基于CAD_CAE的汽車前三角蓋板注射模設(shè)計(jì).

1、基于 CAD/CAE 的汽車前三角蓋板注射模設(shè)計(jì)畢鳳陽 1, 夏克亮 2, 孫乃明 3, 白利鵬 1、 4(1. 黑龍江工程學(xué)院 機(jī)電工程系 , 黑龍江哈爾濱 150050; 2. 大慶石油管理局發(fā) 展研究中心 , 黑龍江 大慶 163453; 3. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 , 黑龍江 哈爾濱 150040; 4. 敏實(shí)集團(tuán) , 浙江寧波 315800摘要 :敘述了汽車前三角蓋板塑件應(yīng)用 CAE 模擬成型來優(yōu)化成型方案 , 應(yīng)用 CAD 技術(shù)完成模具結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)的過程 , 說明了應(yīng)用 CAD/CAE 技術(shù)可以解決當(dāng)前汽 車外飾件注射模設(shè)計(jì)中所遇到的困難 。關(guān)鍵詞 :注射模 ; 汽車外飾件 ;

2、CAE; CAD中圖分類號(hào) :TP391; TQ320. 66文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B 文章編號(hào) :1001-2168(2008 110052-06CAD/CAE-based desi g n of in j ection mould for automobile anterior trian g ular cover boardBI Fen g -y an g 1, XIA Ke-lian g 2, SUN Nai-min g 3, BAI Li-p en g 1,4(1. De p artment of E lectromechan ical En g ineerin g , Heilon gj

3、ian g Institute of Technolo gy , Harbin , Heilongjiang 150050, China; 2. R &D Center of CNPC Daqing Petro leum, Daqing, Heilongjiang 163453, China; 3. Harbin Electric Mach iner y Co., Ltd, Harbin, Heilon gj ian g 150040, Chin a; 4. Minth Grou p Co., L td, Nin g bo, Zhe j ian g 315800, ChinaAbstract

4、:The use of CAE in simu latin g the p rocess and then o ptimizing the scheme fo r forming a plastic auto mob ile anterior triangular cover board was stated . The procedure of applying C AD tech ni q ue in com p letin g th e structural desi g n of an in j ection mo uld for an automobile outer p art w

5、as illustrated.Key words :in jection mould; au tomo bile o uter parts; CA E; CAD的閉合狀態(tài) , 允許有不大于 0. 03mm 的間隙 (排氣槽 除外 。(3 成型鑲塊、 澆口系統(tǒng)零件的分型面不允許 低于模板分型面 , 不得高出 0. 1mm 。(4 導(dǎo)柱、 導(dǎo)套裝配后 , 軸線與模板平面的垂直 度誤差保證在 200mm 內(nèi)不大于 0. 03mm 。(5 模具的各活動(dòng)零部件裝配后應(yīng)靈活 , 在室 溫狀態(tài)下用手施力時(shí) , 各相互關(guān)聯(lián) 的活動(dòng)零部件不 應(yīng)產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象。(6 推桿允許高出成型表面不超過 0. 1mm, 復(fù)

6、位桿應(yīng)與定模的分型面接觸為準(zhǔn) , 允許低于分型面 不超過 0. 05mm 。(7 推桿在推桿固定板中應(yīng)靈活轉(zhuǎn)動(dòng) , 允許其 軸向竄動(dòng)量不大于 0. 05mm 。(8 模具上開設(shè)的排氣槽應(yīng)呈曲折狀引出 , 深度在 0. 050. 1mm, 嚴(yán)禁將排氣槽 從型腔直接引向 操作者一側(cè)。(9 流道轉(zhuǎn)接處應(yīng)光滑連接 , 鑲拼處密合 , 拔模 斜度 6! , 表面粗糙度值 Ra ? 0. 4 m 。4 結(jié)束語經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證 , 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理 , 動(dòng)作平 穩(wěn)、 可靠 , 生產(chǎn)的塑件尺寸精度 高 , 表面平整、 光潔 , 無任何影響外觀的縮印、 熔接痕、 銀絲、 飛邊和變形 等缺 陷 , 達(dá)到了滿意的效果

