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圖7 側(cè)澆口氣穴位置 圖6 點(diǎn)澆口氣穴位置 變光蓋板注塑模具設(shè)計(jì) 趙鳳國 1 ， 朱靜 2 （1.大連市技師學(xué)院，遼寧大連 116013；2.大連交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧大連 116028） 1 塑件分析 圖 1 所示塑件為變光蓋板， 材料為ABS，具有良好的流動(dòng)性， 易于成型。該塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸 小，對(duì)局部滑動(dòng)工作面要求高，無 滑痕。該塑件長(zhǎng)寬高為48.5mm 34mm10.5mm，壁厚較為均勻， 基本壁厚為1.5mm和1.75mm。對(duì)于該薄殼塑件，可使用 MoldFlow有限元分析中的Fusion類型網(wǎng)格。 2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由于塑件的體積比較小，采用一模兩腔。為側(cè)澆口和點(diǎn) 澆口，用MoldFlow進(jìn)行分析對(duì)比，選擇最終的澆口形式。 方案1為點(diǎn)澆口形式，如圖2 所示，方案2為側(cè)澆口形式，如圖3 所示。由塑料模具技術(shù)手冊(cè)，查 得側(cè)澆口尺寸推薦值：深度 h= 1mm，寬度b=1.5mm，長(zhǎng)度取1mm。 點(diǎn)澆口的截面為圓形，直徑d一般 在0.82.0mm內(nèi)范圍選取，所以選 取1.5mm。 2.1 填充分析 填充時(shí)間：填充時(shí)間是指熔體 充滿整個(gè)型腔的時(shí)間，兩種方案的 分析結(jié)果如圖4及圖5所示。 從圖4和圖5中可以看出，兩種方案均可將制件填 滿，但點(diǎn)澆口所需填充時(shí)間為0.5094s，而側(cè)澆口則需要 0.7200s。且兩種方案填充均很均勻。所以單從時(shí)間上來看 點(diǎn)澆口要優(yōu)于側(cè)澆口。 2.2 氣穴的分析 氣穴位置的分析是在可 能形成氣穴的位置用粉紅線 勾畫出來。根據(jù)分析圖可以看 出氣穴出現(xiàn)的嚴(yán)重與否。如果 所生產(chǎn)的制件對(duì)表面質(zhì)量的 要求不是很高則有些表面氣 穴的形成還可以接受。分析結(jié) 果如圖6及圖7所示。 從分析結(jié)果來看點(diǎn)澆口 的氣穴較多，且分布不均勻， 而側(cè)澆口的氣穴較少，且形成的氣穴位置位于制件最右 端面，并且相對(duì)集中，這樣既不影響制件表面美觀也易于 設(shè)置排氣裝置。所以從氣穴上來看側(cè)澆口要優(yōu)于點(diǎn)澆口。 2.3 熔接痕的分析 熔接痕：在塑料制件成型中，當(dāng)熔融體由分流狀態(tài)再 次合流時(shí)便會(huì)形成熔接痕。熔接痕多產(chǎn)生在多澆口或有 摘 要：針對(duì)變光蓋板注射成型工藝，利用CAE技術(shù)，通過MoldFlow模擬分析，進(jìn)行澆注系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從熔接痕、 氣穴等方面比較分析，得出最優(yōu)的澆口位置，進(jìn)而進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從而獲得高質(zhì)量產(chǎn)品，大大縮短了模具開發(fā)的時(shí) 間，降低了模具的生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞：注塑模具；MoldFlow；澆口；優(yōu)化設(shè)計(jì) 中圖分類號(hào)：TQ320.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：10022333（2008）11013203 Injection Mould Design of Changing Light Coverplate ZHAO Feng-guo 1 ， ZHU Jing 2 （1Dalian Technician Institute , Dalian 116013, China ；2School of Mechanical Engineering, Dalian Jiao Tong University, Dalian 116028, China） Abstract： In this paper injection molding process of changing light coverplate was analyzed by CAE method. Optimum runner system was designed by means of Moldflow software. Based on the comparative analysis of weld lines and air traps, the optimum gate location was fixed. Then the structure of mold was designed. It resulted in products of high