陳洪振，朱永偉，邵 建，鄧正泉，王 芳

（揚(yáng)州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

0 引言

傳統(tǒng)的注射模具設(shè)計主要依靠工程開發(fā)技術(shù)人員多年積累的經(jīng)驗(yàn)，模具設(shè)計需經(jīng)常修改且反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)才能投入生產(chǎn)，以至于注射模具發(fā)展更新速度慢，開發(fā)設(shè)計出來的成型工藝參數(shù)不穩(wěn)定，制約著模具行業(yè)的發(fā)展。隨著CAD/CAM/CAE技術(shù)的發(fā)展，以及數(shù)控自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，給模具行業(yè)的發(fā)展帶來了春天［1］。

本文以某電子產(chǎn)品的覆蓋件為例，利用Pro/E中自帶的塑料顧問對產(chǎn)品模塊進(jìn)行模流及填充進(jìn)程分析研究，以便在模具投入制造之前就發(fā)現(xiàn)存在的設(shè)計問題，并且有目的地進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，減少設(shè)計失誤造成的不必要損失［2］。

1 塑件的工藝性分析

電器盒上蓋的三維圖形如圖1所示，其尺寸為170×130×14。該塑件要求具有一定的強(qiáng)度、剛度，外觀質(zhì)量好，且翹曲變形控制在一個很小的范圍內(nèi)。根據(jù)其功能要求有連接柱和扣位。其主要結(jié)構(gòu)特征為加強(qiáng)筋，其作用為：①加強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度；②利于加強(qiáng)塑件的流動和填充。塑件材料為ABS，其流動性好，成型工藝性好。采用注射成型，塑件的最大壁厚為4mm，最小壁厚為0.2mm，材料的收縮率為0.8%。

圖1 電器盒上蓋

2 利用塑料顧問進(jìn)行模流分析

塑料顧問是Pro/E自帶的一種模流分析模塊，擁有很強(qiáng)的分析、計算和動態(tài)模擬功能。利用塑料顧問可以清楚地知道塑料熔體在模具型腔內(nèi)的流動、冷卻質(zhì)量、縮痕等情況，可根據(jù)分析結(jié)果及時調(diào)整工藝參數(shù)，將問題消滅在模具投入制造之前，提高了一次試模的成功率［3］。

2.1 成型條件分析

通過對成型工藝參數(shù)的分析，能夠獲得最佳的初步設(shè)計結(jié)果。如圖2所示，垂直方向表示溫度，單位為℃，水平方向表示注射時間，單位為s。從圖2中可以直觀地看到成型工藝參數(shù)條件的表示，其中綠色部分表示合格的成型參數(shù)條件，黃色部分表示中等成型參數(shù)條件，根據(jù)分析的結(jié)果和加工的實(shí)際情況，選擇模具溫度為80℃，注射溫度為230℃，最大注射壓力為120MPa。

圖2 成型參數(shù)

2.2 澆口位置分析

澆口位置的選擇關(guān)系到模具的整體質(zhì)量。澆口位置是塑料顧問用于初步分析澆口位置的選項(xiàng)，該澆口位置可能不是最終的設(shè)計結(jié)果，但是對于工程設(shè)計人員卻有著很重要的參考價值。分析得到的最佳澆口位置如圖3所示。從分析的結(jié)果來看，澆口應(yīng)該在塑件的中心，但是在塑件的中心不利于塑料熔體快速充滿型腔，即達(dá)到4個角的時間慢，考慮到實(shí)際注塑加工情況和分析的結(jié)果，選擇澆口的位置為4個角的位置。

2.3 塑料熔體填充分析

塑料填充是分析塑料在模具型腔內(nèi)的流動情況，能夠優(yōu)化以及提供適合的材料和工藝參數(shù)。在分析澆口位置的基礎(chǔ)上選擇塑料填充進(jìn)行分析，從而看出塑料在填充的過程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷。

（1）填充時間表示熔體充滿模具型腔的各時間段。從模擬動畫中能夠看出模具流動的竟流效應(yīng)、遲滯、潛流現(xiàn)象、失衡流動及過保壓，并提供相應(yīng)的解決方案。如圖4所示，熔體在1.12s內(nèi)充滿。熔體從4個澆口位置同時進(jìn)入，能夠保證塑件熔體的均勻性，從注入到完成，整個塑件填充時間差為1s左右，在誤差允許的范圍內(nèi)，流動平穩(wěn)性較好。

