基于Creo与MoldFlow电子手表外壳注射模设计
2022-08-29张跃
张 跃
（南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州 225300）
1 引言
注射模在现代加工行业有着举足轻重的地位，也是日常生活中必不可少的元素之一。如今的工业正在飞速发展，这往往使得塑料成型行业也不断地提高。随着高分子材料合成技术的提高，成型加工设备的更新改造不断进步且向成熟化方向发展，而且在塑料的成型加工领域中伴随着计算机CAD/CAE、数值模拟优化分析技术等的发展而得到长足的发展。
2 塑件结构分析
电子手表外壳塑件壁厚为5mm，属于壁厚较大的塑件。表面多为曲面特征，其尺寸精度要求相对较高，要求外观漂亮、耐磨、无毒无味、尺寸稳定性好，不能出现飞边、翘曲等缺陷塑件，设计中选用的材料是ABS 树脂，ABS 具有良好的成型加工性，利用ABS 制造出来的制品表面光洁且具有很好的涂装性和染色性。电子手表外壳如图1所示。
图1 电子手表外壳
3 注射成型MoldFlow分析
3.1 最佳浇口位置分析
在Creo中建立三维实体模型，然后把模型转化为STL 格式并导入MoldFlow，对其表面网格化，借助MoldFlow软件辅助分析，帮助找到最佳浇注位置如图2所示，图2中蓝色部分（A处）表示最佳浇注位置。综合分析采用轮辐式浇口，分流道直径ϕ10mm，长36mm如图3所示。
图2 最佳浇口位置
图3 分流道设计
3.2 填充分析
3.2.1 充填时间
如图4 所示，塑件的充填的顺序是由浇口向两侧扩散，将型腔完全填充完成的时间为0.1170s。塑件分布相对均匀，说明塑件的成型效果较为良好。
图4 充填时间
3.2.2 气穴分析
由图5 可以看出塑件存在着一些气穴，主要分布在圆孔处和塑件边沿，对塑件的影响并不是很大。在生产过程中，由于注射压力、模具温度或者注射剂温度的变化，都会影响塑件气穴的产生，很难避免气穴的出现。如果在注射成型过程中合理安排好参数，塑件气穴就会适当的减少。
图5 塑件的气穴位置
3.2.3 熔接线
熔接痕指的是在注射成型中，熔料只能按照塑件的形状流动，而在交汇处分流汇合，熔料不能完全熔合在一起，因此，不能直接熔接成为整体，这样就话就会在塑件表面形成熔合留下的印迹。熔接痕在塑件表面会以一种线状出现，会造成塑件的外观质量改变及力学性能变差。从图6可以看出，彩色部分（图中深色）使可能会出现熔接痕的位置，全部都分布在圆孔的四周。并且塑件整体结构上的熔接线，相对来说分布比较均匀，所以，塑件的质量可以得到保证。
图6 熔接线
3.2.4 冷却系统的分析
使用MoldFlow 软件能够模拟出注射周期成型表面温度的变化，以此来确定模具的设计中温度参数对于加工的影响，图7所示为浇注系统中回路冷却液温度变化。
由图7 可以看出，回路冷却液最高温度大约为25.33℃，最低温度大约为25.01℃，温差为0.32℃，体现冷却水道温差变化并不大，而对于小的塑件而言，温度变化影响并不是很大。
4 模具设计
4.1 基于Creo的模具分型设计
设计的电子手表外壳，为斜导柱注射模，有孔结构，建立分型面时要要先侧抽芯，然后创建分型面，如图8所示。完成分型面创建后，设计侧抽芯滑块和斜导柱，如图9所示。
图8 分型面的位置示意
图9 斜导柱二维图
创建完毕后显示出的模具型芯和型腔如图10 和图11所示。
图10 型腔径向尺寸
图11 型芯径向尺寸
4.2 基于EMX模架设计
使用EMX 插件进行模架的导入，选择Fataba_s，300×250mm 的模架并导入，呈现出模架的三维结构，其二维装配图如图12、图13、图14所示。
图12 模架二维图主视图
图13 模架的二维图左视剖面图
图14 模架装配二维图俯视图
电子手表外壳注射模，模具的三维结构及爆炸图如图15、图16所示。
图15 模架装配总装图三维图
图16 模具开模爆炸图
4.3 模具工作过程
电子手表外壳模具，利用斜导柱使得滑块完成抽芯机构是侧抽芯机构的一种常用方法，它的原理是借助斜导柱等传动零件，把垂直的开模运动传递给侧向型芯，能够让它产生侧向运动并且能够完成相应的抽芯和分型动作。
开模工作过程：开模时，定模23和动模24沿分型面垂直方向开模，同时，侧滑块拉动杆沿着斜导柱13方向移动，直到限位螺钉弹簧压紧。当型芯与型腔分开时，推杆16 将塑件从型芯中顶出，同时，拉料杆26拉住冷料穴将流道和塑件拉断，使塑件有完整的形状，这样就完成开模动作。
合模工作过程：注塑机顶杆顶到推板上，将推板向前压动，同时复位螺钉将斜滑块沿着斜导柱方向运动，配合着导柱导套，直到型芯型腔完全闭合，完成合模动作，进行下一次注射动作。
5 结束语
利用MoldFlow 软件完成塑件的模流分析，得到最优的浇口位置、合理的流道系统和冷却系统；并对型腔、浇口、流道以及冷却系统等尺寸进行优化，最终得到合理的注射工艺参数。进而利用Creo 完成模具的结构设计，减少了计算，将型芯、型腔的设计和EMX 模架库有机地统一起来。将MoldFlow、Creo 及模架库EMX 结合，分别发挥各自的强大功能，优势互补，大大提高模具设计效率，缩短了模具设计周期。
