型芯速換多功能樣條模具設(shè)計研究范文

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摘要:為了解決現(xiàn)有塑料樣條實驗?zāi)＞卟捎霉潭ㄐ托厩夷Ｗ托托静荒苤貜?fù)利用的缺陷，設(shè)計了一種型芯快速可換的多功能一體化樣條實驗?zāi)＞撸陨a(chǎn)不同式樣的塑料實驗樣條。結(jié)果表明，通過不同型芯上的頂桿通孔位置不變來適應(yīng)不同樣條的頂出需求，只需替換型芯而不拆卸模具即可成型各種樣條，例如拉伸、沖擊、彎曲、阻燃、色板、導(dǎo)熱片、平板等。運用Moldflow軟件模擬樣條成型過程來驗證注塑成型的可行性，并通過實驗驗證了該多功能一體化樣條注塑模具的可行性。

關(guān)鍵詞:注塑模具;樣條;替換型芯;頂出系統(tǒng);模流分析

注塑模具的設(shè)計不單要求制件的精度，還要求生產(chǎn)效率和操作簡單性，塑料樣條測試用于研究塑料的特性［1－3］。塑料材料性能包括拉伸性能、彎曲性能、沖擊性能、阻燃性能、導(dǎo)熱性能等。先在型芯上制造樣條型腔，再將型芯固定在模具基座上是目前大多數(shù)樣條注塑模具的結(jié)構(gòu)，如后期添加其他測試樣條，則需重做一組模具座板和型芯，成本將會增加［4－6］。也有學(xué)者設(shè)計了一種可更換型芯的樣條注塑模具，將型芯可拆卸地安裝在座板上，對于不同的測試樣條，只需要更換對應(yīng)的型芯即可，但在樣條脫模時，需要讓脫模頂桿處于樣條成型腔內(nèi)，保證頂桿能夠在脫模時順利頂出樣條，而對于不同形狀的樣條，其成型腔的形狀和大小也各不相同，除了更換型芯外，還需針對新的型芯調(diào)整脫模頂桿的位置，仍會增加修模成本［7－9］。針對以上存在的問題，本文設(shè)計了一種型芯快速可換的實驗注塑模具，可以實現(xiàn)拉伸、彎曲、沖擊、阻燃、導(dǎo)熱等性能測試的實驗樣條制備。

1模具結(jié)構(gòu)圖

1為設(shè)計的樣條注塑模具，包括位于下方的動模和位于上方的定模，動模包括整體呈矩形的動模座板，動模座板的上表面具有沿長度方向固定安裝的墊塊，墊塊沿動模座板寬度方向?qū)ΨQ設(shè)置有兩個;還包括由下向上依次設(shè)置在兩個墊塊之間的頂桿墊板，兩個墊塊上還具有水平設(shè)置的動模板，動模板包括整體均呈矩形板狀的型芯鑲塊和型芯，型芯上具有用于成型樣條的樣條型腔;型芯鑲塊的上表面具有與型芯形狀一致的型芯鑲槽，型芯通過螺栓可拆卸地安裝在型芯鑲塊的型芯鑲槽內(nèi);型芯鑲槽的底部和型芯上具有同軸貫通設(shè)置的頂桿孔，頂桿孔沿型芯的長度方向和寬度方向呈矩形陣列布置;頂桿墊板上安裝有與頂桿孔一一對應(yīng)設(shè)置的脫模頂桿，脫模頂桿的直徑小于頂桿孔的直徑。型芯長度方向的兩側(cè)各具有一個向外延伸形成的壓邊，壓邊低于型芯，且底部與型芯的底部齊平;型芯鑲塊的上表面具有兩個分別與型芯鑲槽長度方向的兩側(cè)連通設(shè)置的壓塊槽;壓塊槽的底部具有多個沿型芯鑲塊的寬度方向布置的螺紋孔;還包括通過螺栓可拆卸地安裝在壓塊槽內(nèi)的壓塊，壓塊壓在型芯的壓邊上，使型芯固定在型芯鑲塊上。型芯上方還具有安裝在定模上的型芯蓋板，型芯蓋板一側(cè)上安裝有導(dǎo)向塊。頂桿墊板的四角處各具有一個豎向設(shè)置的導(dǎo)桿和套裝在導(dǎo)桿上的彈簧;動模鑲塊的四角處具有與導(dǎo)桿對應(yīng)設(shè)置的導(dǎo)桿孔，供導(dǎo)桿穿過。墊塊上表面具有多個沿長度方向布置的定位柱，型芯鑲塊上具有與定位柱對應(yīng)的定位孔，定位柱的直徑和定位孔的直徑一致;墊塊上的定位柱穿入型芯鑲塊上的定位孔，使型芯鑲塊平放在墊塊上。型芯的上表面還具有與樣條型腔連通的澆口，澆口位于型芯寬度方向的中部位置，且靠近型芯長度方向上的一側(cè)。型芯的上表面還具有與樣條型腔相連通的排氣槽，排氣槽位于樣條型腔遠(yuǎn)離澆口的一側(cè)，且延伸至型芯的邊緣外;排氣槽的寬度為0.03～0.05mm。