（2）填充狀況如圖5所示。從圖5中可以看出電器盒上蓋填充狀態(tài)良好。

2.4 冷卻質(zhì)量分析

冷卻質(zhì)量分析是預(yù)測塑件在冷卻時可能出現(xiàn)的問題。如圖6所示，可以看到制件整體冷卻質(zhì)量較好，在螺釘柱和加強(qiáng)筋處冷卻質(zhì)量需要改進(jìn)，并且在設(shè)計冷卻系統(tǒng)時應(yīng)注意澆注系統(tǒng)的冷卻［4］。

圖3 最佳澆口位置

圖4 填充時間

圖5 填充狀況

圖6 冷卻質(zhì)量

2.5 縮痕分析

縮痕預(yù)測分析用于檢測熔體流進(jìn)塑件后內(nèi)部的收縮情況，分析的結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看到，由于固定桿和加強(qiáng)筋相對于別的地方要厚，因此產(chǎn)生了縮痕?？梢栽谀＞咴O(shè)計時保證足夠的注射壓力，適當(dāng)?shù)匮娱L塑件在型腔內(nèi)的冷卻時間，或充分保證塑件壁厚均勻等，進(jìn)行充分的補(bǔ)縮處理。

2.6 熔接痕分析

熔接痕是塑料熔體在模具型腔中多股熔體的匯合處不能完全熔合在一起而產(chǎn)生的一種嚴(yán)重影響塑件質(zhì)量的痕跡［5］，如圖8所示。從圖8可以看出，熔接痕位于固定桿和加強(qiáng)筋處。圖9為料流前段溫度分析，從圖9中看出，熔接痕處的料流溫度有兩處相對較明顯，可通過以下方法解決：①適當(dāng)提高注塑壓力和保壓壓力；②適當(dāng)增加充模速度或縮短注射時間；③在適當(dāng)部位增設(shè)排氣槽以及增加合理的冷卻系統(tǒng)等。

2.7 氣泡分析

氣泡位置如圖10所示。氣泡大多位于加強(qiáng)筋和固定桿處，采用適當(dāng)?shù)卦黾尤垠w流速和注射壓力、保證塑件壁厚均勻等方法讓氣泡排出，從而防止因氣泡的產(chǎn)生而引起塑件表面瑕疵及焦痕等缺陷。

圖7 縮痕預(yù)測

圖8 熔接痕

圖9 料流前段溫度分析

圖10 氣泡位置

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具采用一模一腔的注塑方式，使用Pro/E完成模具型腔的設(shè)計。根據(jù)前面分析結(jié)果可知塑件在固定桿和加強(qiáng)筋處有熔接痕和氣泡，為避免塑件質(zhì)量受損的現(xiàn)象發(fā)生，同時考慮加工方便，采用斜頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)模式。圖11為模具型腔的開模仿真。在模架設(shè)計時要保證注射壓力，選擇XS－ZY－125的臥式注塑機(jī)，同時要保證冷卻系統(tǒng)的設(shè)計。整套模具的裝配流程設(shè)計如圖12所示。裝配圖開模仿真如圖13所示［6］。

圖11 模具型腔開模仿真

圖12 裝配設(shè)計流程

圖13 裝配開模仿真

4 結(jié)束語

利用Pro/E中的模具設(shè)計，能夠優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，提供合理的工藝參數(shù)，保障一次試模的成功率，縮短模具研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)的核心競爭力。實(shí)踐證明，該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，可為模具設(shè)計提供參考。

［1］高征兵，秦永法.基于CAD/CAM技術(shù)的注射模具設(shè)計［J］.制造業(yè)自動化，2011，33（7）：113－114.

［2］南歡，葛正浩.基于Pro/E塑料顧問的滑輪制品注射成型工藝分析［J］.機(jī)械工程師，2007（9）：83－84.

［3］胡仁喜，肖黎明，劉昌麗，等.實(shí)戰(zhàn)Pro/EngineerWildfire 4.0中文版模具設(shè)計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［4］董海東.基于Pro/E塑料顧問的手機(jī)前蓋注塑成型工藝分析［J］.塑料科技，2010，38（9）：58－61.

［5］嚴(yán)志云，丁玉梅，謝鵬程.注塑成型熔接痕缺陷研究進(jìn)展［J］.塑料工業(yè)，2009，37（4）：1－2.

［6］方軍，李兵，龔燕萍，等.基于Pro/E塑料顧問分析的塑料盒蓋注射模具設(shè)計［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報，2013，30（1）：88－89.