previewed quality, shorted the researching time of mold, reduced the cost of mold. Key words： injection mould; moldFlow; gate; optimum design 圖1 變光蓋板模型 圖3 側(cè)澆口 圖2 點(diǎn)澆口 充填時(shí)間 =0.5094s s 0.5093 0.3820 0.2547 0.1273 0.0000 充填時(shí)間 =0.7200s s 0.7199 0.5399 0.3599 0.1800 0.0000 圖5 側(cè)澆口填充時(shí)間分析圖4 點(diǎn)澆口填充時(shí)間分析 機(jī)械工程師 2008年第11期 132 解決方案 SOLUTION 工藝 /工裝 /模具 /診斷 /檢測(cè) /維修 /改造 凸臺(tái)的制件中，是注射成型常見的缺陷之一，它是注塑件 的薄弱環(huán)節(jié)，不但影響制品的美觀，而且影響制件的總體 強(qiáng)度。因此熔接痕的研究非常重要。分析結(jié)果如圖8及圖 9所示，可以看出點(diǎn)澆口的熔接痕最大達(dá)到了 180，而側(cè) 澆口的熔接痕最大僅為6.17，并且點(diǎn)澆口的熔接痕產(chǎn)生 的位置在制件的最右端，而這個(gè)位置屬于制件的薄弱端， 而且是易產(chǎn)生應(yīng)力集中的區(qū)域。造成制件開裂。所以從熔 接痕上分析，側(cè)澆口大大優(yōu)于點(diǎn)澆口。 2.4 流動(dòng)前沿處溫度的分析 熔融前沿分布是模具中任意點(diǎn)前沿到達(dá)的時(shí)間，熔 融體流動(dòng)前溫度指的是熔融體流動(dòng)前沿到某一節(jié)點(diǎn)的溫 度。在制件厚度比較薄的部分，如果這一溫度太低，則會(huì) 造成滯流、短射現(xiàn)象的發(fā)生。如果這一溫度太高，則會(huì)使 熔融聚合體發(fā)生降解，造成制件的表面缺陷。所以，在成 型過程中要確保熔融流動(dòng)前沿的溫度保持在塑料聚合體 所要求的使用范圍內(nèi)。分析結(jié)果如圖10和11所示。 從圖中可以看出，兩種方案塑料熔體前沿的溫度范 圍分別為239.4-240.0和238.5-240.0均沒超出塑 料材料的適用范圍（220-260）。所以這兩種方案均能 滿足塑料熔體在成型過程中的要求。 2.5 鎖模力的分析 鎖模力即注塑時(shí)閉合模具所需的力，分析的最大鎖 模力應(yīng)小于注射機(jī)最大鎖模力的80。其分析結(jié)果如圖 12和圖13所示，點(diǎn)澆口的鎖模力要小于側(cè)澆口所需要 的鎖模力，因此就鎖模力來講，點(diǎn)澆口要優(yōu)于側(cè)澆口。 從熔接痕及氣穴的分析結(jié)果來看，側(cè)澆口要優(yōu)于點(diǎn) 澆口，且從設(shè)計(jì)排氣方式來看側(cè)澆口較點(diǎn)澆口較容易。從 熔體流動(dòng)前沿處溫度來看兩種方案均適合，雖然從充填 時(shí)間和鎖模力來看，點(diǎn)澆口略優(yōu)于側(cè)澆口，但點(diǎn)澆口需要 用雙分型面來開模，較單分型面復(fù)雜許多。因此，從本塑 件的自身簡(jiǎn)單性及上述分析結(jié)果綜合來看，側(cè)澆口要優(yōu) 于點(diǎn)澆口。最終選擇側(cè)澆口進(jìn)行澆口的設(shè)計(jì)。 3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模具中的成型零件是決定塑件幾何形狀和尺寸的零 件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。針對(duì)蓋板 的成型零件，主要是型腔。 定模是成型塑件外表面的主要零件，按其結(jié)構(gòu)不同 可分為整體式和組合式兩類。整體式定模是有整塊材料 加工而成的，它的特點(diǎn)是牢固，使用中不易發(fā)生變形，不 會(huì)使塑件產(chǎn)生拼接線痕跡，這種整體式定模常適合于形 狀簡(jiǎn)單的中、小型模具上。由于本塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以此 種整體式定模適合于本塑件。 動(dòng)模是成型塑件內(nèi)表面的主要零件，也可稱為型芯， 按其結(jié)構(gòu)不同也可分為整體式和組合式兩類。整體式動(dòng) 模：其結(jié)構(gòu)牢固，但不便加工，消耗的模具鋼多，主要用于 工藝試驗(yàn)?zāi)；蛐⌒湍＞呱系男螤詈?jiǎn)單的型芯。本塑件結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸及精度要求都不高，所以此種整體式動(dòng)模適 合于本塑件。 3.2 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 推出機(jī)構(gòu)分為很多種，有簡(jiǎn)單推出機(jī)構(gòu)、動(dòng)定模雙向 推出機(jī)構(gòu)、二級(jí)推出機(jī)構(gòu)等。由于本課題所研究的塑件結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，即采用簡(jiǎn)單推出機(jī)構(gòu)能滿足設(shè)計(jì)的要求。 