2模具特點

2.1可換式型芯

該注塑模具的最大特點是能夠快速簡單地替換型芯來注塑成型不同式樣的樣條。如圖2所示，分別為平板、阻燃樣條、拉伸、彎曲與沖擊組合樣條、色板、圓板、導(dǎo)熱片等型芯。替換型芯方法如下:替換型芯時，先把噴頭向后移，然后打開模具，頂桿從型芯中移出，模具固定在注塑機上，利用提升裝置來抽取出型芯鑲塊并替換型芯，該過程十分便捷。在后期階段，如需增加測試樣條只需增加型芯，其他組件不需要更換。

2.2頂出機構(gòu)設(shè)計

通過在型芯鑲塊的底部和型芯上設(shè)置呈矩形陣列布置的頂桿孔，對于更換型芯后不同形狀的樣條型腔，都可以保證樣條型腔所在區(qū)域內(nèi)都有頂桿孔，便于脫模頂桿能夠?qū)⒊尚秃蟮臉訔l頂出脫模。脫模頂桿將樣條頂出的同時會壓縮彈簧，脫模完成后，利用彈簧的彈力可以使頂桿墊板快速與動模本體分離，便于進行下一次注塑。

3Moldflow模擬分析

通過使用Moldflow軟件對樣條成型過程進行分析，得到充填時間、速度/壓力切換時的壓力、鎖模力等工藝參數(shù)［10－15］。在開始分析之前要先在軟件中建立模型，將樣條以.iges格式導(dǎo)入Moldflow軟件，然后在軟件中對樣條網(wǎng)格劃分進行，網(wǎng)格類型選擇雙層面網(wǎng)格，單元總數(shù)達(dá)5614個、選擇材料通用聚丙烯、注射位置和設(shè)置工藝參數(shù)等，通過Moldflow軟件所得的模擬參數(shù)如下:熔體溫度240℃，模具溫度40℃，最大注射壓力26MPa，保壓壓力20MPa，保壓時間10s、充填時間為0.6688s。平板模擬結(jié)果如圖3a和3b所示，可以看出平板開始從進澆口逐步向前填充，最后均勻充滿整個型腔。充填過程中流動速率如圖3c所示，隨射出體積的增大而變化，在射出體積為30%時流動速率最大。鎖模力如圖3d所示，在0.65s時達(dá)到最大值12.09t;然后開始進行速度/壓力切換，由之前以速度為主導(dǎo)的充填階段變?yōu)橐詨毫橹鲗?dǎo)的保壓階段。通過模擬結(jié)果看出，整個模具結(jié)構(gòu)和流道系統(tǒng)設(shè)計較為合理、整個填充過程較均勻、無滯留、熔融塑料流動性好。如圖4a和4b所示，平板實際生產(chǎn)過程與圖3所模擬結(jié)果一致，模擬與實際生產(chǎn)吻合較好。平板、拉伸、彎曲與沖擊組合樣條、圓板、色板、阻燃樣條、導(dǎo)熱片等實驗樣條產(chǎn)品實物如圖4所示，所生產(chǎn)的產(chǎn)品均已達(dá)到要求。

4結(jié)論

1)通過型芯和型芯鑲塊可以快速替換型芯，在替換過程中模具和冷卻系統(tǒng)皆無需變動，節(jié)省了時間和成本。2)更換不同型芯時無需對模具上的頂桿進行調(diào)整，即可適用。3)運用Moldflow軟件模擬樣條的成型過程，得到相關(guān)參數(shù)來提高試模成功率。目前該多功能一體化樣條注塑模具在實際生產(chǎn)中已達(dá)到要求。

參考文獻

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作者：姜文堯 周志明 梁珊 周健剛 鐘景軍 劉永學(xué) 姚遠(yuǎn) 涂堅 胡瀚杰 孫青云 單位：重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院