| cyqdesign | 2006-10-22 11:40 |
轿车骨架注塑模具结构的虚拟设计在设计领域中，计算机是科技人员高效率设计的工具。设计人员可以按照自己的想象用计算机建立待开发产品的三维模型。利用CAE软件还可对其结构进行应力分析、运动仿真，使不合理的部分随时得到修正。协作单位之间可利用互联网络随时传递信息、交换文件，及时地获取对方工作的进展情况，对设计中出现的问题可随时提出相关的建议和意见，也可对其进行直接修改，进行异地虚拟设计。这样既方便协作又节省时间，可以大大提高工作效率，缩短新产品的开发周期。 1、轿车骨架注塑模具结构总体设计方案 1.1制品分析和材料选择 本制品为轿车骨架，其模型如图1所示。图1中9个黑点为浇口位置。该骨架总体尺寸为2800mm x 1200 mm x 1200 mm，壁厚为3 mm，外表面要求光洁，其粗糙度（Ra）为0.8μm，内表面及其它地方Ra为1.6μm。车身窗口较多，除了尾部车灯处需要侧抽芯以外，前后盖孔均由型芯成型，而左右门窗处的孔则由型芯与型腔的曲面组合而成。制品对型芯有一定的包紧力，可保证制品留在动模一边。车壳内外侧的边角均设计成圆弧倒角，有利于塑料熔体充模流动和制品的顺利脱模，可增加模具的总体强度，更能满足人们对视觉效果的追求。
1.2模具总体结构设计及动作原理 根据轿车大小、形状及用途，并考虑到模具制造技术的合理性和可行性，将模具设计为单型腔、针点浇口进浇的三板式结构，它的外形长3 400 mm、宽1700 mm、高3 800 mm，结构如图2所示。分型时选取骨架底部大平面为分型面，型芯和型腔分别成型制品的内外表面，骨架左右门的空洞由型芯与型腔各成型一半，而车前盖和后盖的空洞可直接由型芯成型，型腔为一个完整的曲面。这样分型有利于将制品留在动模一边，便于脱模。型腔采用整体式，型芯采用轴肩、推件板、固定板和垫板的组合结构。推件板中心孔制成型芯外壁形状，保证与轿车骨架底部的形状吻合，前后4个车轮曲线由嵌块与推件板组合，并可随推件板同时顶出，制品顶出受力均匀，保证了轿车骨架能平稳地被推件板脱出。
（1）熔体注射、保压、冷却完成后，开模时依靠弹簧25作用使次分型面A -A首先打开，拉断浇口，然后次分型面继续打开直到定距拉杆26头部螺钉撞击型腔板13的圆形槽，迫使主分型面B-B打开，制品包紧型芯留在动模一边。 (2)开模到位，注塑机中心顶杆动作，顶出系统前进、推板3前移，制品在大顶杆（顶出回程杆）29、推件板11和小顶杆32的同时作用下推动斜导柱7使滑块12完成侧向分型抽芯，并由钢球10定位。制品从主型芯上顺利脱出。 （3）脱模完成以后，注塑机中心顶杆复位，顶出系统在弹簧30的作用下先行复位，侧向抽芯机构回复到原始位置，进而主分型面B-B和次分型面A-A相继合模，完成整个成型周期。 1.3浇注系统设置 由于轿车骨架的尺寸较大，且尾部又设有需侧抽芯的灯孔，因此该模具采用多点浇口进浇，浇注系统如图3所示。图1中9个点浇口分别设于轿车骨架的前、中、后部，脱模时可自动拉断，在外壁上基本不留痕迹。采用这种小浇口增加了物料的流速，浇口前后两端有较大压力差，便于充模。小浇口处有较大阻力，熔体流过浇口时一部分能量转换为摩擦热，使熔体温度明显升高，可降低表观粘度，增加充模的流动性。另外，小浇口冻结快，可控制并缩短补料时间，有助于提高制品质量，厂缩短成型周期。经CAE优化，浇注系统完全达到预期设计的效果。
轿车骨架外形复杂、长和宽的尺寸较大、壁厚较薄，尾部有灯孔需侧抽芯，上面有较大的空缺部位，特别是门和窗中间的骨架部位尺寸相对较小。因此，该模具采用了顶杆与推件板及斜导柱联合脱模机构。为保证制品形状，顶杆前端应加工成所在制品位置的形状，并与型芯顶部曲面吻合。推件板作用于制品底部最大截面上，中心隆起的壳体则由顶杆顶出。脱模时，制品在推件板、顶杆及斜导柱的同时作用下，使尾部滑块首先分型、抽出灯孔侧型芯，进而将制品顶出主型芯而脱出。 1.5导向机构设置 该模具在动模边设有4根导柱，材料为T8 A，主要用于导向、定位、承受注塑时产生的侧向压力，并有支撑推件板脱模时重力的作用。