7、。模具目前已投入批量 生產(chǎn) , 為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效 益。參考文獻(xiàn) :1北京市塑料工業(yè)公司 . 塑料成型工藝 M.北京 :中國(guó) 輕工業(yè)出版社 , 1996.2塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組 . 塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè) K.北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 2002.1引言近年來 , 隨著各種工程塑料、 復(fù)合塑料、 合金塑 料的研發(fā)應(yīng)用 , 注射零件凸 顯出節(jié)約能源、提高性 能、 簡(jiǎn)化制造工藝和降低成本等優(yōu)點(diǎn) , 在汽車生產(chǎn)中大量使用。塑料外飾件在汽車車身外觀面的應(yīng)用越 來越廣泛 , 塑料注射成型方 法在汽車塑料外飾件加 工中應(yīng)用廣泛。 如何根據(jù)汽車外飾件的結(jié)構(gòu)和材料 特點(diǎn)制 定科學(xué)的成型工藝和設(shè)計(jì)制造合理的模具

8、, 是汽車外飾件模具制造企業(yè)急需解決的 問題。采用 先進(jìn)的 CAD/CAE 技術(shù)是解決此問題及設(shè)計(jì)制造高 質(zhì)量汽車外飾件注 射模的有效手段 , 現(xiàn)以某型汽車 外飾件前三角內(nèi)蓋板注射模的設(shè)計(jì)制造過程為例 , 介紹 在汽車外 飾件注射 模設(shè)計(jì) 制造過程 中 C AD/ CAE 技術(shù)的應(yīng)用情況 , 其工作 流程如圖 1 所示。2 成型工藝方案制定2. 1材料工藝性分析材料 ABS750, 性能 :熱塑性塑料 , 密度 1. 03 1. 07g /cm 3, 抗拉強(qiáng)度 3050MPa, 抗彎強(qiáng)度 4176 MPa, 拉 伸 彈 性模 量 15872277MPa, 收縮 率 0. 45%。材料綜合性 能

9、好 , 抗沖擊強(qiáng)度高 , 尺寸穩(wěn)定 性好 , 易于成型 , 耐熱耐腐蝕性能好 , 有良好的耐寒 性。成型條件 :#吸濕性大 , 成型前須充分預(yù)熱干 燥 , 含水量應(yīng)小于 0. 3%; ? 流動(dòng)性 中等 , 溢邊值 0. 04mm; %加熱溫度對(duì)塑件質(zhì)量影響較大 , 溫度過 高易于分解 (250& , 成型時(shí)宜采用較高的加熱溫 度 (模溫 5080& 和需較高的注射壓力。工藝條件 :8090&下最少干燥 2h, 熔化溫度 210280&, 建議溫度為 245&, 模溫 為 2570& ( 模溫將影響塑件粗糙度、溫度較低則導(dǎo)致粗糙度 值高 。2. 2 塑件三維建模廠家提供的塑件圖為零件圖形式 ,

10、零件圖比較 難表現(xiàn)尺寸 , 需采用多個(gè)剖面來 表現(xiàn) , 并且需采用與 其他件相配合的形式來表現(xiàn) , 因其主要滿足最后的 裝車要求即 可 , 所以只有主要部位尺寸 , 其他如面形 狀等只要在檢具中滿足面公差要求即可 實(shí)體造型 如圖 2 所示。圖 2 汽車前三角蓋板塑件實(shí)體造型2. 3應(yīng)用 C AE 技術(shù)輔助模具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)模擬及模具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)采用 Moldflow 的 MPI 軟件進(jìn)行。主要過程如下(1 澆口位置確定。經(jīng)軟件模擬可知 , 深色區(qū)域 為澆口的最佳位置 , 如圖 3所 示。圖 3 應(yīng)用 CAE 軟件輔助澆口位置確定(2 澆口類型、 尺寸設(shè)計(jì)及分析。對(duì)塑件形狀分收稿日期 :2008-

11、06-05。基金項(xiàng)目 :黑龍江省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目 (11521226 ; 黑龍 江工程學(xué)院科 學(xué)研究基金項(xiàng)目 (A06003 。作者簡(jiǎn)介 :畢鳳陽 (1976- , 男 , 黑龍江哈爾濱人 , 講師 , 主要研 究方向?yàn)椴牧铣?型加工、 C AD/CAM, 地址 :黑龍江省哈爾濱市道 外區(qū) 紅旗大街 999 號(hào)黑龍 江工程 學(xué) 院機(jī)電 工程系 , ( 電話 (電子信箱 bf y 952421163. comMllljfllL(b)反面(a)正面(b)反面圖 6 冷卻系統(tǒng)布置析后 , 有 2種澆口可以應(yīng)用 , 即側(cè)澆口和潛伏式澆 口。分別對(duì) 2種澆口的成型 效果進(jìn)

12、行模擬 , 充模時(shí) 間模擬結(jié)果如圖 4所示 , 潛伏式澆口 3. 602s, 側(cè)澆 口 2. 567s, 側(cè)澆口時(shí)間短 , 效率高 , 易于成型。料流 前鋒溫度比較如圖 5所示 , 潛伏式澆口料 流最低溫 度 92&, ABS 塑料最低成型溫度 90&, 不易成型 , 而側(cè)澆口最低溫度 153. 5&, 易于成型。 經(jīng)以上對(duì)比 分析 , 測(cè)澆口成型效果優(yōu)于潛伏式澆口且容易加 工 , 因此澆口形式采用側(cè)澆口 , 位置設(shè)在塑件較短 邊一側(cè)。圖 42 種澆口填充時(shí)間比較(3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)及 CAE 分析。模具冷卻系統(tǒng) 直接影響成型塑件的質(zhì)量和生產(chǎn) 效率。 影響較大的圖 52 種澆口料流前鋒溫度比較方

13、面主要是塑件的形狀尺寸 , 控制好塑件的冷卻才 能減少翹曲變形。 冷卻回 路布置如圖 6所示 , 冷卻水 在冷卻過程中溫度變化狀況如圖 7所示 , 冷卻效果 如圖 8所示 , 滿足該材料成型條件要求。(4 塑件變形預(yù)測(cè)。 由于汽車塑料飾件對(duì)變形要 求嚴(yán)格 , 為提高模具設(shè)計(jì)成功 率 , 減少修模次數(shù) , 保證所生產(chǎn)塑件滿足質(zhì)量要求 , 應(yīng)用先前制定的成型 工藝進(jìn)行變形過程模擬 , 模 擬結(jié)果如圖 9所示 , 最大 變形位于三角形最小尖角處 , 最大變形量 0. 6997mm,滿足塑件驗(yàn)收質(zhì)量要求圖 10 型腔、 型芯 3Dehf3- 91WS豈 fbudt 一M.-blnx wwWkqnvi二

14、員冬一KDEnaxlu-nrnuolubmblvAbrm 港HI htLumlwwwrrqAd-3xt- raf3frs圖 7 冷卻水溫度變化圖 8 塑件平均溫度圖 9CAE 模擬塑件變形結(jié)果2. 4利用 UG CAD/CAM 軟件進(jìn)行模具零件設(shè)計(jì) (1 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù) CAE 模擬分析結(jié) 果 , 模具采用 1模 2腔 , 澆口選用側(cè)澆口 , 進(jìn)料位置 選擇在塑件短 直角邊中間位置 , 成型零部件選用整 體嵌入式結(jié)構(gòu) , 以保證塑件表面質(zhì)量 , 推出機(jī) 構(gòu)以推 桿推出為主 , 插桿頭部球冠部分采用頂出分開 , 卡槽 部分采用斜推桿。冷卻 系統(tǒng)設(shè)計(jì)是其中關(guān)鍵 , 根據(jù) C AE 冷卻模擬

15、結(jié)果 , 在每個(gè)動(dòng)、 定模鑲塊中延型腔方 向開設(shè) 4條冷卻水道 , 由于塑件形狀由澆口一側(cè)向 兩邊逐漸上翹 , 同一高度的冷卻 水道沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)澆 口的良好冷卻 , 在澆口一側(cè)增加了 1條橫向冷卻水 道 , 加強(qiáng)對(duì)澆 口的冷卻。(2 模具零部件設(shè)計(jì)。成型零部件采用 MOLD WI ZARD 模塊來輔助完成設(shè)計(jì) , 經(jīng)選擇坯料尺寸 , 設(shè) 置材料收縮率后 , 選擇塑件輪廓線向四周延伸面為 分型面將坯 料分開 , 獲得的型腔和型芯如圖 10所示。采用國(guó)標(biāo) A2型模架 , 用壓板將型腔及型 芯固定 在動(dòng)模板和定模板中 , 型腔、型芯布置如圖 11所 示。2. 5利用 UG CAM 模塊完成型腔型芯及加

16、工用電極模型型腔、型芯加工工藝路線為 :數(shù)控加工中心粗銑、 精銑、 EDM 電火花加工 , 利用 UG C AM 模塊完成 粗銑、 精銑 NC 加工 代碼 , 模擬加工結(jié)果如圖 12所示。利用 UG 模具模塊可自動(dòng)生成加工型腔及其局 部用的電極 , 如圖 13所示。 2. 6模具使用情況按上述方法設(shè)計(jì)制造出模具后 , 經(jīng)調(diào)試生產(chǎn) , 所獲塑件提供給汽車廠使用 , 尺 寸精度、 表面質(zhì)量均滿 足使用要求。3汽車外飾件成型過程分析模擬應(yīng)注意的問題(1 外飾件不允許在表面出現(xiàn)影響外觀的注射圖 11 型腔、型芯布置圖圖 13型腔加工用電極圖 12 型腔粗加工模擬缺陷 , 如熔接痕等 ; 非外觀件熔接痕

17、的位置并不重 要 ; 塑件有嚴(yán)格的裝配關(guān)系 控制翹曲和變形量是 關(guān)鍵。此外 , 所有的塑件一般都要求能夠滿足平衡 流動(dòng)、均 勻填充的要求。影響熔接痕位置的主要因素是澆口的位置和塑件的形狀 , 而塑件的形狀一般 是不允許變動(dòng)的 ; 影響翹曲 和變形量的因素則主要 是塑件的形狀 , 從工藝角度看 , 注射壓力過大、 保壓 時(shí) 間 過 長(zhǎng)和 冷卻 不均 勻都 可以 導(dǎo)致 翹 曲變 型過 大。 除了塑件結(jié)構(gòu)本身的特點(diǎn)外 , 澆口、 流道的尺寸 都可以直接影響型腔內(nèi)的注射壓力 , 冷卻水道的尺 寸和布置情 況直接影響冷卻的均勻程度。這些因素 又間接影響塑件的變形和翹曲。所有影響 因素需綜 合考慮 , 優(yōu)

18、先滿足外觀和翹曲變形量的控制。(2 分析塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。使用專業(yè)的 CAE 分析 軟件進(jìn)行注射流動(dòng)模擬 , 首先要 進(jìn)行幾何建模 , 這一 過程要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間 , 為此 , 要對(duì)幾何模型作適當(dāng) 簡(jiǎn)化以縮 短建模時(shí)間 , 提高計(jì)算效率。目前 , 一些C AE 軟件已經(jīng)具有從專業(yè)化 C AD 中直接輸入實(shí)體 模型的功能 , 但是在塑件 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時(shí)會(huì)產(chǎn)生諸 多問題 , 因此 , 簡(jiǎn)化對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不顯著的細(xì)節(jié)很 有意 義。簡(jiǎn)化的方法可以根據(jù)專業(yè)化軟件提供的不 同功能進(jìn)行 , 簡(jiǎn)化的原則是與整個(gè)塑 件的尺度相比較可以忽略的細(xì)微結(jié)構(gòu) , 距離澆口較遠(yuǎn)或與料流方 向相互平行的細(xì)節(jié)也可以忽 略。(3 選

