基于UG和Moldflow儿童手机的注塑模具设计

2022-09-10

一、儿童手机产品设计过程

(一) 产品分析

根据市场要求, 该手机前后盖材料选择塑料, 根据塑料的特性, 塑件在出模后会产生一定的变形, 因此样品制作时需要对该零件的测量数值进行分析处理, 如对制品装配尺寸的偏差修正, 提高产品质量。该产品外轮廓为曲面造型, 形状不规则, 需要多次测量。儿童手机产品的外形尺寸为48×30×20 (单位mm) , 外观特征如图1所示:

(二) 产品三维实体造型

使用三维绘图UG软件, 进行手机的模型创建。UG软件建模模块具有高效性, 可以完成产品模型的创建。通过造型、拉伸、镜像、抽壳等工具的使用, 绘制产品的曲线曲面。产品的前后视图如下图2所示:

(三) 产品的材料选择

该款儿童手机前后盖, 材料采用PC+ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物) , 是热塑性材料。材料具有优良的成型加工性能, 流动性好, 强度较高, 塑件尺寸稳定, 对使用环境无特殊要求。

二、注塑模具的设计过程

(一) 注塑设备的确定

塑料制品的注塑机, 根据外形的分类方式有立式注塑机、卧式注塑机、直角式注塑机等;通过对该手机前后盖的尺寸、工艺分析, 在注塑过程使用SZA-YY60型号的注塑机。

(二) 模具模仁设计

在UG软件中确定产品的分型面, 以分型面为基准抽取产品外轮廓曲面, 通孔的位置需要补面, 扩大分型面, 把上述需要切割用的面组合成一整体面, 用来分割创建初始模仁的长方体, 利用布尔运算, 确定动模仁与定模仁的形状, 并添加合模角。在这个过程中要注意分型面的选择, 尽量选择平直的装配面, 如果分型面不在同一平面上, 就需要用到一些角度很小的角, 作为分型面发生变化的部位。

(三) 浇注系统设计

浇注系统在模具中是从注塑机炮嘴到模仁的型腔之间的一段进料通道。作用是把熔融的塑料充满整个型腔, 将注射的压力传递到模仁型腔的各部位, 以获得表面光洁、组织致密、外形清晰和尺寸精确的塑料制品。主流道、分流道、冷料井、浇口等几部分组成了浇注系统。

1. 主流道的设计

主流道在浇口套中外侧连接注塑机炮嘴内侧到分流道的一段进料通道。负责把熔融的塑料从炮嘴处引入到模具中, 主流道的尺寸、形状, 直接影响熔体塑料的流速和填充时间。模具开模时, 为了保证塑料制品的凝料可以从主流道中快速拔出, 主流道需要设计成圆锥形, 具有α=3°~8°的锥角, 内壁的表面粗糙度值在Ra0.8μM以下, 主流道小端直径要大于炮嘴直径的0.5~1mm, 凹坑半径R要比炮嘴头的半径大1~2mm, 保证凝料顺利拔出。根据以上所述和注塑机的配合要求。该产品注塑模具设计的浇口套如图所示:

2. 分流道及其平衡布置

分流道是主流道与浇口之间的一段进料通道。一般根据分流道截面形状不同, 分为半圆形、圆形、梯形、椭圆形、矩形和U形等几种形式, 该制品分流道选用U形截面, 截面尺寸根据儿童手机前后盖的的形状、体积、壁厚、分流道长度和塑料品种等因素确定, 在分流道的两端有两个浇口, 两边同时进行浇注, 制品的质量也更有保障。如图所示:

3. 浇口的设计

浇口就是进料口, 分流道和模仁型腔之间的小孔部分, 塑料熔体从这个小孔进入型腔。在设计浇口时, 一般先取较小的数值, 试模过程中可以逐步修正。浇口的形式有多样:点浇口、侧浇口、直接浇口、潜伏浇口等。本设计中采用潜伏浇口, 它不必设在表面上或分型面上, 而是在内表面或侧面隐蔽处或筋/肋/柱上, 其优点是:不影响外观, 避免了常见浇口缺陷, 如喷痕, 气痕等。如图所示:

4. 冷料穴的设计

冷料穴作用是, 储存熔体流动时的前端冷料, 防止前端冷料流入型腔进而影响塑料制品的质量。模具开模后, 冷料穴的凝料和塑件制品会一起被顶针顶出。适用于不同品种塑料的注塑成型, 也是常用的结构。如下图所示:

(四) 冷却水路的设计

冷却水路设置在模仁和模架的动模板和定模板上, 根据塑料制品的形状和壁厚确定水路的位置。动模仁和定模仁上的冷却水路, 需设置在熔体塑料在模腔中热传导困难的位置附件, 冷却水路需围绕模腔中成型制品的周围, 排列均匀。在模架的模板上设置的冷却水路, 也应上述设计原则, 使冷却水路尽量靠近模具型腔表面, 并且围绕型腔周围, 保证塑料制品成型过程中均匀冷却。该儿童手机前盖制品, 形状较为复杂, 细节位置塑料熔体难以充填, 需要均匀的进行冷却, 才能保证产品的质量。该模具在模仁上的冷却水路直径为8mm, 具体结构分布如图所示:

(五) 顶出系统的设计

(1) 推出机构设计。推出机构可以把开模后的塑件制品及浇道凝料, 从模具型腔中顺利推出, 并从模具中脱落。推出机构由拉料杆、推板、顶针、固定板、司桶等零件组成。设置推出机构时, 首先要确定模具开模后, 塑料制品留在动模侧还是定模侧, 推出机构要设置在塑料制品滞留的那部分中。该模具根据注塑机型号的选择, 推出机构需要设置在动模侧, 为了防止推出机构在复位时受到掉落异物的阻碍, 在动模座板上设计了垃圾钉。 (2) 顶针的形状与尺寸选择。顶针一般选择圆形结构, 对于细长的顶针, 后部可以加粗做成台阶形。顶针长度尽量短, 推出时, 将塑料制品推到高于模仁10mm左右即可。顶针的前端面应高出动模仁顶面0.05-0.1mm。在保证顺利顶出制品的前提下, 顶针数量越少越好。 (3) 复位杆。复位杆的作用是保证顶出机构顶出制品后, 在下一次合模前, 动模侧的顶针机构及时复位。避免碰坏两侧的模仁, 所以在顶出机构中要设置复位杆。复位杆的位置与顶针一起固定在顶针固定板上, 且一般设置了四根, 均匀分布在顶针固定板的四周, 位于模仁、浇注系统和冷却水路等机构外侧, 复位杆后端设有截面为矩形的弹簧。在模具合模过程中, 四根复位杆的前端面与定模板表面接触, 开始复位, 复位、合模同时完成。如图8所示。 (4) 导向装置位置的布置。导向装置包括导柱和导套, 作用是保证模具精确闭合, 保护模仁, 防止注射过程中模板受力而产生偏移。一般导柱安装在动模侧, 导套安装在定模侧。根据模具尺寸的大小, 在模仁的四周设置导柱和导套, 该模具中设置了四根导柱和导套。如图8所示: