基于CADCAE技术的双色模具的热流道设计.docx

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基于CADCAE技术的双色模具的热流道设计

基于CAD,CAE技术的双色模具的热流道设计

摘要——这篇论文分析的是双色牙刷的结构及加工过程.塑料熔化物的填充过程应用Moldflow软件模拟.采取通用的流动平衡的参数.注射压力，填充时间和次要流道的横截面面积.但流动平衡和填充效应是改进过的.双色牙刷模具的结构和关键部分基于UG设计.与传统的模具设计方法相比.CAD/CAE技术缩短了模具设计和研制的周期，减少了产品成本，提高了模具的质量

关键词——双色牙刷；热流道；填充模具；MoldFlow；UG

1.简介

随着计算机技术的迅猛发展,人们渐渐的使用CAD/CAE技术来模拟塑料熔化物在模具内流动的过程.预测潜在的问题。

因此，产品及填充模具的质量得以有效的提升.与此同时，CAD/CAE技术也能缩短产品研发周期，减少产品成本.

目前在填充模具设计方面应用最为广泛的CAD/CAE软件是UG和Moldflow,Moldwizard可兼容UG，因此能够轻便快捷的完成典型的模具设计，为模具设计工作带来巨大的便.Moldflow软件中，关于模流分析的MPI功能能够实现浇口位置和流动平衡等的最优方案.而且还能够优化流道的布局，流道的横截面大小，获取填充时间的正确信息，注射压力和温度分布等等.

在这篇论文中，双色牙刷的热塑性塑料过成型过程将由Moldflow模拟.分析熔化物流动平衡，填充时间和注射压力，优化次要流道的流动平衡，而使用的是通用的主要过程参数。

基于UG的应用完成注射模具结构和关键部件的设计.热流道技术在此过程中采纳，以提高制作过程的效率，提升高质量的产品以及节能减排.

2、模流分析

图1展示了双色牙刷的生产过程.

用粗加工原材料ABS制作半成品，而制作成品的原材料选取具有高弹性和高品质触感的TPE.

图1：

双色牙刷

A.有限单元体模式

根据产品的结构及腔的分布，在MPI中确立两个有限单元体模式进行热色性塑料过成型的程序。

图2展示的是有限单元体模式。

在这个过程中，MCD同时也被用来简化和修复模具的几何构型，两套有限单元体模式流道横截面的初始化大小为直径8mm，6mm，4.7mm，4mm，其特征是热流道，门直径尺寸为1.5mm。

（a）有限元成品（b）有限元成品

图2：

有限元模型

B.初始参数

见表1，两套注射过程的主要参数在MPI的模型窗口元件中获得

C.结果及讨论

基于主过程的参数可以分析初始加热系统中流动平衡的最优化方案，图3展示的是半成品加工过程中的流动平衡结果。

表明流动平衡后，填充结束是的填充时间值是统一的，都是1.209秒。

填充时间降低的非平衡比率从1.7%到38.2%，注射压力降低的非平衡比率从4.1%到39.6%，填充结束时最大注射压力为35.09Mpa。

流动平衡后次要流道的横截面直径分别为8mm,7.2mm,6.4mm和5.8mm。

（a）流量平衡后填充时间

（b）流量平衡后注射压力

图3：

半成品流量平衡结果

图4展示的是成品流动平衡后的结果:

成品的填充时间值是统一的，全部为1.853秒，填充时间降低的非平衡比率从0.37%到40.2%，注射压力减低的非平衡比率从4.5%到38.8%。

填充结束时最大注射压力为44.95MPa，流动平衡后次要流道的横截面直径分别为8mm,7.3mm,6.5mm和5.85mm。

图4：

成品流动平衡后的结果

3、注射模具的设计

基于嵌入UG支持的Moldwizard功能可以设计有热流道的双色注射模具。

他可以有序的完成一系列工作，包括数学模型的读取，分离表面的选取，铸件部件的设计，前导零件的设计，喷射部件的设计，rotatingmechanismconstruction，印模载体的选择，加热系统和冷却系统的创建等等。

A.模具的结构

双色注射模具的设计采取转轴模式，并有16个平行的注射腔，一次制作周期可以完成八个成品的加工制作，图5展现的是模具的注射腔以及核心的三维结构，模具核心可以绕旋转轴旋转180度，而且它包含三个部分：

中间的部件是转动块，连接可以180度旋转的转动机；右边的部件用来组成双色牙刷的主体，即半成品；左边的部件用来完成双色牙刷的成品，生产双色牙刷的过程中使用特殊的双色注射机。

半成品的注射程序和成品的完成被分开到注射机的两个垂直的热流道系统中完成。

（a）型腔

（b）模芯

图5:

