| cyqdesign | 2006-10-22 11:40 |
轎車骨架注塑模具結(jié)構(gòu)的虛擬設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)是科技人員高效率設(shè)計(jì)的工具。設(shè)計(jì)人員可以按照自己的想象用計(jì)算機(jī)建立待開發(fā)產(chǎn)品的三維模型。利用CAE軟件還可對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析、運(yùn)動(dòng)仿真，使不合理的部分隨時(shí)得到修正。協(xié)作單位之間可利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)傳遞信息、交換文件，及時(shí)地獲取對方工作的進(jìn)展情況，對設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題可隨時(shí)提出相關(guān)的建議和意見，也可對其進(jìn)行直接修改，進(jìn)行異地虛擬設(shè)計(jì)。這樣既方便協(xié)作又節(jié)省時(shí)間，可以大大提高工作效率，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期。 1、轎車骨架注塑模具結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)方案 1.1制品分析和材料選擇 本制品為轎車骨架，其模型如圖1所示。圖1中9個(gè)黑點(diǎn)為澆口位置。該骨架總體尺寸為2800mm x 1200 mm x 1200 mm，壁厚為3 mm，外表面要求光潔，其粗糙度（Ra）為0.8μm，內(nèi)表面及其它地方Ra為1.6μm。車身窗口較多，除了尾部車燈處需要側(cè)抽芯以外，前后蓋孔均由型芯成型，而左右門窗處的孔則由型芯與型腔的曲面組合而成。制品對型芯有一定的包緊力，可保證制品留在動(dòng)模一邊。車殼內(nèi)外側(cè)的邊角均設(shè)計(jì)成圓弧倒角，有利于塑料熔體充模流動(dòng)和制品的順利脫模，可增加模具的總體強(qiáng)度，更能滿足人們對視覺效果的追求。
1.2模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)作原理 根據(jù)轎車大小、形狀及用途，并考慮到模具制造技術(shù)的合理性和可行性，將模具設(shè)計(jì)為單型腔、針點(diǎn)澆口進(jìn)澆的三板式結(jié)構(gòu)，它的外形長3 400 mm、寬1700 mm、高3 800 mm，結(jié)構(gòu)如圖2所示。分型時(shí)選取骨架底部大平面為分型面，型芯和型腔分別成型制品的內(nèi)外表面，骨架左右門的空洞由型芯與型腔各成型一半，而車前蓋和后蓋的空洞可直接由型芯成型，型腔為一個(gè)完整的曲面。這樣分型有利于將制品留在動(dòng)模一邊，便于脫模。型腔采用整體式，型芯采用軸肩、推件板、固定板和墊板的組合結(jié)構(gòu)。推件板中心孔制成型芯外壁形狀，保證與轎車骨架底部的形狀吻合，前后4個(gè)車輪曲線由嵌塊與推件板組合，并可隨推件板同時(shí)頂出，制品頂出受力均勻，保證了轎車骨架能平穩(wěn)地被推件板脫出。
（1）熔體注射、保壓、冷卻完成后，開模時(shí)依靠彈簧25作用使次分型面A -A首先打開，拉斷澆口，然后次分型面繼續(xù)打開直到定距拉桿26頭部螺釘撞擊型腔板13的圓形槽，迫使主分型面B-B打開，制品包緊型芯留在動(dòng)模一邊。 (2)開模到位，注塑機(jī)中心頂桿動(dòng)作，頂出系統(tǒng)前進(jìn)、推板3前移，制品在大頂桿（頂出回程桿）29、推件板11和小頂桿32的同時(shí)作用下推動(dòng)斜導(dǎo)柱7使滑塊12完成側(cè)向分型抽芯，并由鋼球10定位。制品從主型芯上順利脫出。 （3）脫模完成以后，注塑機(jī)中心頂桿復(fù)位，頂出系統(tǒng)在彈簧30的作用下先行復(fù)位，側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)回復(fù)到原始位置，進(jìn)而主分型面B-B和次分型面A-A相繼合模，完成整個(gè)成型周期。 1.3澆注系統(tǒng)設(shè)置 由于轎車骨架的尺寸較大，且尾部又設(shè)有需側(cè)抽芯的燈孔，因此該模具采用多點(diǎn)澆口進(jìn)澆，澆注系統(tǒng)如圖3所示。圖1中9個(gè)點(diǎn)澆口分別設(shè)于轎車骨架的前、中、后部，脫模時(shí)可自動(dòng)拉斷，在外壁上基本不留痕跡。采用這種小澆口增加了物料的流速，澆口前后兩端有較大壓力差，便于充模。小澆口處有較大阻力，熔體流過澆口時(shí)一部分能量轉(zhuǎn)換為摩擦熱，使熔體溫度明顯升高，可降低表觀粘度，增加充模的流動(dòng)性。另外，小澆口凍結(jié)快，可控制并縮短補(bǔ)料時(shí)間，有助于提高制品質(zhì)量，廠縮短成型周期。經(jīng)CAE優(yōu)化，澆注系統(tǒng)完全達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的效果。
轎車骨架外形復(fù)雜、長和寬的尺寸較大、壁厚較薄，尾部有燈孔需側(cè)抽芯，上面有較大的空缺部位，特別是門和窗中間的骨架部位尺寸相對較小。因此，該模具采用了頂桿與推件板及斜導(dǎo)柱聯(lián)合脫模機(jī)構(gòu)。為保證制品形狀，頂桿前端應(yīng)加工成所在制品位置的形狀，并與型芯頂部曲面吻合。推件板作用于制品底部最大截面上，中心隆起的殼體則由頂桿頂出。脫模時(shí)，制品在推件板、頂桿及斜導(dǎo)柱的同時(shí)作用下，使尾部滑塊首先分型、抽出燈孔側(cè)型芯，進(jìn)而將制品頂出主型芯而脫出。 1.5導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)置 該模具在動(dòng)模邊設(shè)有4根導(dǎo)柱，材料為T8 A，主要用于導(dǎo)向、定位、承受注塑時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向壓力，并有支撐推件板脫模時(shí)重力的作用。在定模邊也設(shè)有4根定距拉桿，其配合長度較長，同樣能起到導(dǎo)向、定位和承受型腔板重力的作用。為增加導(dǎo)柱壽命，導(dǎo)套以硬度較低的黃銅制成，可使開合模更趨于平穩(wěn)。 由于制一品形狀復(fù)雜，包緊力較大，模具中采用了4根大頂桿、推件板和13根小頂桿聯(lián)合頂出，并在頂出系統(tǒng)中設(shè)有4根推板導(dǎo)柱，可避免小頂桿頂出時(shí)產(chǎn)生傾斜、變形甚至折斷，同時(shí)可以防止型芯墊板在高壓注射成型下變形，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 1.6冷卻系統(tǒng)設(shè)置 考慮到制品冷卻的均勻性及模具加工的方便，在定模型腔板上開設(shè)了兩條對稱且不在一個(gè)截面上的水道；在動(dòng)模主型芯上開設(shè)了4條冷卻水道，水道進(jìn)、出口開在型芯墊板上，水的流向如圖2所示。 在每條水道沿型芯的縱向開設(shè)了若千個(gè)垂直于轎車 骨架的孔，并在孔的中間插人隔板，以保證能增大 散熱面積。 2、理論計(jì)算 2.1脫模力與鎖模力 包緊力P可采用式（1）計(jì)算： P＝Q（Rkl一Rk2）/Rk2＝EεT/Rk2（1） 式中：Q—拉應(yīng)力，Pa； RK1 、Rk2注塑件和型芯的徑向尺寸，m； E ——彈性模量，Pa； ε——收縮率，％； T——注塑件壁厚，m。
