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1、注塑模具浇注系统三维参数化设计研究文劲松1,朱红斌2,李德群2(1.华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心,广东 广州510640 ; 2.华中科技大学塑性成型模拟及模具技术国家重点实验室,湖北 武汉430074)摘 要:注塑模的浇注系统包括主流道、 分流道和浇口,运用基本特征的方法,把浇注系统作为设计特征,实现了浇注系统与成型零件的同时生成。关 键 词:注塑模;浇注系统;三维;参数化 浇注系统是指注塑模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道,可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类,本文只讨论普通流道浇注系统。普通流道浇注系统分为主流道、 分流道和浇口三部分1。在以前的研究中
2、25,存在以下值得改进的地方:(1)多采用二维的设计方法,不仅视图表示困难,更重要的是对于具有复杂自由曲面的成型零件来说,不能提供数控加工所要求的信息。(2)浇注系统的详细形状、 尺寸及位置的设计除了依赖于模具设计师的经验与运用各种经验公式外,主要应该是采用CAE软件进行分析来优化确定,CAD只是提供一个方便的工具,使CAE分析的结果实体化。本文采用三维参数化的设计方法,把浇注系统作为设计特征,实现浇注系统与成型零件的同时生成,即浇注系统的设计在分型面(暂时只考虑平面与阶梯面,未考虑自由曲面分型面)上进行,浇注系统的实体模型与虚拟模腔作布尔减运算,随后的分型将在型芯、 型腔上自动产生出浇注系统
3、,而浇注系统的形状、 位置与尺寸由注塑模CAE软件分析确定。虚拟模腔、 分型面的定义以及型芯、 型腔的生成可参阅文献6 ,7。1 主流道的设计主流道是指由注塑机喷嘴出口到分流道入口止的一段通道,主流道呈圆锥形,以便充模时熔体能顺利向前流动,开模取出制件时主流道凝料又能顺利地被拔出。一般来说,主流道位于模具中心线上,且垂直于模具 主流道一般到分型面止 并加上冷料井的长度 如果作为直接浇口,则到制件的一个表面止。根据这个特点,主流道的设计算法为:(1)选择虚拟模腔上的一个表面Face 1 ,计算该表面的中心点Point ;(2)输入小端直径D、 拔模斜度与冷料井长度L(对于直接浇口来说为0) ,并
4、指定一个面Face 2 ;(3)计算两个面Face 1与Face 2的距离L1,在Face 1上以Point为圆心,作直径为D的圆Circle ;(4)把圆弧Circle围成面F ,F沿着Facel面的法矢的反方向扫过L1+L的距离,即得到主流道。在生产实际中,主流道一般都是开设在浇口套中的,所以,主流道的设计也可以设计成浇口套的大小,即D为浇口套的外直径,和L为0。图1 分流道截面形状Fig. 1Section of channels2 分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间的整个通道,其功能是使熔体过渡和转向,一般分为一级分流道(与主流道相接并呈垂直分布者)和二级分流道(与浇口相连并与
5、主流道平行者) ,二级分流道一般用在采用点浇口的浇注系统中1。分流道的设计原则是压力损失少,热散失少,流道中塑料保持量小。常见的分流道截面如图1所示1。其中圆形流道的效率最高,一般当分型面为平面时,常采用圆形截面的流道,当分型面不为平面时,考虑到加工的困难,常采用梯形或半圆形截面的流道1。2. 1 一级分流道设计为了脱模方便,一级分流道中,圆形截面的中心线在分型面上,矩形、 梯形和半圆形截面流道的下底面也开设在分型面上,所以,一级分流道应以分型面为基础设计,其算法为:(1)在分型面上以直线、 圆弧、 样条线等作出分流道的轮廓;(2)为每段分流道选择截面形状,并输入相应参数;(3)如果为圆形分流
6、道,则以分流道轮廓线的一端点为圆心作给定半径的圆,并把圆弧封闭成面,分流道轮廓线垂直于该面,如果分流道轮廓线是圆弧,端点的切矢垂直该面;(4)如果不为圆形分流道,则给定分流道所在分型面一侧的方向(确定分流道在型芯还是在型腔上) ,该方向为分型面的法矢方向或法矢的反方向。以分流道轮廓线的一端点作为分流道截面底线的中点,分流道轮廓线垂直于底线,如果分流道轮廓线是圆弧,端点的切矢垂直该面,按给定的数据向指定的方向作分流道截面轮廓,如图2所示,把分流道截面轮廓封闭成分流道截面;(5)把分流道截面沿着分流道轮廓扫,即得到分流道形状。1 分流道截面 2 分型面 3 分流道截面底线 4 分流道轮廓线图2 一
7、级分流道设计Fig. 2First stage channel design2. 2 二级分流道设计二级分流道一般是在采用点浇口的浇注系统中使用,使用点浇口的模具需要二次分型,分别取出流道内的凝料和塑料制品。取出流道凝料的分型面一般比较简单,就是一个平面,本文只给出了取出塑料制品的分型面定义。如果是双分型面,则分出的型腔板即可作为三板模中的中间板(定模板、 定模固定板上的主流道需另外设计) ,所以,二级分流道可以以虚拟模腔中的一个外表面为依据设计,如果需要一级分流道,也在该表面上设计。二级分流道与开模方向平行,一般设计成倒圆锥形,以便于脱模。其设计算法为:(1)选定虚拟模腔的一外表面作为设计平
8、面Face ,该表面与脱模方向垂直;(2)在Face平面上作出流道截面即圆,定好位置和大小;(3)把圆封闭成面,沿着Face平面外法矢的反方向扫过指定的距离,即得到二级分流道。3 浇口设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道,它是浇注系统的关键部分,浇口的形状、 位置和尺寸对制品的质量影响很大,常用的浇口有直接浇口、 矩形侧浇口、 扇形浇口、 膜状浇口、 点浇口、 潜伏式浇口和护耳浇口等1。直接浇口的设计见主流道设计,下面分别讨论常用的点浇口和矩形侧浇口的设计。3. 1 点浇口的设计点浇口是一种在制品中央开设浇口时使用的圆形限制性浇口,常用的形式如图3所示,点浇口一般与二级分流道一起配合使用
9、。图3 点浇口Fig. 3Point gate其设计算法如下:(1)分流道小端圆心为圆心作圆;(2)把圆封闭成面;(3)沿着一定的方向扫过给定的长度即可。扫方向为圆心到制品的方向。3. 2 矩形侧浇口的设计矩形侧浇口一般开在分型面上,从制品的边缘进料,一般与一级分流道相连,其设计算法如下:(1)选择分型面,以分流道的轮廓线一端点EP作为起始设计点;(2)选择浇口所在的方向,以EP作为矩形底线的中点,轮廓线垂直于底线,按指定的数据向指定的方向作矩形,见图2 ,把矩形封闭成面;(3)封闭面沿着指向制品的方向扫过给定的距离即可。4 设计实例现有一零件如图4所示,采用一模四腔,分型面如图5所示,浇注系
10、统如图6所示,分型结果如图7所示。图4 零件图Fig. 4Part structure图5 分型面Fig. 5Parting face图6 浇注系统Fig. 6Sprue system图7 型芯与型腔Fig. 7Cavity and mandrel5 结束语运用基于特征的设计方法,浇注系统在分型面上设计,从而实现了浇注系统与成型零件的同时生成。参考文献:1 李德群.塑料成型工艺及模具设计M.北京:机械工业出版社,1994. 66.2 李海梅,王国中,等.注塑模浇注系统的计算机辅助设计软件J .中国塑料,1996 ,10(6) :8892.3 李 昕,吴崇峰.注塑模浇注系统的计算机辅助设计J .塑料科技,2000 ,(1) :1214.4 姚 强,鲍家福,邵鹏飞.多型腔注射模浇注系统CADJ .模具工业,1997 ,11 :1316.5 宋翠芳.专家系统在选择注射模浇注系统上的应用J .中国机械工程,1995 ,6(2) :4445.6 文劲松.基于知识的注塑模具设计系统关键技术研究D.武汉:华中科技大学博士学位论文,2001. 47 文劲松,李德群.注塑模三维成型零件的生成研究J .中国塑料,2001 ,15(5) :7880.