3D结构

在这篇文章里，热流道技术的使用具有降低开销，提高产品质量，以及具有精确的程序操控功能等等的特点。

加热系统中的塑料熔化物能够一直在hotrunner系统的持续加热中保持融化的状态。

图6分别展示的是热流道的两套注射过程。

热流道板用T10A制作。

热流道板制作半成品和成品的功率分别是1.5kW和1.3kW。

由于加热的作用，热流道板会出现侧向膨胀现象，所以预先要在热流道板和准定位销之间留有一定的空间，而热膨胀也会造成热流道板和喷嘴之间的相对滑脱，所以两者之间需要有横距。

注射腔的位置和流道口的大小根据流动平衡方法来得到，两个注射过程中的次要流道横截面大小分别为8mm,7.2mm,6.4mm,以及8mm,7.3mm,6.5mm，5.85mm。

（a）半成品的热流道

（b）成品的热流道

图6：

热流道系统

成品结构形成后即使喷射过程。

所以喷射系统应被安装在成品注射腔中，在这个设计中，两个喷射系统的运作如图7。

由于摆动块和注射针之间的相关运动，成品从模具的核心中脱离。

而为了保证旋转轴的第二次喷射运动，尼龙闩被用来连接两组喷射板和保留板。

图7：

两个喷射系统

图8展示的是秩和齿轮传动装置在旋转机上的运用，旋转轴在制定的位置和传动架网眼被喷注，通过水压筒，模具核心实现180°旋转的运动。

图8：

机械旋转机构

通过上述分析，运用热流道技术的双色注射模具设计就完成了。

图9展示的是模具的结构。

图10展示的是基于UG设计的模具的3D结构。

图9:

模具结构

1-移动压板2-紧固螺钉3-六角头螺栓4-导套5-导柱6-六角头螺栓7-腔固定板8-中热流道板插件9-组件热流道浇口套10-固定夹板会11-浇口12-个六角螺栓13-平行垫片14模腔15-弹簧16-小型芯17六角螺栓18-支板的热流道19-锥形针20-吊具板21–定位销22-型芯固定板23-六角螺栓24-核心导杆25-橡胶密封圈26-铜插件27-六角螺栓28-推板29-顶针固定板30-弹簧31-水嘴-32-齿轮轴33-六角头螺栓34-中心块35-六角螺栓螺钉36-浇口套37-浇道夹紧环38-定位环39-六角螺栓40-顶针固定板41-浇口套42-六角螺栓43-推板44-支板45-顶杆46-齿轮齿条47-齿轮齿条停止块48-小导柱49-回针50-弹簧51-支柱5-2六角螺栓53-顶杆54-轴端挡圈55-六角螺栓56-摆块57-六角螺栓58-六角螺栓59-推板60-顶针固定板61-推板62-顶针固定板63-六角头螺钉64-支架65-缸66-尼龙塞67-间距螺丝68-紧固螺钉69-六角螺栓70-内六角螺栓71-间距元件。

图10：

模具三维爆炸视图

B.模具的工作过程

半成品的原材料是ABS，成品的原材料是TPE。

模具工作过程如下：

关闭模具，首先注射半成品，第一次注射后，模具退后，到达开模行程，然后喷射系统开始工作，首先两组喷射板和保留板同时在注射机喷射系统的引导下前进，当注射板59和保留板60在底部因为位置的限制而停止的时候，成品从模具核心中脱离。

此时，保留板62在上面接触到螺钉55，后者被完美的安置在旋转轴上，喷射板61和保留板62在注射机喷射系统的引导下前进。

然后尼龙栓55从喷射板61和保留板62中渐渐的分开，分离完成后，在压缩弹簧30的作用下，成品的喷射系统完成重设。

同时旋转轴和模具核心被喷射板61完成喷射，旋转轴的齿轮被推向前去与齿条契合，然后模具核心的半周旋转运动由水力驱动实现。

半成品核心和成品核心的交换完成，注射机的喷射系统撤退，然后喷射板61，保留板62，旋转轴32和模具核心在压缩弹簧50的作用下重设，关闭模具，继续下一个制作周期。

4、结论

1）Moldflow和UG的使用能够缩短生产时间和提升注射模具设计的效率

2）Moldflow是一款在优化流动平衡上非常有用的工具。

通过Moldflow决定半成品和成品注射腔次要流道的横截面大小，保证了不同注射腔的流动平衡

3）在装有旋转轴的双色注射模具中，喷射系统仅仅在成品注射腔是必须的

4）两组喷射板和保留板用尼龙拉钩连接，这个结构可以实现成品和旋转轴的两次喷射，是制作过程更为方便

5）从生产效率和节能减排等方面来看，热流道技术是应该被用来生产双色多孔注射模具的，而且该技术在未来具有广泛的可扩展空间

引用