-Saving Construction Techniques and Coordination Innovation Center， Xuzhou 221116， China； 3. School of Locomotive，Beijing Institute of Technology， Beijing 100081， China)

The molding process of automotive CD panel plastic parts was analyzed. Moldflow software was applied to analyze the melt filling time，injection pressure，melt front temperature and mold temperature. According to the simulation results，the best gate location and reasonable plastic parts molding process parameters were determined，hot runner injection mold for car CD panel was designed，the reasonable material selection and heat treatment were determined. The results show that the mold design is reasonable，and the molded plastic parts have high dimensional precision，without surface burrs，weld marks，air pockets and other defects，achieving the desired objectives.

injection mold ；automotive CD panel；Moldflow；hot runner

TQ320.52

A

1001-3539(2016)11-0076-04

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.11.017

*江蘇省高?！扒嗨{(lán)工程”科技創(chuàng)新團(tuán)隊項目(蘇教師[2016]15號)，江蘇建筑節(jié)能與建造技術(shù)協(xié)調(diào)創(chuàng)新中心基金項目(SJXTY1503)，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技計劃項目(2016-R4-007)

聯(lián)系人：范玉，副教授，主要從事建筑模具、精密模具新技術(shù)及CAE分析研究

2016-08-17