式中：地F1、F2——注塑件和型芯的當(dāng)量截面積，m2 Q——脫模力，N； K——可靠性系數(shù)，一般取2~3; h ——型芯埋入注塑件深度，m； A——型芯斷面周長，m； μ——摩擦系數(shù)，取0.1~0.2； a-脫模斜度，為23°。 鎖模力F＝P′×s，最大注塑壓力P取100MPa，注塑件和澆注系統(tǒng)在軸向的投影面積之和S約為1.44 m2，實(shí)際生產(chǎn)中F為： F ≥P' x S＝100 x 1. 44＝144 MN (4) 2.2開模行程與側(cè)抽芯尺寸 開模行程H可用式（5）計(jì)算： H≥Hl＋H2＋a十10 mm＝2 650 mm（5） 式中H1——注塑件脫模距離，為1200 mm; H2——注塑件高度，為1200 mm; a—脫出澆口所需次分型面打開距離，為240 mm。 骨架尾部有對稱的單向側(cè)抽芯孔，抽芯距離S′＝156 mm，斜導(dǎo)柱與水平線夾角a＝23°，因此得到斜導(dǎo)柱有效長度L為： L＝S'/sina＝400 mm（6） 最小開模行程Hc＝L x cosa＝445 mm，因此保證了Hc＜Hl＋H2。2.3冷卻水道尺寸 研究表明，湍流狀態(tài)下的對流傳熱效果比層流狀態(tài)下好。判斷流動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)則是雷諾數(shù)（Re）。Re ≥4000時(shí)即為湍流狀態(tài)，由此可以計(jì)算出當(dāng)量直徑大于等于4 mm時(shí)為湍流。本模具初定水孔直徑為50.5 mm。
dw--冷卻水道斷面為非圓形時(shí)的當(dāng)量直徑，為0.0505 m； p—水的密度，為998.2 kg/m3； μ—水的粘度，為1.005 x 10 -3 Pa·S ; Cw—水的比熱容，為4. 183 kJ/ ( kg·K)； λ—熱導(dǎo)率，為0. 599 W/（m·K）（以上均為20 ℃下的數(shù)據(jù)）； θm-模具平均溫度，為60℃； θw—冷卻水平均溫度，為25 ℃； C-熔體比熱容，為2. 2 kJ/（kg·K）； Pi—熔體密度，為778 .3 kg/m3； V—一次注射量，m3。 3、結(jié)論 （1)轎車骨架的造型和模具結(jié)構(gòu)全都采用虛擬方法設(shè)計(jì)，并對澆注和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行CAE優(yōu)化，使模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能大大縮短開發(fā)周期，降低成本。 (2）該單型腔、針點(diǎn)澆口的三板式模具總體尺寸大，澆口多（可縮短充模時(shí)間）且能自動(dòng)脫出，不會(huì)留下明顯的痕跡。 (3)轎車骨架尾部左、右燈孔采用了斜導(dǎo)柱與側(cè)滑塊同在動(dòng)模的分型抽芯機(jī)構(gòu)，可使滑塊分型抽芯與合模復(fù)位安全；采用頂桿和推件板聯(lián)合脫模機(jī)構(gòu)，可使脫模時(shí)受力均勻，而彈簧可保證頂出系統(tǒng)安全復(fù)位。 (4)定模型腔沿轎車骨架的表面開設(shè)了兩條冷卻水道，可保證型腔曲面均勻冷卻；型芯采用了4條相互錯(cuò)位交叉進(jìn)出水的冷卻水道，每一條水道沿型芯的縱向開設(shè)了若干個(gè)垂直轎車骨架的孔，并在孔中間插人隔板，它保證了水的流速和散熱面積在計(jì)算值的許可范圍內(nèi)，可進(jìn)一步用CAE優(yōu)化冷卻系統(tǒng)獲得準(zhǔn)確的控溫參數(shù)。 |
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