仪表盘罩盖的注塑模具结构设计及系统优化研究

方鹏

摘要：在浇注系统设计中，由于仪表盘罩盖塑件体积大且结构复杂，因此选取了多个浇注点、冷流道和热流道相互结合方式。借助Moldflow软件展开模流分析，确定浇口数量为四个的实施方案，运算出浇注系统的初始参数，最终实现浇注系统的均衡。成本核算下，采用最为便捷的直通式，通过计算得到冷却系统的初始参数，再借助Moldflow软件展开动态仿真，寻找出最优化的管道布局方案。本文运用了Moldflow仪表盘罩盖注塑模具的两大系统以及系统的优化设计，大大降低了仪表盘罩盖模具的开发周期，节省了研究代价，提高了罩盖的产出速率，强化了罩盖的品质竞争力。

关键词：仪表盘罩盖;浇注系统;冷却系统;热流道技术;塑工艺优化技术

1  选题的意义和研究方向

模具人常说，六大根本路线提升模具质量。①研究和开发优良的材料代替传统钢材，②优化工艺构造方法，③重视模具材料的选择，④注重加工过程的制造精确度，⑤表面强化成形零部件，⑥正确使用与维护模具，只要把这六项基本途径做好了模具质量会有一个很大提高。跟着新技能的出现、新材料的普遍采纳、工艺过程的重复变化、利用和维持条件的区别等，这些都极大的改变了模具的加工质量。

本文便以某仪表盘罩盖为研究对象，展开了注塑模具的相关研究，寻找出一个合理的、快速的、节约成本的设计方案。

2  系统设计方案

仪表盘的结构复杂，是一个很好的研究对象，鉴于已经选定了研究对象，本文的研究侧重点就是浇注系统与冷却系统的初始参数与结构设计。致力于寻找到一套节省成本与时间的研发思路。

2.1 塑件成型难度分析

研究对象为外部结构较大为960×320×230mm，相比于长宽尺寸其厚度却只有3mm，塑料溶液经过的路径不仅长而且窄，同时仪表盘罩盖中存在大量螺丝孔和加强筋等不规则形状，如此注塑的难度系数成指示性增长。

2.2 具体设计方案阐述

注塑大体可以分为以下几个环节：①填充型腔;②模腔恒压;③塑件冷却;④最终开模。综合考虑塑件质量与研发成本，最终放弃了物理建模，采用Moldflow软件仿真的形式，展开本次项目的研究。

2.2.1 浇注系统设计方案确定

考虑到仪表盘罩盖体积大、内壁薄以及存在大量螺丝孔和加强筋等不规则形状的客观因素，都会加大模具的设计难度，所以在系统设计时需要跳出常规思路，综合考虑研究对象的特点。

由于罩盖体积较大，所以选取了多浇注点的设计方案;兼顾研发成本，注塑流动仅仅将主流道设计为热流道，之后到每个浇注点的分流道均设计为冷流道。最后借助Moldflow软件优化系统设计，得出浇注系统的初始参数。

2.2.2 冷却系统设计方案确定

虽说注塑成型有四个环节组成，可是80%的时间都是在冷却这个环节，塑件成型质量以及注塑效率的高低，都取决于冷却系统的设计是否优化。

与浇注系统一样，冷却系统同样借助Moldflow軟件模拟仿真，寻找出最有效的冷却设计方案。经过试验，最终确定采用最为直接有效的直通式冷却方案。

3  仪表盘罩盖注塑模具浇注系统的设计

浇注系统的设计核心在于，浇注口数量的确定以及浇注管道的布局确定，高效利用Moldflow软件，对之前预设的方案展开试验对比，最终得出最佳方案。

3.1 浇口方案的确定

利用Moldflow软件展开试验比较之前，已经初步确定了浇口数量为2-5之间，如此便能缩小试验范围，提高研发效率。

3.1.1 浇口位置的选取

浇口位置的选取是浇注系统设计的第一步，选择的注口位置的流动阻力如果太大，会使得系统注塑过以及注塑时间过长，大大降低系统工作效率。Moldflow软件会根据仪表盘罩盖的构造，划分出流动阻力区域图，尽可能选取阻力较小部分作为注塑点即可。

3.1.2 制定浇口设计方案

考虑到仪表盘罩盖的美观度，注塑点绝对不能选取在罩盖的正面部分，尽可能规划在背面、边缘等一系列不暴露在外部的部分。

多个注塑点的情况，要保证注塑点的合理分布，同一区域内不要出现2个注塑点，这样才能确保注塑的平衡性。

3.1.3 注塑模拟仿真

注塑质量以及注塑效率的高低，大体可以根据填充时间、注射压力、锁模力、气穴分布以及熔切线这五项实验数据来进行判断。

借助Moldflow软件展开分析，大大缩短了实验时间。最终对四种方案展开分析，通过比较填充时间、注射压力、锁模力、气穴分布以及熔切线这五项实验数据。得出结论如下：

