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模具设计师教你注塑模具CAD/CAM设计

发布时间:2018-06-09 10:56:06来源:网络浏览次数:999
 注塑制品的广泛应用使注塑模具得到了迅猛发展,对注塑模具设计和制造的要求也越来越高。而传统的手工设计与制造方式已经大大地制约了生产的发展。计算机辅助设计/计算机辅助分析/计算机辅助制造(CAD/CAE/CAM)技术的发展满足了这种客观实际的要求,并取得了显著的经济效益。本文以按键为研究对象,应用CAE分析软件Moldflow对塑件的注塑成型过程进行分析,确定了最佳浇口位置、浇注系统形式、冷却系统以及成型工艺参数。基于Pro/E软件进行产品的三维分模,确定了型腔和型芯结构,并在此基础上进行了模具主要零件的模拟加工和数控编程。 
1 按键结构分析 

按键属于小型塑件,成型材料用ABS。如图1所示,其壁厚为1.6mm,其外形尺寸为22.4 mmx 9.4mm X 7.25mm。按键外形结构比较复杂,四周都有圆角过渡。要求塑件表面美观、光洁、无明显熔接痕、银丝和流痕,同时不产生明显的翘曲变形。塑件两侧都带有侧孔,需采用侧抽芯机构。可设置侧型芯,利用侧滑块和斜导柱驱动,便于分型。另外,为了从成型零件上顺利脱出塑件,必须在塑件内外表面沿脱模方向设计足够的脱模斜度。塑件的转角处应尽可能采用圆弧过渡,以增加塑件的强度和改善充模流动性,同时增加美观程度。

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图1 按键产品图

2 按键CAE分析 

将利用Pro/E创建好的按键三维模型通过IGES文件转换格式导入到Moldflow中进行往塑成型过程模拟分析。前置处理过程需要对模型进行网格划分并选择成型材料。 

2.1 最佳浇口位置分析及确定 

注塑成型时,首先要确定浇口的位置,浇口位置对制品质量有着直接的影响,它应开设在塑件断面较厚的部位,使熔体由厚断面流入薄断面,而且开设的位置应能避免塑件表面产生熔接痕,最后还应有利于型腔中的气体排出。最佳浇口位置如图2所示。 

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图2 最佳浇口位置

2.2 浇注系统的建立 

根据分析所得的最佳浇口位置与塑件的使用要求,本设计采用点浇口,如图3所示。这类浇口由于前后两端存在较大的压力差,能增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热,从而导致熔体的表面钻度下降,流动性增加,有利于型腔的充填。

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图3 浇注系统模拟

2.3 充填分析模拟 

图4所示为充模时间分析结果。从图4可以看出,填充时间为1.695s,熔体几乎同时到达模腔两端,可以满足要求。

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图4 充填分析模拟

2.4 冷却分析模拟 

注塑模具可作为一种热交换器,如果冷却介质不能及时有效的带走必须带走的热量,不能实现均一的快速冷却,则在一个成型周期内就不能维持热平衡,会使塑件内部产生应力而导致变形或开裂,从而无法进行稳定的模塑成型。因此,冷却分析是必要的。根据塑件形状及综合考虑模具其他零部件的设置,设计了如图5所示的冷却系统。从图5可以看出,冷却水进出口温度相差0.06℃,满足冷却水温差小于2.5℃的要求。冷却系统对塑件温度的影响如图6所示,塑件表面温度基本一致,冷却较均匀,有利于提高塑件的形状精度。

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图5 冷却水进出口温度模拟

2.5 翘曲分析模拟 

图7所示为总体变形量及各个方向变形情况。从图7可以看出,总体和X方向上的变形较大,而Y和Z方向上则变形相对较小。

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图7 翘曲分析模拟

2.6 型腔内的压力分布 

图8所示为熔体充满型腔瞬间的型腔压力分布。从图8可以看出,压力分布较为均匀。 

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图8 型腔内的压力分布

2.7 锁模力 

图9为锁模力时间曲线。从图9可以看出,所需最大锁模力约为0.5226t,故可根据此值选择合适注射机以获得足够的锁模力。

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3 基于Pro/E的三维分模 

由于塑件的曲面较多,直接根据产品工程图进行模具设计比较困难,因此,利用Pro/E进行三维分模,生成三维型腔和型芯,可以免去传统设计方法中模具设计员对复杂型腔、型芯的二维和三维的空间想象,可以降低设计难度和模具加工难度,并可提高模具的设计精度。 

三维分模的步骤如下: 

(1)创建模具模型。图10所示为调入到Pro/E模具型腔中的塑件,本模具采用一模两腔。 

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一模两腔

(2)创建毛坯。用拉伸的方式创建出80mmX 48mm X 40mm的毛坯。 

(3)设置收缩率。按键塑件精度要求一般,原材料选取ABS塑料材料,其收缩率范围较小,按全尺寸收缩,设置收缩率为0.016。 

(4)创建分型面。 

(5)浇注系统的设计。 

(6)创建浇铸件。首先以分型面分割模具体积块,分割出侧型芯体积块以及主型芯和型腔体积块,并抽取模具元件,最后创建浇铸件。

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(7)加入冷却系统。最终的三维分模爆炸图。 

4 模具型腔的数控加工 

将生成的模具型腔导人到MasterCAM软件中,设置好加工参数和刀具加工路径后,利用MasterCAM软件系统所提供的零件加工模拟功能,能够观察切削加工的过程,检测工艺参数的设置是否合理,零件在数控实际加工中是否存在干涉等,最终生成刀位文件,通过后置处理器生成NC代码。 

5 结论 

模具CAD/CAE/CAM技术是模具技术发展的一个重要里程碑。在模具开发中应用Pro/E软件建立产品实体模型,应用CAE技术对注塑成型过程进行模拟分析,进而优化工艺参数与模具结构,同时根据产品模型生成模具型芯、型腔。采用CAM软件编程加工可有效缩短制造周期、提高生产效率、解决制造瓶颈。通过CAD/CAE/CAM技术可以提高产品质量,缩短产品开发周期、有效地降低设计和开发成本,从而提升企业市场竞争的能力。             要想了解更多关于注塑模具内容,请咨询中鹏培训400-614-6618

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