探讨CAD/CAE技术在膨胀水箱模具设计中的应用

肖芃 高杨

作者简介：肖芃（1986.10.24-）;性别：男，民族：汉，籍贯：辽宁沈阳，学历：本科;现有职称：助理工程师 研究方向：机械）

摘 要： 模具作为工业生产中的关键性装备，逐渐发展成为国民经济的工业基础。在工业发展历程中，模具成型的生产质量备受关注。传统模具设计方式难以顺应当前模具设计的各项需求。本文以CAD/CAE技术为核心，开展膨胀水箱模具的各项设计，分析膨胀水箱注塑模的应用性能，具有良好应用效果。

关键词： 模具;冷却系统;侧抽芯机

【中图分类号】 TU931.3      【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）14-0250-01

引言：科学技术的进步，提升了CAD/CAE的应用频率，拓宽了CAE技术的应用范围，改善了传统模具设计的不足，提升了模具设计的适用性，成为解决当前问题最为有效的应用型技术，有助于提升模具生产制造的综合效益。

1 CAD膨胀水箱模具设计

1.1 工艺性分析。（1）塑件材料性能分析：综合考量膨胀水箱的应用性能及其运行环境，成型材料应选择耐久性好、延展性强、抗压能力优异、兼具抗疲劳能力，同时考量膨胀水量作为半透明产品，宜使用PP塑料材质予以成型。（2）脱模斜度：脱模斜度设计的合理性，旨在增强模具的脱模能力，减少脱模发生摩擦。塑料的收缩性、塑料外观形态、壁厚属性、制品位置等因素，均在不同程度地影响着脱模斜度。上箱体脱模斜度设计为1度，下箱体脱模斜度设计为3度。（3）分析尺寸精度：采用PP料制作膨胀水箱，依据GB/T14486-1993相关规范内容可知，PP料材质较为标准的规格精度为4级。

1.2 注塑模具构造。典型的注塑模，其结构分为定模与动模，依據零件的应用功能差异，注塑模具组成元素有：成型零件、导向体系、推出装置、顶出与浇注、调温与排气等。

1.3 模具设计。（1）分析制品性能，设计样板模具。（2）掌握注塑机各项设计标准，规划模具设计范围。（3）规划分型面的设计位置。（4）规划塑件制品位置，确定模仁规格。（5）事先掌握模具与斜顶的设计需求。（6）科学设计浇注系统。（7）确定结构设计的合理性。（8）设计顶出与复位两个系统。（9）设计冷却与加热两个系统。（10）设计导向与定位两个装置。（11）选择适用的模胚，搭配合适的标准件。（12）选择材质为钢材的模具。（13）设计结构与模胚图样，开展材料使用。（14）打印图样予以核对。（15）绘制关键零件的加工与制作图样。

1.4 冷却系统设计。设计原则：依据冷却需求，模具中应设计至少一个水回路，冷却系统作为诸多水回路的统一称谓。各组水道连通于外界水源，生产形成的冷却水，使其处于持续性循环流动状态，以此调节模具内部热量，将其热量移送至模具外部[1]。冷却系统有效提升了冷却速度，获取更为优质的制件成型效果，冷却系统设计原则为：（1）科学布置冷却通道：塑件壁厚均匀时，宜采取冷却水与型腔表壁距离均等的设计理念;塑件壁厚不均匀时，应科学调整壁厚位置的水道密度，使其靠近型腔，加强区域冷却。（2）水平孔壁与型腔两者间距应保持在[10，30]mm范围内。（3）将冷却水道设计在极易发生熔接痕的位置。（4）将模具与出入水管两者设计在相邻位置，为操作提供便利。

1.5 侧抽芯机设计。（1）计算轴芯距：S（轴芯距）=h+2mm;h表示倒扣长度;B位置抽芯间距较小，采取的结构设计为斜导柱与滑块抽芯相结合。B位置设计了长度为6mm的倒扣，则有S（侧轴芯距）=6+2=8mm。（2）斜导柱的外观形态主要分为：圆形、方形。圆形斜导柱的截面，其应用优势为加工具有便利性，在完成模力传递时，截面受力能力相对薄弱。矩形斜导柱的截面，其应用优势为应用性能佳，在完成模拟传递时，截面受力能力较强，存在加工繁琐的问题。斜导柱设计时，其倾斜角取值范围为[15，25]度，最小时不超过10度，确定为13度，斜导柱长度设计方式为：l=S/sinx=35.6mm，由此确定斜导柱长度最小值为36mm。

2 CAE分析膨胀水箱注塑模

2.1 分析流程。（1）模型转换与导入：将膨胀水箱PART图档，排位于UG，以STR格式文件予以保存，经由MPI完成导入。模型在完成MDL导入操作时，弹出导入选项窗口，可自定义选择导入类型。（2）网格分类：MDL完成自动分类网格导入时，网格质量存在偏差，匹配率占比不足83%。品质较好的匹配率可达到85%，冷却需求的网格匹配率应达到90%。采取网格划分与分类的调整措施，将网络边长重新设置，获取4、3、2的边长，单位mm，此时匹配率达到89.8%。（3）网格修复：MoldFlow为网格修复提供多重工具，借助网格修复工具完成智能修复，针对网格自助程序无法修复的项目，可采取手动修复方式。

2.2 分析最佳浇口。开展MoldFlow模拟分析前期，应科学选择制件材料与成型工艺。材料可在MoldFlow材料库中完成选择程序，材料库中涵盖着各类材料型号，可采取关键词搜索方式，选择具有适用性的应用材料[2]。关键词选择项目有：材料供货商、材料品牌、名称简写、填充参数等。PP材料在材料库中，其搜索关键词为：供货商名称为SABIC Innovative Plastics;材料简写为SABIC PP 108MF10。PP材料参数具体表现为：模具表面温度为40摄氏度，溶体温度为230摄氏度，顶出温度111摄氏度，剪切应力最大值为025Mpa，剪切速率最大值为100000/s等。依据PP材料性能，分析上下箱体最佳浇口位置，确定为109716、246275。

2.3 分析流道平衡。流道平衡的设计理念，应维持第一分流道长度，调整二、三流道规格，再优化下箱体分型高度，获得浇筑体系各项规格。优化结果为：主流道上下端长度分别为4mm、10mm;一、二分流道的上下端长度分别为8mm、4mm;上箱体的上下端长度分别为6mm，4mm。

2.4 冷却分析。冷却分析旨在优化塑件冷却的周期，保障冷却期间塑件获得均匀冷却效果。借助MoldFlow完成冷却系统试运行与模拟分析，结合诸多因素的影响，达成冷却时间减少、冷却均匀的目标，以此加强塑件成型后产生翘曲变形的对抗性，增强塑件成型效果，提升生产质量，优化生产成本。

结论：综上所述，MoldFlow软件具有多重应用，在注塑分析方面表现出较为强大功能的优异性能，结合CAD/CAE技术的应用，达成相关性数字集成设计与生产流程，发展成为当今注塑模具生产的先驱。在时间、投资成本、科学技术等主客观因素共同作用下，注塑模具生产具有较大发展空间，应持续开展科学研发，发挥相关技术的应用价值。

参考文献

[1] 黄结荣.CAE/CAD技术运用于塑料模具设计中的策略探讨[J].现代工业经济和信息化，2019，9（12）：68-69+71.

[2] 许维进.CAD/CAE技术在塑料模具设计中的应用探讨[J].湖北农机化，2019（19）：66.