基于CAE/CAD技术的梳子模具设计

王华东

(辽宁轨道交通职业学院，辽宁 沈阳 110023)

0 引 言

梳子是人们在生活中常用的日用品，笔者以梳子模具为研究对象，提出符合高效生产的设计要求，达到提高经济效益的设计目的，从浇注系统、冷却系统、排气系统等方面详细讲解了设计要点，在CAD软件中完成建模；利用CAE有限元软件进行了注塑成型的有限元分析，为实际的注塑成型生产参数选择提供了理论参考。

1 梳子模具设计

梳子模具装配图如图1所示。本模具为两板式结构，一模四腔，分流道截面形状为动定模双侧圆形流道矩形侧浇口，利于减少融料在流道中的热量损失和流道阻力[1-2]。为了避免注射溶体倒流现象发生而影响制品质量，浇口套流道锥度设置为4°，为了防止料温降低过多而产生损耗，浇口套的长度选择了55 mm。分型面采用单一水平分型面，采用顶杆φ2 mm小顶杆顶出脱模，顶出部位为斜面，既要防止顶杆转动，又要防止顶杆与动模干涉，所以采用固定板与顶杆之间留有0.1 mm间隙，同时顶杆台阶面制成非圆形平面防止转动。动定模均采用直通式冷却水道，水道方向成90°交叉，保障了注塑成型生产效率。Z形拉料杆既可以保障制品留在动模上，又便于脱模时取出制品和流道凝料。制品齿形直径尺寸较小，长宽尺寸比较大，为了保证制品注射成型，在齿形部采用0.01 mm深度的排气槽。由于小顶杆细而长，防止合模损伤，本模具采用弹性先行复位结构。

图1 梳子模具装配图1.定位圈 2.浇口套 3.定模板 4.定模 5.动模 6.顶杆 7.拉料杆 8.顶杆固定板 9.推板 10.导套 11.导柱 12.底板 13.内六角圆柱头螺钉 14.螺纹弯头 15.软管 16.弹簧

2 注塑成型有限元分析

注塑成型是一种把塑料材料制成复杂形状的产品的成型工艺，整个过程包括塑料的加热、注射塑料到模具、塑料在模具中的冷却及产品的顶出。有限元分析就是对每个过程进行计算，为模具的设计修改提供参考[3-4]。

2.1 建 模

现在使用的三维建模软件较多，它们功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，立体三维软件已经成为模具行业设计的一个主流应用。在三维软件中建立了梳子模型，如图2所示，并保存成igs格式。

2.2 有限元分析

2.2.1 最佳浇口位置分析

AMI中的浇口位置优化分析可根据模型的几何形状、相关材料参数及工艺参数分析出浇口最佳位置。用户可以在设计浇口位置之前进行浇口位置分析，依据这个分析结果设置浇口位置，从而避免由于浇口位置设计不当可能引起的制品缺陷。

选择分析序列中浇口位置命令，在选择材料中，从弹出的对话框中的制造商下拉列表框的下三角按钮中选择材料的生产厂家为A Schulman GMBH，再从牌号下拉列表框的下三角按钮中选择所需要的牌号为Polyfort FIPP MKF 4025。在工艺向导对话框中设置模具表面温度为80 ℃，熔体温度为230 ℃。网格划分之后，开始分析，产生两个结果，及屏幕显示和最近浇口位置分析结果图示。分析结果示意图是浇口位置合理性因子分布图示。当因子为1时，表示这个位置是最佳浇口位置，因子值越小，浇口位于这个位置的成型合理性就越小，如图3所示，梳子的最佳浇口位置为中部，最差位置为手柄部分，根据模具设计要求，虽然浇口最佳位置为梳子中部，但这样设置浇口把浇口痕迹留在梳子表面，不够美观，所以浇口位置设在梳子顶部，有图3可知该处浇口位置也较理想，同时也满足美观于要求。

图2 梳子模型 图3 最佳浇口位置

2.2.2 成型工艺分析

在分析中选择冷却、填充、保压、翘曲，在图形编辑窗口中选择主流道的顶点为注射位置，完成浇口的创建。文章采用手工方式创建一模四腔，先框选整个制品，将整个制品XZ平面镜像，再框选两个制品，镜像平面选择YZ平面，参考点为默认值不变，完成镜像，一模四腔创建完成。

完成流道系统、冷却系统和浇注系统后，开始分析。等待程序运行，可以查看分析的过程和分析的进度，与分析完成通过查看日记的内容一样。

在计算结束后，在方案任务窗口中“分析结果”列表下，分析结果由流动(Flow)和冷却(Cool)两部分组成，如图4～6所示。

图4 回路冷却液温度

图5 平均温度，零件

图6 所有因素，变形

图4中，回路冷却液温差为1.67 ℃，低于5 ℃，冷却水管路设置合理。如图5所示，制品温度虽然温度差很大，但是高温分布很较小，整个制品的温度分布均匀。如图6所示，制品变形适中，也可以在生产过程中，适当加大保压时间来改善翘曲变形。

3 结 语

设计了梳子的模具结构，并在三维软件中建立梳子的立体模型，将其导入到CAE分析软件中，进行了分析计算，根据结果核实了梳子模具在冷却、浇注、注塑位置等设计是合理的，整个研发过程有很好的注塑模具开发参考价值及经济效益。