19、用恰當(dāng)?shù)淖⑸洳牧稀?CAE 分析結(jié)果的可信 程度取決于 3個(gè)方面 :#計(jì)算時(shí) 采用的熔融狀態(tài)流 體的數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確程度 ; ? 計(jì)算用幾何模型同實(shí) 際塑件間差 異的大小 ; %所采用的注射材料的數(shù)據(jù) 是否準(zhǔn)確、 可靠。一般來說 , 由數(shù)學(xué)模型帶 來的誤差 在實(shí)踐中是可以接受的 , 只要按照模型簡(jiǎn)化原則對(duì) 模型作適當(dāng)簡(jiǎn)化 , 由此 帶來的對(duì)計(jì)算誤差也是可以 接受的。相反 , 如果采用的材料數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確 , 即使幾 何 模型精確程度再高 , 計(jì)算結(jié)果也相差甚遠(yuǎn)。因此 必須明確用戶選用的塑件材料的名 稱、 牌號(hào)、 生產(chǎn)廠 商甚至生產(chǎn)批次 , 建立自己的材料數(shù)據(jù)庫。(4 模擬結(jié)果分析與評(píng)價(jià)。 尋找一種合

20、理的成型 方案 , 其間需要對(duì)方案進(jìn)行不 斷調(diào)整 ,調(diào)整澆注系模具工業(yè) 2008 年第 34 卷第 11 期 57 擠壓浸滲剎車 盤模 具設(shè)計(jì)劉永軍, 劉建秀, 鄭民欣, 寧向可 ( 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 , 河南鄭州 450002 摘要: 分析了某剎車盤 用擠壓浸滲工藝成型的可行性 , 依據(jù)剎車盤零件圖設(shè)計(jì)了擠壓浸滲工藝的鍛件 結(jié)構(gòu), 根據(jù)擠壓工藝要求設(shè)計(jì)了剎車盤模具和模架 , 模具結(jié)構(gòu)合理 , 生產(chǎn)的零件符合要求 , 且模架可用 于不同類型的剎車盤模具。 關(guān)鍵詞: 模具設(shè)計(jì); 擠壓鑄造; 剎車盤; 液態(tài) 浸滲 中圖分類號(hào) : TG315. 2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : B 文章編號(hào) : 1001- 216

21、8( 2008 11- 0057- 05 Design of extrusion die with liquid infiltration for brake disc LIU Yong- jun, LIU Jian- xiu, ZHENG Min- xin, NING Xiang- ke ( Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou, Henan 450002, China Abstract: The feasibility for forming a brake disc by using extrusion casting and

22、 li quid infiltration process was analyzed. The forging structure for the shaping was designed according to the compo nent profile and a die was developed based on requirements for the extrusion process. The die sets can also be used in extrusion casting and liquid infiltration for other brake discs

23、. Key words: die design; extrusion casting; brake disc; liquid infiltration 統(tǒng)、 冷卻系統(tǒng)參數(shù) , 比如在滿足流動(dòng)平 衡的前提下 , 注射壓力可能會(huì)大一些 , 這也會(huì)帶來一些問題 , 但 是只要這樣的注射壓 力不會(huì)帶來過高的剪切速率 或者其他注射方面的缺陷 , 那么可以認(rèn)為該方案是 可用 的, 此時(shí)就可以結(jié)束分析。 注射成型 CAE 分析可以幫助進(jìn)行方案評(píng)估 , 從 而獲得相 對(duì)好的澆注系統(tǒng)方案和冷卻系統(tǒng)方案。但 是由材料數(shù)據(jù)、計(jì)算的數(shù)學(xué)模型、幾何 模型簡(jiǎn)化等 帶來的誤差還是有的 , 這就要求必須結(jié)合實(shí)際注射 情況來解決具體問題 , 以達(dá)到合理的參數(shù)設(shè)計(jì)。 4 結(jié)束語 汽車塑料外飾件應(yīng)用越來越廣泛 , 塑件的表面 質(zhì) 量和翹曲程度要求嚴(yán)格 , 增加了模具設(shè)計(jì)和制造 的難度, 應(yīng)用 CAE 技術(shù)對(duì)產(chǎn)品注射 成型過程進(jìn)行模 擬分析, 可對(duì)產(chǎn)品的成型缺陷和成型質(zhì)量進(jìn)行預(yù) 測(cè), 輔助完成注射 模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并對(duì)成型工藝方案的 實(shí)施提供解決方案 , 避免實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)質(zhì)量問 題, 提高