摘 要：以儀器面板注塑件為例，通過應用Moldflow模流分析，結合Ansys力學結構分析，對注塑件頂出脫模過程進行數(shù)值模擬，評估頂出過程塑件脫模阻力和變形量，并獲取最佳的頂桿設計數(shù)量、位置以及頂出面積，有效地控制了塑件脫模變形量，該方法能在工藝與模具設計階段預測注塑件頂出脫模存在的問題，及時進行頂桿配置優(yōu)化，從而提高模具研發(fā)設計效率。

關鍵詞：儀器面板;注塑模具;脫模;頂桿;優(yōu)化設計

中圖分類號：TQ320.5+2? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）12-0019-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.12.006

0? ? 引言

注塑件脫模阻力分布與頂出零件設計位置及數(shù)量息息相關，尤其是對于平板類塑件，合適的頂出設計不僅能減小塑件的脫模變形量，而且可以簡化模具結構，降低成本[1-3]。在此以儀器面板注塑件為例，通過應用Moldflow創(chuàng)建模流分析模型，并進行充填保壓翹曲分析，獲知塑件成型翹曲變形特性，獲取脫模阻力分布狀況，再結合應用Ansys對塑件進行脫模力學分析，獲取最佳的頂桿設計數(shù)量、位置以及頂出面積，依據優(yōu)化結果進行注塑模具結構設計，該方法能有效降低模具研發(fā)成本，提高模具設計效率，以期為其他注塑產品設計提供理論參考。

1? ? 儀器面板零件結構工藝

圖1為儀器面板零件三維模型，塑件長114 mm，寬54 mm，高18 mm，平均壁厚1.5 mm，塑料熔體流程不長，易于注塑成型。塑件材質為熱塑性塑料中丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，縮寫為ABS，牌號為奇美公司生產的PA-737，該料具有良好的綜合力學性能以及良好的耐化學腐蝕性及表面硬度。塑件為長方體殼形結構，外觀要求較高，表面粗糙度外表面為Ra1.6 μm，內表面為Ra6.3 μm，尺寸精度等級為MT5。分型面選擇塑件輪廓截面尺寸最大處，殼體深腔部分朝向動模，保證頂出塑件后塑件可以留在動模型芯一側，使模具脫模機構設計簡潔[4-5]。

2? ? 創(chuàng)建模流分析模型

首先將CROE中創(chuàng)建好的塑件三維模型轉化為STL格式并導入到Moldflow中，接著對塑件進行網格劃分及修復，統(tǒng)計網格劃分信息為：三角形單元數(shù)為8 350，節(jié)點數(shù)為4 177，自由邊為0，相交單元為0，最大縱橫比為7.4，匹配率為95.2%>85%，滿足模流分析要求。依據以往經驗，塑件選用XS-ZY-125型注射機，主流道尺寸設計根據注塑機噴嘴參數(shù)，確定主流道小段直徑為4.5 mm，錐度為1°，長度為70 mm，選擇非限制性主流道型澆口，依據PA-737物性可知，其成型溫度為250～270 ℃，而脫模推出溫度為50～70 ℃，因此需要對塑件進行冷卻，以縮短塑件制成周期，方便塑件脫模。創(chuàng)建的模流分析模型如圖2所示，采用一模一腔布局形式，其中冷卻系統(tǒng)設計，動模部分采用直流式，定模部分采用直流循環(huán)式，并對澆口位置進行加強冷卻，冷卻介質為15 ℃常溫水，冷卻水路直徑為8 mm，注塑成型工藝參數(shù)采用軟件推薦默認值。

3? ? 模流結果分析

3.1? ? 充填時間

塑件充填時間分布如圖3所示，由圖可知該塑件充填時間為1.180 s，充填時間分布比較對稱，塑件各部位充填時間差異性小，塑料熔體能均勻地充滿型腔，為保證塑件成型質量提供了必要條件。

3.2? ? 翹曲變形

圖4和圖5分別為塑件翹曲變形總體分布和脫模方向分布，從圖4可知所有因素作用下的塑件總的最大變形量為0.561 2 mm，位于塑件按鍵板的框架邊角處，不僅占比很小，而且對塑件影響度小，可以忽略不計，塑件大部分區(qū)域的翹曲變形位于A、B兩處，A處的變形量約為0.300 0 mm，B處的變形量介于0.040 2～0.170 4 mm，A、B兩處為平面結構，翹曲變形量對其外觀和質量影響較大，同時也容易導致塑件粘膜，結合圖5翹曲變形脫模方向分布（Z方向），獲知A處變形量為負值，最小值為-0.279 9 mm，粘膜嚴重，為塑件脫模的最大阻礙，B處次之，塑件框架邊緣變形量值雖然較大，但都為正值，與脫模同方向，有利于塑件脫模。因此，在推出頂桿設計時，應特別注意A、B處。

4? ? 脫模頂桿優(yōu)化配置

4.1? ? 頂桿配置方案

依據模流分析的結果，儀器面板塑件脫模頂桿設計最先考慮位置為圖4中的A處，其次是圖4中的B處，最后考慮其他位置。在此提出4種頂桿配置方案，如表1所示，其中頂桿直徑選擇為2 mm，塑件在分型面上的投影面積為6 156 mm2，頂桿配置規(guī)則是在脫模阻力大的部分優(yōu)先配置、盡量上下左右對稱、由外而內緩慢增加頂桿數(shù)量[6-7]。

