你我按键注塑模具CADCAM设计

按键注塑模具CAD/CAM设计

塑料制品的广泛应用使注塑模具得到了迅猛发展，对注塑模具设计和制造的要求也越来越高。而传统的手工设计与制造方式已经大大地制约了生产的发展。计算机辅助设计/计算机辅助分析/计算机辅助制造(CAD/CAE/CAM)技术的发展满足了这种客观实际的要求，并取得了显著的经济效益。本文以按键为研究对象，应用CAE分析软件Moldflow对塑件的注塑成型过程进行分析，确定了最佳浇口位置、浇注系统形式、冷却系统以及成型工艺参数。基于Pro/E软件进行产品的三维分模，确定了型腔和型芯结构，并在此基础上进行了模具主要零件的模拟加工和数控编程。

1 按键结构分析

按键属于小型塑件，成型材料用ABS。如图1所示，其壁厚为1.6mm，其外形尺寸为22.4 mmx 9.4mm X 7.25mm。按键外形结构比较复杂，四周都有圆角过渡。要求塑件表面美观、光洁、无明显熔接痕、银丝和流痕，同时不产生明显的翘曲变形。塑件两侧都带有侧孔，需采用侧抽芯机构。可设置侧型芯，利用侧滑块和斜导柱驱动，便于分型。另外，为了从成型零件上顺利脱出塑件，必须在塑件内外表面沿脱模方向设计足够的脱模斜度。塑件的转角处应尽可能采用圆弧过渡，以增加塑件的强度和改善充模流动性，同时增加美观程度。

图1 按键产品图

2 按键CAE分析

将利用Pro/E创建好的按键三维模型通过IGES文件转换格式导入到Moldflow中进行往塑成型过程模拟分析。前置处理过程需要对模型进行格划分并选择成型材料。

2.1 最佳浇口位置分析及确定

注塑成型时，首先要确定浇口的位置，浇口位置对制品质量有着直接的影响，它应开设在塑件断面较厚的部位，使熔体由厚断面流入薄断面，而且开设的位置应能避免塑件表面产生熔接痕，最后还应有利于型腔中的气体排出。最佳浇口位置如图2所示。

图2 最佳浇口位置

2.2 浇注系统的建立

根据分析所得的最佳浇口位置与塑件的使用要求，本设计采用点浇口，如图3所示。这类浇口由于前后两端存在较大的压力差，能增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表面钻度下降，流动性增加，有利于型腔的充填。

图3 浇注系统模拟

2.3 充填分析模拟

图4所示为充模时间分析结果。从图4可以看出，填充时间为1.695s,熔体几乎同时到达模腔两端，可以满足要求。

图4 充填分析模拟

2.4 冷却分析模拟

注塑模具可作为一种热交换器，如果冷却介质不能及时有效的带走必须带走的热量，不能实现均一的快速冷却，则在一个成型周期内就不能维持热平衡，会使塑件内部产生应力而导致变形或开裂，从而无法进行稳定的模塑成型。因此，冷却分析是必要的。根据塑件形状及综合考虑模具其他零部件的设置，设计了如图5所示的冷却系统。从图5可以看出，冷却水进出口温度相差0.06℃，满足冷却水温差小于2.5℃的要求。冷却系统对塑件温度的影响如图6所示，塑件表面温度基本一致，冷却较均匀，有利于提高塑件的形状精度。

图5 冷却水进出口温度模拟

2.5 翘曲分析模拟

图7所示为总体变形量及各个方向变形情况。从图7可以看出，总体和X方向上的变形较大，而Y和Z方向上则变形相对较小。

图7 翘曲分析模拟

2.6 型腔内的压力分布

图8所示为熔体充满型腔瞬间的型腔压力分布。从图8可以看出，压力分布较为均匀。

图8 型腔内的压力分布

2.7 锁模力

图9为锁模力时间曲线。从图9可以看出，所需最大锁模力约为0.5226t，故可根据此值选择合适注射机以获得足够的锁模力。

3 基于Pro/E的三维分模

由于塑件的曲面较多，直接根据产品工程图进行模具设计比较困难，因此，利用Pro/E进行三维分模，生成三维型腔和型芯，可以免去传统设计方法中模具设计员对复杂型腔、型芯的二维和三维的空间想象，可以降低设计难度和模具加工难度，并可提高模具的设计精度。

三维分模的步骤如下:

(1)创建模具模型。图10所示为调入到Pro/E模具型腔中的塑件，本模具采用一模两腔。

一模两腔

(2)创建毛坯。用拉伸的方式创建出80mmX 48mm 使之到达距冷却专家预计槽口10~15mm的位置为好X 40mm的毛坯。

(3)设置收缩率。按键塑件精度要求一般，原材料选取ABS塑料材摆锤位置不正常料，其收缩率范围较小，按全尺寸收缩，设置收缩率为0.016。

(4)创建分型面。

(5)浇注系统的设计。

(6)创建浇铸件。首先以分型面分割模具体积块，分割出侧型芯体积块以及主型芯和型腔体积块，并抽取模具元件，最后创建浇铸件。

(7)加入冷却系统。最终的三维分模爆炸图。

4 模具型腔的数控加工

将生成的模具型腔导人到MasterCAM软件中，设置好加工参数和刀具加工路径后，利用MasterCAM软件系统所提供的零件加工模拟功能，能够观察切削加工的过程，检测工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉等，最终生成刀位文件，通过后置处理器生成NC代码。

5 结论

模具CAD/CAE/CAM技术是模具技术发展的一个重要里程碑。在模具开发中应用Pro/E软件建立产品实体模型，应用CAE同时研究了2氧化碳基塑料的结构和物化性能的调控方法技术对注塑成型过程进行模拟分析，进而优化工艺参数与模具结构，同时根据产品模型生成模具型芯、型腔。采用CAM软件编程加工可有效缩短制造周期、提高生产效率、解决制造瓶颈。通过CAD/CAE/CAM技术可以提高产品质量，缩短产品开发周期、有效地降低设计和开发成本，从而提升企业市场竞争的能力。(end)