簡(jiǎn)單推出機(jī)構(gòu)中的推桿推出機(jī)構(gòu)是最常用的推出機(jī) 構(gòu)，常被用來推出各種塑件。推桿的截面形狀根據(jù)塑件的 推出情況而定，可設(shè)置成圓形、矩形等，其中以圓形最為 常用，因?yàn)槭褂脠A形推桿的地方，較容易達(dá)到推桿和模板 或型芯上推桿孔的配合精度，另外圓形推桿還具有減小 運(yùn)動(dòng)阻力、防止卡死現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，損壞后還便于更換。因 此本課題采用截面為圓形的推桿推出機(jī)構(gòu)。 3.3 模具結(jié)構(gòu)及工作過程 經(jīng)過上述分析與計(jì)算，變光蓋板模具的總體結(jié)構(gòu)如圖 14所示。具體工作過程如下：通過注射機(jī)注射成型后，開模 時(shí)，動(dòng)模部分向下移動(dòng)，在拉料桿18與推桿13的共同作用 下把定模2以上的部分頂出，從而使定模型腔內(nèi)的塑件順利 脫模，同時(shí)主流道凝料從澆口套中拉出，直至開模行程終了， 合模一開始在復(fù)位桿14的作用下復(fù)位，合模結(jié)束后，模具在 注射機(jī)的作用下鎖緊，完成注射成型的一次循環(huán)。 （下轉(zhuǎn)第82頁） 熔接痕 =180.0deg deg 180.0 135.0 90.00 45.00 0.0000 熔接痕 =6.170deg deg 6.169 4.627 3.085 1.542 0.0000 136 139 66 縮放80mm 圖9 側(cè)澆口熔接痕圖8 點(diǎn)澆口熔接痕 流動(dòng)前沿處的溫度 =240.0C C 240.0 239.9 239.7 239.5 239.4 流動(dòng)前沿處的溫度 =240.0C C 240.0 239.6 239.2 238.9 238.5 圖11 側(cè)澆口流動(dòng)前沿 處溫度 圖10 點(diǎn)澆口流動(dòng)前沿 處溫度 1.250 1.000 0.7500 0.5000 0.2500 0.0000 鎖 模 力 / t 鎖模力：XY圖 0 5 10 15 20 25 30 35 時(shí)間/s 圖13 側(cè)澆口鎖模力 0.5000 0.4000 0.3000 0.2000 0.1000 0.0000 鎖 模 力 / t 鎖模力：XY圖 0 5 10 15 20 25 30 35 時(shí)間/s 圖12 點(diǎn)澆口鎖模力 133 機(jī)械工程師 2008年第11期 解決方案 SOLUTION工藝 /工裝 /模具 /診斷 /檢測(cè) /維修 /改造 4 結(jié) 語 本文借助 CAE技術(shù)，即 MoldFlow 的分析,優(yōu)化澆注 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。從填充時(shí)間、熔接痕、氣穴、流動(dòng)前沿的溫度 和鎖模力方面綜合分析了最優(yōu)的澆口位置，即采用側(cè)澆 口。進(jìn)而進(jìn)行了合理的模具設(shè)計(jì)，以注塑出最佳的塑料制 品，保證制品能全部充滿，大大縮短了模具制造的時(shí)間， 降低了模具的生產(chǎn)成本。 （編輯立 明） 作者簡(jiǎn)介：趙鳳國（1958-），助理講師，高級(jí)技師，主要研究方向?yàn)闄C(jī) 械優(yōu)化設(shè)計(jì)。 收稿日期：2008-09-16 頁例題10-2為例進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，基本數(shù)據(jù)與之相同，輸入轉(zhuǎn) T 1 9.94810 4 Nmm，輸入轉(zhuǎn)速n 1 =500r/min，傳動(dòng)比u=3.2。 根據(jù)以上建立的單級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器的數(shù)學(xué)模 型，用 MATLAB 語言編制的求解程序由以下 4 個(gè)函數(shù) （主程序和子程序）組成： 減速箱齒輪傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)主程序（geardesign.m） sigmahp，sigmafp=gearparameter（rat）； x0=3，24，14； options=optimset（display，iter）； lb=2，20，8； ub=4，40，16； x，f，exitflag，output=fmincon(gearobjfun，x0，lb，ub， gearconstr，options） 目標(biāo)函數(shù)子程序（gearobjfun.m） function f=gearobjfun(x）； f=x（1）*（1+rat）*x（2）/(2*cos（x（3）*pi/180）； 約束條件子程序（gearconstr.m） functionc，ceq=gearconstr（x） c（1）=zh*zep*（cos（beta）2*sqrt（1 +1/rat）/（x（1）*x（2）3）*sqrt （kk*T1）-3.726e-3*sigmahp（1）； c（2）=（cos（beta）2/x（2）2/x（1）3*yfa（1）*ysa（1） *yep*ybeta*kk*T1-0.5*sigmafp（1）； c（3）=（cos（beta）2/（rat*x（2）2/x（1）3*yfa（2）*ysa（2） *yep*ybeta*kk*T1-0.5*sigmafp（2）； c（4）=d2-350； c（5）=abs（2*x（1）-round（2*x（1）-0.001； ceq=； 許用應(yīng)力計(jì)算程序（gearparameter.m） functionsigmahp，sigmafp=gearparameter（rat） for i=1:2 sigmah（i）=495+0.889*（HBS（i）-150）； sigmaf（i）=170+0.3*（HBS（i）-150）； end for i=1:2 sigmahp（i）=sigmah（i）*zn（i）/1.1； sigmafp（i）=sigmaf（i）*yn（i）*1.48； end 運(yùn)行上述最優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，計(jì)算中采用序列二次規(guī) 劃算法和一維搜索算法，共經(jīng)過7次規(guī)劃子問題的求解。 當(dāng)相鄰兩次二次規(guī)劃子問題解的函數(shù)值之差與最大不滿 足約束的值都滿足給定計(jì)算精度 10 -6 之后程序運(yùn)行結(jié) 束。輸出最優(yōu)解如下： x=2.4995 20.0000 13.9136 f=108.1522 經(jīng)過適當(dāng)圓整和標(biāo)準(zhǔn)化修正后的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 參數(shù)如下： x=2.5 20 14 f=108.15 而對(duì)比常規(guī)設(shè)計(jì)得到的參數(shù)：Xx 1 ，x 2 ，x 3 T m n ，z 1 ， T 2，31，14 T ，目標(biāo)函數(shù)值 a=133.98mm，優(yōu)化后，減速 器目標(biāo)函數(shù)值下降了19.3%。可見，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)在保證 滿足約束的條件下盡量減少了尺寸富裕量，極大地節(jié)約 了資源。 3 結(jié)束語 通過對(duì)實(shí)例的計(jì)算和對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析，證明了應(yīng) 用MATLAB優(yōu)化工具箱進(jìn)行減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)求解，具 有編程工作量小、初始參數(shù)輸入簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)效率高等優(yōu) 點(diǎn)，尤其是對(duì)于某些工程問題，用一種預(yù)先選定的方法很 可能得不到最優(yōu)解，運(yùn)用MATLAB語言優(yōu)化工具箱來求 解優(yōu)化問題就顯得簡(jiǎn)便可靠。但是，在實(shí)際工程中僅對(duì)單 目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化是不夠的，還需對(duì)多目標(biāo)的優(yōu)化加以研究， 不斷探索出更好的優(yōu)化方法。 參考文獻(xiàn) 1 陳杰MATLAB寶典M北京：電子工業(yè)出版社，2007. 2 濮良貴，紀(jì)名剛機(jī)械設(shè)計(jì)M第七版北京：高等教育出版社，2000. 3 唐軍，等減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)J重型科技機(jī)械，2005（4）：15-17. 4 王文斌，等機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. （編輯黃 荻） 作者簡(jiǎn)介：張?jiān)迫A（1971-），男，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。 收稿日期：20080910 仿真 /建模 /CAD/CAM/CAE/CAPP 制造業(yè)信息化 MANUFACTURING INFORMATIZATION 機(jī)械工程師 2008年第11期 82 圖14 變光蓋板注射模 1.動(dòng)模板 2.定模板 3.定模座板 4.澆口套 5.定模 6.導(dǎo) 柱 7.導(dǎo)套 8.動(dòng)模 9.支承板 10.限位銷 11.推板 12.推 板固定板 13.推桿 14.復(fù)位桿 15.墊塊 16.推板導(dǎo)套 17. 推板導(dǎo)柱 18.拉料桿 19.內(nèi)六角螺釘 20.動(dòng)模 （上接第133頁） 3333333333 333333333333333333333333333 3333333333 2 3 4 5 6 7 1 18 17 16 1 9 0 15 14 13 12 11 10 9 8 19 20 2 9 0 200