4.2? ? 包緊力計算

塑件注塑成型后即在模內進行冷卻定形，冷卻過程產生收縮，塑件體積變小而產生包緊力，當塑件需要脫模推出時，則需要克服由于包緊力而出現(xiàn)的摩擦力以及后續(xù)推出機構移動的摩擦力[8-9]。在脫模初始階段主要是克服包緊力，脫模力即推出力，計算如下：

Ft=Fb（μcos α-sin α）=Ap（μcos α-sin α）

式中：Ft為脫模力;Fb為塑件對型芯的包緊力;μ為塑件對鋼的摩擦系數(shù)，一般為0.1～0.3;α為脫模斜度;A為塑件包絡型芯的面積;p為塑件對型芯單位面積的包緊力，在此選擇模內冷卻的塑件，p取1×107 Pa。

將所需數(shù)值代入上式，得：

Ft=48.14×10-6×（1×107）×（0.2×cos 0.5°-sin 0.5°）63334256-D28B-4619-9239-7AF17A443338

≈92.1 N

最后得到塑件脫模所需克服的包緊力為92.1 N。

4.3? ? 脫模分析前處理

首先導入塑件模型創(chuàng)建分析項目，定義模型單位為mm，添加模型材料為ABS，并進行屬性設置，如塑件密度為1.1 g/mm3，楊氏模量為3 000 Pa，泊松比為0.394，接著進行網格劃分，繼而進行施加載荷與約束。不同頂桿數(shù)塑件承受的載荷如圖6所示，其中圖6（a）為2根頂桿約束載荷，圖6（b）為4根頂桿約束載荷，圖6（c）為6根頂桿約束載荷，圖6（d）為8根頂桿約束載荷。

4.4? ? 脫模分析結果

圖7為不同頂桿數(shù)量的脫模最大主應力分布，圖7（a）（b）（c）（d）對應圖6（a）（b）（c）（d），由圖7可知，頂桿數(shù)為2根與4根時推出最大主應力相同，為0.031 896 MPa;頂桿數(shù)為6根時，推出最大主應力為0.021 264 MPa;頂桿數(shù)為8根時，推出最大主應力為0.017 885 MPa，主應力降低幅度為43.92%。儀器面板塑件材料屬于一般通用注塑級ABS，屈服強度為39 MPa，密度為1.1 g/mm3、楊氏模數(shù)為3 000 Pa，泊松比為0.394，雖然脫模模擬分析還未將所有實際因素考慮周全，但頂桿頂出最大主應力明顯小于注塑材料的屈服值，不會對塑件整體剛性產生影響。因此，儀器面板塑件可以設計采用分布于塑件內腔A處4根和內腔B處4根頂桿構成推出零件，滿足脫模需求。

5? ? 儀器面板注塑模具設計

儀器面板注塑模具裝配圖如圖8所示，該模具采用一模一腔兩板式，型腔由定模鑲件20、動模鑲件23及兩側滑塊6構成。模具工作過程如下：開模時，定模板3與動模板11分開，動模上的拉料桿將主澆道凝料從澆口套18中拉出，塑件與主流道凝料同時留在動模部分，隨著分型面打開，楔緊塊7與側滑塊6脫離，側滑塊6在彈簧22的作用下，沿著滑塊滑槽8向外側移動，完成抽芯動作，當動定模打開一定距離后，注塑機頂桿推動動模上的推板15，推板15則推動頂桿固定板13，迫使安裝固定在頂桿固定板13上的頂桿10向上推出塑件，使塑件脫離成型動模型腔，完成脫模動作。合模時，注塑機上移動模板推動動模部分向定?？繑n，此時固定在頂桿固定板13上的復位桿先接觸定模板11，復位桿安裝有先復位彈簧，迫使復位桿反向推動頂桿固定板13和推板15，使推出機構復位，即所有頂桿10都回到初始位置，緊接著動定模板閉合，此時楔緊塊7與側滑塊6再次接觸，楔緊塊7推動側滑塊6向內運動，固定在側滑塊6上的側型芯在彈簧22作用下逐步歸位，準備下一次注射。

生產實踐證明，該模具在開合模過程中，導柱2和導套4保證了動定模定位準確，滑動平穩(wěn)，沒有發(fā)生松動或咬死的現(xiàn)象，模具的冷卻裝置安裝牢固且密封完好，脫模機構也具備先復位功能，不會與側型芯發(fā)生干涉，設計的模具結構滿足塑件的生產要求。

6? ? 結語

本課題應用Moldflow模流分析技術，獲知儀器面板注塑件翹曲變形量分布特性，再應用Ansys模擬塑件頂出脫模，獲得塑件脫模最佳的頂桿設計位置和數(shù)量，并通過實踐證明，該方法能在工藝與模具設計階段預測注塑件頂出脫模存在的問題，不僅能有效避免頂桿位置和數(shù)量配置不當而影響脫模，而且能提高注塑模具研發(fā)效率，為其他類似注塑產品模具設計提供參考。

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收稿日期：2021-03-10

作者簡介：賴淑貌（1981—），女，福建漳州人，講師，研究方向：機械設計及數(shù)控加工。63334256-D28B-4619-9239-7AF17A443338