摘要: 以手机上盖制品为例,按照现代模具设计方法的一般过程,综合运用moldflow软件进行塑料流动分析和ug软件进行模具设计,得到了合理的注射工艺参数和优化的模具结构。与传统的模具设计方法相比,现代模具设计方法提高了模具设计的准确率,缩短了模具设计和制造周期,提高生产效率,取得了显著的经济效益。

模具工业是制造业发展的基础。近年来,随着模具工业的飞速发展,cad/cam/cae技术逐渐应用于模具工业,效果良好,受到企业的青睐。为满足模具工业专业性要求,软件厂商针对各类模具的特点推出功能完善、操作简便的cad/cam/cae专用系统。模具设计摆脱了以往传统的纸质设计和以个人经验为主的判断,转向了现代模具设计方法。这里以手机上盖制品为例,系统介绍了运用ug和moldflow软件进行模具设计的方法和步骤。

1 模具设计流程

模具设计流程如图1所示,各项设计工作将按照流程进行。


2 三维实体建模

利用ug软件的曲线、曲面及实体造型功能,根据产品主要特征建立特征曲线,通过拉伸、旋转和布尔运算,形成产品的主要结构特征,获得手机上盖制品的实体三维模型,如图2所示。


3 模拟流动分析

将做好的三维模型通过stl文件转换格式导人到moldflow 中进行模拟流动分析。对模型进行网格划分并选择好成型材料。制件是一个材质为abs的上盖,要求外表面美观,不能有明显的流痕以及浇口痕等。综合考虑制件用途、装配要求、以及模具制造工艺性等。

moldflow分析后生成最佳浇口位置,椭圆区域为最佳的浇口位置区域,浇口设在该区域可以保证注塑过程的熔体流动的平衡性。其中椭圆区域中心黑点为最佳浇口点。

经moldflow分析得到填充时间结果,得出手机上盖在0.691 s时间内完成熔体的填充。从填充时间的结果上看,手机上盖的下端首先充满,上端随后充满,时间上相差0.2 s。


经moldflow分析,得出锁模力与时间曲线关系如图5所示。由图5可知,最大锁模力为16.86kn。出现在在0.930 s。

经moldflow分析,得出注射压力与时间关系如图6所示。从图6可知,浇口位置压力曲线表达了浇口处在注射、保压、冷却整个过程中的变化,最大注射压力为72.2 mpa,出现在0.626 s。


在产品的填充阶段,熔体前锋流速的不一致会造成产品的翘曲,而且熔体前锋区域流速差异越大,产品成型中表明应力和分子趋向问题就更严重。经moldflow分析得到的推荐的螺杆速度曲线(如图7)能够保证熔体前锋流速的一致性。因此利用得到的推荐的螺杆速度曲线,可以减少产品不均匀的表明应力问题和翘曲现象。


经moldflow 分析从而可优化模具设计、优化注塑机参数设置、提高制件生产之类的稳定性。并为制件设计、模具设计、注塑生产等整个过程提供了非常有价值的信息和建议,使制件具有更好的工艺性。

4 模具设计

利用moldflow分析、确定好模具的浇口等位置后,可利用ug软件中的moldwizard模块进行模具结构设计。

4.1 分型设计

分模前的准备:模具设计的第一步是调用零件并创建手机外壳的塑件,创建毛坯,毛坯可使用的尺寸是由moldwizard自动计算塑件(经收缩率计算之后的塑件)的最大外形尺寸,自动计算塑件(经收缩率计算之后的塑件)的最大外形尺寸,增加一定的余量(考虑模块的力学性能要求,按经验值给定)。给出一个默认的模块大小。在后面的设计过程中,将利用moldwizard分模功能在毛坯的基础上生成模具的型芯和型腔。分模处理是moldwizard模具设计的核心部分。这个过程主要由以下3个步骤组成。

(1)识别分模线或自然分模轮廓正确的分模线其投影应位于塑件在模具顶出方向(ze)上的最大截面处,这样的分模线才能使塑件从模具中顺利脱模。一般情况下,moldwizard能够自动准确地识别分模线。但是,在一些情况下(比如塑件的cad模型存在缺陷,或cad模型太过复杂),moldwizard不能很好地识别,对于这种情况,moldwizard也为用户提供了手动识别的功能,以使分模线正确无误。

(2)由分模线生成分模面正确地找出分模线以后,利用这些分模线来生成分模面。将利用这些分模面来修剪毛坯工件,从而生成模具的型芯和型腔。

由分模线生成分模面的方法有很多:延伸(extrude)、边界平面(bounded plane)、扫描(swept)和延展曲面(enlarged surface)等。需说明的是,本例分模线不在同一曲面上,应先将分模线分段,然后利用以上方法对各段进行生成分模面处理,最后由各段分模线生成的分模面进行缝合,产生一个完整的分模面。

(3)开始分模开始分模前,用户必须确定模型已被修补完整。例如手机外壳上分布了很多通孔,用来给手机键盘和屏幕的安装保留空间。这些通孔在分模前需要被修补,从而产生修补面。如果不加以修补,系统将无法决定这些通孔是由型腔部分还是由型芯部分生成。本例中,通孔由型芯部分生成。随后,moldwizard将会从手机外壳的cad模型上提取出两部分面,手机外壳的外表面将作为型腔面,其内表面将作为型芯面,并分别与分模线创建的分模面及相应的修补面结合在一起,然后对毛坯工件进行修剪,最终生成模具的型腔和型芯。

4.2 模架、浇口和流道及标准件的设计

从模架库中选择hasco—e系列标准模架,ug系统加载模架结构。在加载模架过程中,分型面的位置不正确,应采用ug的装配功能进行调整,确定正确的位置。还可以利用模架管理多模架结构各种参数进行调整,使其符合实际要求。

在moldwizard中,浇口和流道操作可以很方便地创建常见的浇口和流道形式,设计时可以直接调用已有的浇口,也可以自己定义和创建浇口。ug将浇口和流道当作一个零件来管理,可根据实际情况对浇口的参数进行修改,由于ug设计中各个零件之问的关联性很强,局部的改变,整体会随之变化,并一个保存,这很便于模具的设计及修改。还可依据moldflow 中的分析,设置创建好流道和浇口。

利用添加标准件功能,选择标准零件的规格,包括定位圈、浇口套、顶杆、嵌件、复位杆和滑块抽芯机构的设计等。而后利用建腔功能为定位圈、浇口套、顶杆、嵌件、复位杆和滑块抽芯机构建腔。最后得到模具设计结果如图:


5 结束语

采用ug moldwizard进行分模,减少了计算量(如收缩率等),将设计者从繁重的工程制图中解放出来;将型芯、型腔的设计和模架库有机地统一起来。在设计过程中,moldwizard为型腔、型芯、。滑块和嵌件等的建立提供了高级建模工具,方便、快速地提供相关联的三维实体结果。利用moldflow进行模拟分析,减少了试模、修模的次数,缩短了模具设计与制造周期,保证制品完全填充;也可以优化模具结构,得到最优的浇口数量与位置、合理的流道系统和冷却系统;并对型腔、浇口、流道、以及冷却系统等尺寸进行优化;还可确定并优化注塑工艺参数。另外,用moldwizard进行模具设计时冷却道的设计比较繁琐费时,可以在ug提供的二次开发平台完善该工序。(end)