鄒澤昌,陳忠士,程 艷

(1. 福建船政交通職業(yè)學院 機械與智能制造學院,福建 福州 350007;2. 福建農(nóng)林大學 機電工程學院,福建 福州 350002)

0 引 言

隨著消費水平的提高,人們對于產(chǎn)品的要求也越來越高,既希望產(chǎn)品美觀漂亮,又希望產(chǎn)品具有非常多的功能。為了實現(xiàn)產(chǎn)品的某些功能,就必須設計一些相應的結(jié)構(gòu),但產(chǎn)品上的一些細節(jié)結(jié)構(gòu)往往會影響到產(chǎn)品的外觀,這時就必須從模具結(jié)構(gòu)的角度以及零件間的相互裝配關系出發(fā),對塑料件的結(jié)構(gòu)進行分析,在優(yōu)先滿足產(chǎn)品整體功能的前提下,對塑料件的結(jié)構(gòu)進行適當修改,必要時應犧牲塑料件的外觀。在結(jié)構(gòu)設計與模具設計中,借助一些智能化的軟件如UG,不但可以設計各種復雜的三維實體,還可以進行模具設計,也可以對三維實體進行模具工藝性檢查,提前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計中的缺陷,及時對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行修訂。UG還具有模流分析功能,可以在模具設計前,通過模流分析找到合適的進膠位置與進膠點數(shù)量,從而可以減少修模、改模的次數(shù)。以某品牌的空調(diào)面板為例,運用UG對其進行三維造型設計、模具工藝分析(如脫模斜度和產(chǎn)品壁厚)、模流分析以及模具結(jié)構(gòu)設計,所有操作都在UG軟件下完成,有利于提升設計師的工作效率,為從事模具設計的同行提供參考[1-4]。

1 運用UG設計空調(diào)面板

先應用UG的拉伸、倒斜角、倒圓角命令創(chuàng)建空調(diào)面板的主體部分,再用掃描、旋轉(zhuǎn)等命令創(chuàng)建空調(diào)面板上的筋位、扣位等特征。產(chǎn)品的正面比較平滑,如圖1(a)所示,在產(chǎn)品的背面有10個小支撐柱和倒扣,如圖1(b)所示。UG還可以直接將三維模型轉(zhuǎn)化為二維圖形,如圖1(c)所示。

(a) 正面結(jié)構(gòu)

(b) 背面結(jié)構(gòu)

(c) 二維圖形

2 運用UG進行模具工藝性分析

在三維模型設計完成之后,還需要對三維模型進行模具工藝性檢查,主要是檢查產(chǎn)品的壁厚是否均勻,脫模斜度是否符合要求。如果產(chǎn)品的壁厚突然變厚或變薄,將會導致產(chǎn)品表面出現(xiàn)縮水、變形等現(xiàn)象;如果產(chǎn)品的脫模角度不符合要求,就會出現(xiàn)脫模困難等問題。UG軟件具有模具工藝性檢查這方面的功能。在UG軟件中,單擊“壁厚”命令按鈕,再輸入指定的壁厚值,對于壁厚小于或大于指定值的區(qū)域,軟件將會用紅色標識,如圖2所示。經(jīng)檢查,該區(qū)域為粘貼商標位置,允許壁厚比其他位置略薄一些。

圖2 三維模型壁厚檢測Fig.2 Wall thickness detection of three dimensional model

圖3 拔模分析Fig.3 Analysis of mold drawing

UG有一個拔模分析功能,如圖3所示,可以檢查產(chǎn)品的脫模斜度,對于脫模斜度小于指定值的位置,將會用不同的顏色標識,方便設計師快速找到該位置,并對產(chǎn)品做出修正。

3 進膠系統(tǒng)設計

該空調(diào)面板的輪廓尺寸較大,長寬為957 mm×250 mm,厚2.5 mm,呈片狀,比較單薄,在注塑時容易變形。為了克服冷流道進膠的缺陷,保證產(chǎn)品在注塑生產(chǎn)時不變形,采用多點進膠的熱流道轉(zhuǎn)冷流道的進膠系統(tǒng),如圖4(a)所示。共有7點進膠,澆口布局如圖4(b)所示。為了防止產(chǎn)品表面出現(xiàn)進膠痕,將流道引入到動模,從產(chǎn)品的內(nèi)表面進膠,如圖4(c)所示。將冷流道開設在斜頂上,在開模時由斜頂將流道料頂出,冷流道結(jié)構(gòu)如圖4(d)所示。

(a) 熱流道轉(zhuǎn)冷流道

(b) 進膠口布局

(c) 從內(nèi)表面進膠

(d) 將冷流道開設在斜頂上

4 模流分析

在UG上安裝模流分析外掛軟件后,UG具備模流分析功能。用UG模流分析外掛模塊對空調(diào)面板進行模流分析,將注塑壓力設為140 MPa,注塑時間設為6 s,熔體溫度設為180～220 ℃,模溫設為60 ℃,模流分析的效果如圖5所示。產(chǎn)品上存在困氣,主要位于內(nèi)表面的筋位處,如圖5(a)中白色小點所示。產(chǎn)品外表面有多條熔接線,如圖5(b)所示。在成型效果圖上全部顯示為綠色,如圖5(c)所示,說明產(chǎn)品的成型性非常好。體積收縮率效果如圖5(d)所示,可以看出顏色均勻,說明產(chǎn)品的變形小。用UG進行模流分析,分析的效果符合實際生產(chǎn)情況[5-8]。

(a) 困氣位置

(b) 熔接線位置

(c) 成型效果圖

(d) 體積收縮率效果圖

5 頂出系統(tǒng)設計

塑料件一般是用推桿頂出的,但推桿的頂出面積較小,產(chǎn)品的受力位置容易變形,嚴重時產(chǎn)品會出現(xiàn)發(fā)白的現(xiàn)象。在這套模具中,改用頂塊頂出,在推桿的頂端安裝頂塊,如圖6(a)所示,其作用是增加受力面積,可以有效防止產(chǎn)品的頂出位置變形。對于產(chǎn)品內(nèi)表面的倒扣,用斜頂推出,這套模具共有11支斜頂,如圖6(b)所示。除此之外,為了從產(chǎn)品內(nèi)表面進膠,開設了6支斜頂,通過斜頂將冷流道引入到產(chǎn)品內(nèi)表面,如圖6(c)所示,斜頂在頂出流道料的同時,將產(chǎn)品頂出。

(a) 頂塊結(jié)構(gòu)

(b) 斜頂結(jié)構(gòu)

(c) 以斜頂從內(nèi)表面進膠

6 冷卻系統(tǒng)設計

在塑料模具中,冷卻系統(tǒng)起非常重要的作用,良好的冷卻系統(tǒng)能使模溫均勻,并使產(chǎn)品快速冷卻,定形,有利于防止產(chǎn)品變形。這套模具的動模鑲件上斜頂孔位較多,其內(nèi)部還有一個小鑲件,在動模鑲件的一側(cè)分布有6個熱流道嘴鑲件,另一側(cè)分布著1個熱流道嘴鑲件,如圖7(a)所示。熱流道鑲件的溫度較高,需接通冷卻水路對其進行冷卻。同時,為了避開動模鑲件上的孔位,開設了多條直通式水路,冷卻水路圍繞在動模鑲件的周圍,使動模鑲件上面積較大的區(qū)域都能得到冷卻。為了防止水路中的冷卻水在流通過程中溫度逐漸升高,引起模溫不均勻,用水塞將直通水路分開,將動模水路分為多條封閉的回路,如圖7(b)所示,其中,回路5是動模鑲件中小鑲件的單獨水路。模具的兩端各有一個滑塊,滑塊冷卻水路如圖7(c)所示。冷流道斜頂?shù)臏囟容^高,需開設獨立的冷卻水路,將6個流道斜頂?shù)睦鋮s水路串聯(lián),如圖7(d)所示。定模鑲件的一側(cè)分布有6個熱流道管,另一側(cè)分布1個熱流道管,如圖7(e)所示。為了使定模鑲件的模溫均勻,開設了9條冷卻回路,如圖7(f)所示。熱流道管附近的溫度較高,需開設冷卻水路,即圖7(f)中的冷卻回路1、4和8。對于定模鑲件中的小鑲件,也開設獨立的冷卻回路,如圖7(f)中的回路9[9-10]。

7 模具結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品的外觀面要求高,為了保證產(chǎn)品的注塑質(zhì)量,采用兩板模熱流道模具,從產(chǎn)品內(nèi)表面進膠。模具長寬高為1 300 mm×650 mm×880 mm,尺寸較大,為了保證頂出平衡,采用油缸帶動推板脫模,模具的剖面結(jié)構(gòu)如圖8所示[11-12]。

8 結(jié) 語

運用UG軟件設計空調(diào)面板塑料件的三維模型和模具結(jié)構(gòu),對產(chǎn)品的壁厚、脫模角度等模具工藝進行了分析,并運用UG模流分析外掛軟件對該產(chǎn)品進行模流分析,整個設計流程都在UG下進行,有利于提升設計師的工作效率。另外,在模具設計前進行模流分析,可以提前預知產(chǎn)品存在的問題,模具設計師根據(jù)模流分析的結(jié)果對模具結(jié)構(gòu)進行相應的改進,可以提高模具的一次性試模成功率。

(a) 動模鑲件結(jié)構(gòu)

(b) 動模鑲件水路

(c) 滑塊冷卻水路

(d) 流道斜頂?shù)拇?lián)水路

(e) 動模鑲旁邊有熱流道管

(f) 定模鑲件水路

1-動模底板;2-推板;3-推桿固定板;4-油缸;5-推板導柱;6-限位塊;7-動模板;8-斜頂;9-斜導柱;10-鏟基;11-滑塊;12-定模鑲件;13-定模板;14-定位板;15-熱流道電器接口;16-熱流道板;17-定模座板;18-熱流道電器件;19-定位圈;20-熱流道管;21-熱流道嘴;22-拉料桿;23-模腳;24-復位桿圖8 模具結(jié)構(gòu)Fig.8 Mold structure

該模具結(jié)構(gòu)設計合理,采用熱流道轉(zhuǎn)冷流道,再從內(nèi)表面進膠的多點進膠方式,巧妙地解決了產(chǎn)品表面存在注塑缺陷的問題;在定、動模上設置多條獨立的冷卻回路,有利于保持模溫均勻,實現(xiàn)模具正常注塑生產(chǎn),可為同類模具結(jié)構(gòu)設計提供借鑒。