在定模边也设有4根定距拉杆，其配合长度较长，同样能起到导向、定位和承受型腔板重力的作用。为增加导柱寿命，导套以硬度较低的黄铜制成，可使开合模更趋于平稳。 由于制一品形状复杂，包紧力较大，模具中采用了4根大顶杆、推件板和13根小顶杆联合顶出，并在顶出系统中设有4根推板导柱，可避免小顶杆顶出时产生倾斜、变形甚至折断，同时可以防止型芯垫板在高压注射成型下变形，提高了产品质量。 1.6冷却系统设置 考虑到制品冷却的均匀性及模具加工的方便，在定模型腔板上开设了两条对称且不在一个截面上的水道；在动模主型芯上开设了4条冷却水道，水道进、出口开在型芯垫板上，水的流向如图2所示。 在每条水道沿型芯的纵向开设了若千个垂直于轿车 骨架的孔，并在孔的中间插人隔板，以保证能增大 散热面积。 2、理论计算 2.1脱模力与锁模力 包紧力P可采用式（1）计算： P＝Q（Rkl一Rk2）/Rk2＝EεT/Rk2（1） 式中：Q—拉应力，Pa； RK1 、Rk2注塑件和型芯的径向尺寸，m； E ——弹性模量，Pa； ε——收缩率，％； T——注塑件壁厚，m。
式中：地F1、F2——注塑件和型芯的当量截面积，m2 Q——脱模力，N； K——可靠性系数，一般取2~3; h ——型芯埋入注塑件深度，m； A——型芯断面周长，m； μ——摩擦系数，取0.1~0.2； a-脱模斜度，为23°。 锁模力F＝P′×s，最大注塑压力P取100MPa，注塑件和浇注系统在轴向的投影面积之和S约为1.44 m2，实际生产中F为： F ≥P' x S＝100 x 1. 44＝144 MN (4) 2.2开模行程与侧抽芯尺寸 开模行程H可用式（5）计算： H≥Hl＋H2＋a十10 mm＝2 650 mm（5） 式中H1——注塑件脱模距离，为1200 mm; H2——注塑件高度，为1200 mm; a—脱出浇口所需次分型面打开距离，为240 mm。 骨架尾部有对称的单向侧抽芯孔，抽芯距离S′＝156 mm，斜导柱与水平线夹角a＝23°，因此得到斜导柱有效长度L为： L＝S'/sina＝400 mm（6） 最小开模行程Hc＝L x cosa＝445 mm，因此保证了Hc＜Hl＋H2。2.3冷却水道尺寸 研究表明，湍流状态下的对流传热效果比层流状态下好。判断流动状态的准则是雷诺数（Re）。Re ≥4000时即为湍流状态，由此可以计算出当量直径大于等于4 mm时为湍流。本模具初定水孔直径为50.5 mm。
dw--冷却水道断面为非圆形时的当量直径，为0.0505 m； p—水的密度，为998.2 kg/m3； μ—水的粘度，为1.005 x 10 -3 Pa·S ; Cw—水的比热容，为4. 183 kJ/ ( kg·K)； λ—热导率，为0. 599 W/（m·K）（以上均为20 ℃下的数据）； θm-模具平均温度，为60℃； θw—冷却水平均温度，为25 ℃； C-熔体比热容，为2. 2 kJ/（kg·K）； Pi—熔体密度，为778 .3 kg/m3； V—一次注射量，m3。 3、结论 （1)轿车骨架的造型和模具结构全都采用虚拟方法设计，并对浇注和冷却系统进行CAE优化，使模具结构设计合理，能大大缩短开发周期，降低成本。 (2）该单型腔、针点浇口的三板式模具总体尺寸大，浇口多（可缩短充模时间）且能自动脱出，不会留下明显的痕迹。 (3)轿车骨架尾部左、右灯孔采用了斜导柱与侧滑块同在动模的分型抽芯机构，可使滑块分型抽芯与合模复位安全；采用顶杆和推件板联合脱模机构，可使脱模时受力均匀，而弹簧可保证顶出系统安全复位。 (4)定模型腔沿轿车骨架的表面开设了两条冷却水道，可保证型腔曲面均匀冷却；型芯采用了4条相互错位交叉进出水的冷却水道，每一条水道沿型芯的纵向开设了若干个垂直轿车骨架的孔，并在孔中间插人隔板，它保证了水的流速和散热面积在计算值的许可范围内，可进一步用CAE优化冷却系统获得准确的控温参数。 |
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