王萬哲

(沈陽(yáng)格勞博鋰電設(shè)備技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

0 引 言

模具設(shè)計(jì)與注塑成型生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的過程[1]，模具設(shè)計(jì)中的澆注系統(tǒng)、脫模結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、脫模結(jié)構(gòu)等是整個(gè)模具設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)的不順暢或者停產(chǎn)，所以模具設(shè)計(jì)必須合理。注塑工藝中的開模溫度是重要的工藝環(huán)節(jié)，開模時(shí)間短，易造成產(chǎn)品的尺寸缺陷或者不成型，如果開模時(shí)間過長(zhǎng)則影響生產(chǎn)效率，進(jìn)行了瞬態(tài)溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算，得到了合理的開模時(shí)間，為模具設(shè)計(jì)與注塑實(shí)際生產(chǎn)提供了理論基礎(chǔ)。

1 皂盒模具設(shè)計(jì)要求

皂盒模具裝配圖如圖1所示。本模具為兩板式結(jié)構(gòu)，一模四腔，分流道形狀如圖，流動(dòng)比、流動(dòng)面積比均為最佳狀態(tài)。圓形分流道分布在分型面兩側(cè)，使流道截面積與周長(zhǎng)的比值達(dá)0.25D形狀效率最高，側(cè)澆口在定模側(cè)，澆口套流道錐度為4°，以防止注射溶體倒流。由于制品有缺口設(shè)計(jì)，所以分型面為空間曲面，采用刮料板脫模。動(dòng)定模均采用水冷卻，保障工作時(shí)模具溫度適中，從而保障生產(chǎn)效率，定模采用直通式水冷卻，動(dòng)模采用型芯冷卻，用隔板形成水道。拉料桿為球形拉料桿，可以保障分型時(shí)制品留在動(dòng)模上，以便于刮料板將制品和流道凝料脫出。推件板6為共用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，推桿固定板不設(shè)導(dǎo)向以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。

圖1 皂盒模具裝配圖1.定位圈 2.澆口套 3.定模固定板 4.定模 5.型芯 6.推件板 7.型芯固定板 8.拉料桿 9.隔板 10.限位拉桿 11.底板12.O型圈 13.螺紋彎通14.螺紋直通 15.軟管 16.內(nèi)六角圓柱頭螺釘 17.標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈 18.內(nèi)六角圓柱頭螺釘

2 溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算

開模溫度是皂盒生產(chǎn)的重要工藝指標(biāo)，如果開模時(shí)候溫度過高，開模后皂盒容易翹曲變形，如果溫度過低，就說明冷卻時(shí)間過長(zhǎng)，降低了生產(chǎn)效率[2]。通過有限元分析，得到合理的冷卻時(shí)間，使得皂盒開模溫度適當(dāng)。

2.1 幾何模型

如圖1所示，皂盒模具是軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為了增加計(jì)算速度，取1/4模型為研究對(duì)象，在邊界上施加對(duì)稱約束即可。采用國(guó)際長(zhǎng)度單位制“m”建立皂盒模具的1/4幾何模型，幾何模型如圖2所示，對(duì)模型進(jìn)行了一定量的簡(jiǎn)化，比如用于連接的螺栓等將其省略，在不會(huì)影響整個(gè)溫度場(chǎng)計(jì)算的同時(shí)，還可以增快計(jì)算速度。

圖2 皂盒模具的幾何模型

2.2 材料特性

溫度場(chǎng)計(jì)算中模具鋼和聚丙烯材料的參數(shù)有：比熱c、材料密度ρ、導(dǎo)熱系數(shù)k，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 溫度場(chǎng)模擬計(jì)算的材料物理特性數(shù)據(jù)

2.3 網(wǎng)格處理

選用熱分析單元PLANE55用于模型的網(wǎng)格劃分，選取對(duì)應(yīng)的材料特性組編號(hào)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分如圖3所示。

圖3 網(wǎng)格劃分圖 圖4 整體溫度云圖

2.4 施加約束和計(jì)算

(1) 根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可以知道，注射模具在有循環(huán)水冷卻的情況下工作，正常的工作溫度是80 ℃，對(duì)模具加第一類邊界條件為0 ℃。

(2) 根據(jù)聚丙烯材料性質(zhì)可以知道，聚丙烯熔化注射最佳溫度為230 ℃，所以對(duì)皂盒模型加載230 ℃。

打開自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)，采用瞬態(tài)分析，時(shí)間為40 s。

2.5 查看結(jié)果

在通用后處理器POST1中[3-4]，可以得的整體溫度場(chǎng)和皂盒溫度場(chǎng)云圖，見圖4和圖5，230 ℃的聚丙烯與皂盒模具經(jīng)過40 s的熱傳遞后，皂盒的大部分面積冷卻到80 ℃，而最高溫度113.163 ℃的面積很小，不影響開模，并且最高溫度在圓弧處，這符合傳熱學(xué)規(guī)律。

圖5 皂盒溫度云圖

3 結(jié) 語(yǔ)

詳細(xì)講解了皂盒模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，又利用有限元分析軟件對(duì)皂盒的開模溫度進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，在軟件中進(jìn)行了建模、網(wǎng)格劃分、施加載荷和求解，得到了皂盒的溫度云圖，并對(duì)所得的云圖進(jìn)行了分析，確定了40 s的冷卻時(shí)間設(shè)置是合理的。設(shè)計(jì)與溫度場(chǎng)的分析，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有極其重要的意義。