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基于UG和Moldlfow的散热板格栅热流道叠层注塑模具设计

2021-05-22熊江易良培

机械工程师 2021年5期
关键词:开模叠层注塑机

熊江,易良培

(重庆三峡职业学院,重庆404155)

0 引言

相对于普通的一模单腔或多腔模具,叠层模具通常采用两个或者多分型面实现模具的开模,能够同时满足不同模具层级关系的型腔内塑件的成型,且塑件成型质量差异性小。叠层模具对于传统模具,在锁模力上的增幅提高了将近10%,这个优点使得同等吨位下的注塑机可以最大效率地进行生产,极大地提高了注塑机的利用率,多层模具组合在一起,针对需要制造多套模具的情况,可以极大地缩短模具制造周期,降低模具制造成本,是注塑模具发展与优化的一种前沿技术方向,此研究方向对于提高我国模具制造技术有非常重要的意义。

1 塑件工艺分析

本文设计的塑件为电器类散热格栅,主要用于电器散热叶片的防护,整体为一个矩形,塑件外形尺寸为330 mm×250 mm×33 mm,塑件表面光滑,为了保证外观质量,需要浇口痕迹小、塑件壁厚均匀,但内部加强筋多、网格分布密集,设计中需要注意均匀顶出脱模,该塑件为大批量生产,精度要求一般,采用ABS工程塑料,具有较高的强度,保证了塑件的使用寿命,塑件如图1所示。

2 Moldlfow浇注系统工艺分析

针对散热格栅进行最佳浇口分析,确定浇口位置,经过分析得知浇口位置位于塑件中心处,如图2所示。

图1 塑件图

单点浇口充填速度较慢,根据图2结合实际分析结果进行浇口优化方案,本设计采用多点式均衡式浇口,提高注射效率,浇口位置设计如图3所示。

根据叠层模具特点,进行叠层模具浇注系统完善,并运用Moldlfow有限元进行充填工艺性分析,本次分析采用ABS塑料,具体材料参数如表1所示。注塑工艺参数如表2所示。

图2 最佳浇口位置

图3 优化后浇口方案

表1 ABS材料参数

表2 注塑成型工艺参数

设定完成材料参数和工艺参数后经过Moldflow分析,该浇注系统设计实现充填均匀、快速,满足要求,充填时间为9.489 s,流动前沿温度变化在223.7~231.1 ℃之间,温度相差值4 ℃内,如图4、图5所示。

图4 叠层模充填时间分析结果

图5 流动前沿温度分析结果

图6 锁模力变化图

图7 注射位置处压力变化图

锁模力XY变化图峰值最大值为130 t左右,注射位置处压力XY图变化峰值为80 MPa,如图6、图7所示。

综上所有Moldlfow 分析数据结果,本套叠层模具充填均匀,上下两层注塑成型质量相同,成型时间相同,流动前沿温度损失小,锁模力与注射压力相对于普通模具有适当增加,采用叠层模具进行散热格栅的注射生产可以实现2倍效率的提升。

3 散热格栅注塑模具设计

3.1 浇注系统设计

根据分析所得浇注系统形式,采用热流道浇注系统进行设计,热流道系统可以保持流道内熔融状态下的凝料温度恒定,且相对于普通冷流道无流道废料产生,大大地降低了材料成本,同时热流道系统可以实现单个热嘴温度调节与进浇时间控制,可以极大地提高注塑工艺在现场生产时的改善与优化,热流道系统由分流道板、热嘴、温度控制系统组成。

由于本设计为叠层模具,所以采用了2组热流道浇注系统,为保证在中心处进浇,还考虑模具结构增加连接热嘴。采用UG进行模具结构设计,具体结构如图8所示。

图8 热流道浇注系统

3.2 成型系统设计

叠层模具的型芯和型腔设计方面采用镶嵌式,有利于机械加工工艺性的实现,再根据塑件结构采用UG分模,设置最大端面处为分型面,设置材料收缩率为1.005,分模后成型零件长宽尺寸为320 mm×400 mm,成型零件结构如图9、图10所示。成型零件钢材采用NAK80高级镜面塑胶模具钢,具有非常好的抛光性,满足表面外观质量要求,该材料属于预硬模具钢材,硬度为37~43 HRC,价格适中,寿命长久,适合大批量生产的塑胶产品。

图9 模具型腔

图10 模具型芯

3.3 脱模系统设计

叠层模具相对于传统的注塑模具结构,需要对应增加顶出脱模机构,采用注塑机开模动力源提供开模动力实现塑件的脱模,单个塑件采用25根圆形截面φ5顶杆均匀分布在塑件的加强筋上,实现顶出力的均匀分布,如图11所示。

图11 顶杆脱模机构设计

3.4 冷却系统设计

塑件整体为矩形偏平板类塑件,中间有热流道热嘴,需要使得水道远离浇注系统均匀冷却,防止浇注系统过快的损失注射温度,四周采用环绕式冷却水道,型芯型腔各一组均匀冷却,冷却水道直径为φ10 mm,采用标准铜嘴与外部水管连接,冷却系统设计如图12所示。

图12 冷却系统设计

3.5 模架系统设计

叠层模具无法采用传统标准模架大水口或细水口系统标准模架,结合热流道系统增加热流道板、中间垫板,前模部分增加面针板、底针板、复位杆机构来实现上层塑件的脱模,模具动定模板长宽尺寸为550 mm×650 mm,定模板厚度为120 mm,动模板厚度为100 mm,垫块高度为120 mm。模具最大长宽高尺寸为650 mm×650 mm×900 mm。

3.6 传动与顺序开模机构设计

在注塑完成后,叠层模具需要考虑两层模具同时传动与开模、同时顶出脱模的结构功能,本设计中在模具左右两侧中心采用齿轮齿条机构实现同步开模,中心大齿轮固定在模具中心板上,两个齿条分别固定在对应上下层的模板上加销钉定位增加精度,如图13所示。

图13 齿轮齿条同步传动机构

顶针板的同步采用拉板结构形式,当模具达到顶出行程要求后,拉板顶端T形扣位与中心板上限位块接触,模具继续开模的同时,拉板末端带动顶针板、圆形顶杆顶出塑件,实现塑件与模具型芯的分离,如图14所示。

此处设计相对于一般叠层模具中采用的液压油缸传动装置,更加稳定可靠,结构也更加简单,维修保养与制造成本低。

图14 拉板开模机构

3.7 模具工作过程

熔融状态下的凝料经过热流道分流板27、24,热嘴23、25、26,到达模具型腔内,经过保压、冷却后成型塑件,注塑完成后,注塑机动模向后运动,拉动模具底板1往后,齿轮16转动,传动给齿条17,叠层模具中两个分型面同步打开,拉板31顶板T形块接触限位块32,模具继续运动的同时,拉板31底部带动底针板4、面针板5、顶杆6完成塑件的顶出脱模,塑件与模具型芯分离。注塑机动模板往前运动,模具完成合模复位,准备下一次工作过程。

4 结论

本文针对散热格栅塑件叠层模具进行了工艺分析,经Moldow有限元模拟最佳浇口,优化浇注方案完成热流道系统设计,注塑成型工艺方案良好,两层塑件成型质量相同。采用UG软件实现模具其余成型系统、冷却系统、顶出脱模系统、传动与顺序开模机构设计,结构简单,制造成本低,生产效率是传统模具的2倍,采用热流道无废料产生,大大提高了经济效益,适合大批量生产。

图15 模具总装图

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