①浇口数目为2时，翘曲量过大影响了产品的质量，此方案可以排除;

②浇口数目为5时，气穴数量最多，熔接线也是几种方案中最长的一个，因此该方案同样不能采用;

③数量为3、4的两个方案，最终五个参数数量大体相当。可数量为4的方案，熔接线与气穴均分布在罩盖背面等一系列不影响产品外观的地方。所以最终确定浇口数量为4。

3.2 浇注流道机构设计

浇口数的确定只是浇注系统设计的第一步，四个浇注口压力是否均衡、流量是否均等，浇注时间是否相同，都是要考虑的因素。

3.2.1 浇注系统的结构设计

最初设计浇注管道的指导思想便是，主流道与分流道共存，热流道与冷流道并立。伴随浇口数量的确定，浇注系统主流道数量为一，分流道数量为四。五个流道中只保留主流道为热流道，其余四个分流道均为冷流道。如此设计，模具结构较为简单，制作成本大大降低。

3.2.2 浇注流道的布局设计

为了杜绝出现个别分流道，熔液流量以及注塑压力过大的情况出现，结合各流道物理尺寸展开剪切速率分析。通过Moldflow软件仿真，实时调整初始参数的动态修订过程，最终得到如图1所示的布局情况，基本可以达到左右对称，可以满足了浇注系统的平衡。

4  仪表盘罩盖模具冷却系统的设计

注塑过程有80%的时间都是处于冷却环节，冷却速度的快慢将影响注塑工作的效率，可快速降温却会导致冷却不均匀，使得罩盖的质量大打折扣。根据仪表盘罩盖的外形特点，借助Moldflow软件寻找最为合理的冷却系统布局。

4.1 冷却系统传热设计

根据仪表盘罩盖外形尺寸，对冷却系统传热部分展开设计，最终确定冷却所需要的总时间以及罩盖所需带走的总热量。

4.1.1 冷却时间确定

考虑到仪表盘罩盖的具体尺寸为960×320×230mm，相比于长宽尺寸其厚度却只有3mm，塑料溶液经过的路径不仅长而且窄，所以热传递的方向就是按照其厚度的方向展开的，通过运算可得其冷却时间为45.4s。

4.1.2 塑料熔体带入总热量确定

在忽略外在环境对带入总热量干扰的理想情况下展开计算，整个注塑环节产生的总容量由对流、辐射以及注塑机自身加热这三个部分组成，通过计算可得总热量Q1=619.5（kJ/min）。

4.1.3 冷却液带走的总热量确定

相比于冷却液带走的热量，其他方式的热传递几乎可以忽略不计，所以冷却液带走的总热量应当Q2应当近似于Q1=619.5（kJ/min）。如此增强了冷却系统的冷却能力，对于系统的冷却更有帮助。

4.1.4 管道布局确定

为了保证冷却系统正常工作，合理的布局十分关键，最终确定h=（2～3.5）d，b=（3～5）d，有上述公式可以求得b与h的取值范围。冷却系统凸模部分57？燮b？燮95mm、38？燮h？燮66.5mm;凹模部分78？燮b？燮130mm、52？燮h？燮91mm。

4.2 冷却系统布局设计

在布局设计上采用了最为简便的直通式冷却布局，考虑到仪表盘罩盖的厚度较小，所以冷却管的布局方向与罩盖短距离那一部分同向。这样的布局可以缩短冷却液的流动行程。通过Moldflow软件对不同冷却管参数进行仿真，对比试验数据最终确定dk和dg的尺寸分别为19mm和26mm。采用平均分布冷却管的方式展开布局，如此能够竟可能缩小冷却液出入的温差，达到最优冷却效果，通过实验最终确定方案如图2所示。

將所有参数导入Moldflow软件之中展开仿真，最终得到试验参数如下：

①冷却时间，仿真结果为45.1s，与理论运算的45.4s相差0.3s，误差0.6%;

②冷却液温差，仿真结果为进入系统时水温为25℃到流出系统时水温为25.63℃，温差仅为0.63℃，远低于设计时2.3℃的标准;

③制品最高温度，仿真结果为87.19℃，同样也低于93℃的设计标准。

实验结果表明这是一套节省成本与时间的研发思路。

参考文献：

[1]冯刚，张朝阁，江平.我国注塑模具关键技术的研究与应用进展[J].塑料工业，2014，42（04）：16-19.

[2]邱德琴.基于Pro/E和Moldflow注塑模具设计与CAE实例分析[D].南京理工大学，2014.

[3]王玮.注塑模具冷却系统关键技术研究与开发[D].上海交通大学，2013.