基于CAD_CAE的汽车前三角盖板注射模设计.

1、基于 CAD/CAE 的汽车前三角盖板注射模设计毕凤阳 1, 夏克亮 2, 孙乃明 3, 白利鹏 1、 4(1. 黑龙江工程学院 机电工程系 , 黑龙江哈尔滨 150050; 2. 大庆石油管理局发 展研究中心 , 黑龙江 大庆 163453; 3. 哈尔滨电机厂有限责任公司 , 黑龙江 哈尔滨 150040; 4. 敏实集团 , 浙江宁波 315800摘要 :叙述了汽车前三角盖板塑件应用 CAE 模拟成型来优化成型方案 , 应用 CAD 技术完成模具结构设 计的过程 , 说明了应用 CAD/CAE 技术可以解决当前汽 车外饰件注射模设计中所遇到的困难 。关键词 :注射模 ; 汽车外饰件 ;

2、CAE; CAD中图分类号 :TP391; TQ320. 66文献标识码 :B 文章编号 :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的闭合状态 , 允许有不大于 0. 03mm 的间隙 (排气槽 除外 。(3 成型镶块、 浇口系统零件的分型面不允许 低于模板分型面 , 不得高出 0. 1mm 。(4 导柱、 导套装配后 , 轴线与模板平面的垂直 度误差保证在 200mm 内不大于 0. 03mm 。(5 模具的各活动零部件装配后应灵活 , 在室 温状态下用手施力时 , 各相互关联 的活动零部件不 应产生卡滞现象。(6 推杆允许高出成型表面不超过 0. 1mm, 复

6、位杆应与定模的分型面接触为准 , 允许低于分型面 不超过 0. 05mm 。(7 推杆在推杆固定板中应灵活转动 , 允许其 轴向窜动量不大于 0. 05mm 。(8 模具上开设的排气槽应呈曲折状引出 , 深度在 0. 050. 1mm, 严禁将排气槽 从型腔直接引向 操作者一侧。(9 流道转接处应光滑连接 , 镶拼处密合 , 拔模 斜度 6! , 表面粗糙度值 Ra ? 0. 4 m 。4 结束语经生产实践验证 , 模具结构设计合理 , 动作平 稳、 可靠 , 生产的塑件尺寸精度 高 , 表面平整、 光洁 , 无任何影响外观的缩印、 熔接痕、 银丝、 飞边和变形 等缺 陷 , 达到了满意的效果

7、。模具目前已投入批量 生产 , 为企业带来了良好的经济效 益。参考文献 :1北京市塑料工业公司 . 塑料成型工艺 M.北京 :中国 轻工业出版社 , 1996.2塑料模具设计手册编写组 . 塑料模具设计手册 K.北京 :机械工业出版社 2002.1引言近年来 , 随着各种工程塑料、 复合塑料、 合金塑 料的研发应用 , 注射零件凸 显出节约能源、提高性 能、 简化制造工艺和降低成本等优点 , 在汽车生产中大量使用。塑料外饰件在汽车车身外观面的应用越 来越广泛 , 塑料注射成型方 法在汽车塑料外饰件加 工中应用广泛。 如何根据汽车外饰件的结构和材料 特点制 定科学的成型工艺和设计制造合理的模具

8、, 是汽车外饰件模具制造企业急需解决的 问题。采用 先进的 CAD/CAE 技术是解决此问题及设计制造高 质量汽车外饰件注 射模的有效手段 , 现以某型汽车 外饰件前三角内盖板注射模的设计制造过程为例 , 介绍 在汽车外 饰件注射 模设计 制造过程 中 C AD/ CAE 技术的应用情况 , 其工作 流程如图 1 所示。2 成型工艺方案制定2. 1材料工艺性分析材料 ABS750, 性能 :热塑性塑料 , 密度 1. 03 1. 07g /cm 3, 抗拉强度 3050MPa, 抗弯强度 4176 MPa, 拉 伸 弹 性模 量 15872277MPa, 收缩 率 0. 45%。材料综合性 能

9、好 , 抗冲击强度高 , 尺寸稳定 性好 , 易于成型 , 耐热耐腐蚀性能好 , 有良好的耐寒 性。成型条件 :#吸湿性大 , 成型前须充分预热干 燥 , 含水量应小于 0. 3%; ? 流动性 中等 , 溢边值 0. 04mm; %加热温度对塑件质量影响较大 , 温度过 高易于分解 (250& , 成型时宜采用较高的加热温 度 (模温 5080& 和需较高的注射压力。工艺条件 :8090&下最少干燥 2h, 熔化温度 210280&, 建议温度为 245&, 模温 为 2570& ( 模温将影响塑件粗糙度、温度较低则导致粗糙度 值高 。2. 2 塑件三维建模厂家提供的塑件图为零件图形式 ,

10、零件图比较 难表现尺寸 , 需采用多个剖面来 表现 , 并且需采用与 其他件相配合的形式来表现 , 因其主要满足最后的 装车要求即 可 , 所以只有主要部位尺寸 , 其他如面形 状等只要在检具中满足面公差要求即可 实体造型 如图 2 所示。图 2 汽车前三角盖板塑件实体造型2. 3应用 C AE 技术辅助模具结构方案设计模拟及模具结构方案设计采用 Moldflow 的 MPI 软件进行。主要过程如下(1 浇口位置确定。经软件模拟可知 , 深色区域 为浇口的最佳位置 , 如图 3所 示。图 3 应用 CAE 软件辅助浇口位置确定(2 浇口类型、 尺寸设计及分析。对塑件形状分收稿日期 :2008-

11、06-05。基金项目 :黑龙江省教育厅科学研究基金项目 (11521226 ; 黑龙 江工程学院科 学研究基金项目 (A06003 。作者简介 :毕凤阳 (1976- , 男 , 黑龙江哈尔滨人 , 讲师 , 主要研 究方向为材料成 型加工、 C AD/CAM, 地址 :黑龙江省哈尔滨市道 外区 红旗大街 999 号黑龙 江工程 学 院机电 工程系 , ( 电话 (电子信箱 bf y 952421163. comMllljfllL(b)反面(a)正面(b)反面图 6 冷却系统布置析后 , 有 2种浇口可以应用 , 即侧浇口和潜伏式浇 口。分别对 2种浇口的成型 效果进

12、行模拟 , 充模时 间模拟结果如图 4所示 , 潜伏式浇口 3. 602s, 侧浇 口 2. 567s, 侧浇口时间短 , 效率高 , 易于成型。料流 前锋温度比较如图 5所示 , 潜伏式浇口料 流最低温 度 92&, ABS 塑料最低成型温度 90&, 不易成型 , 而侧浇口最低温度 153. 5&, 易于成型。 经以上对比 分析 , 测浇口成型效果优于潜伏式浇口且容易加 工 , 因此浇口形式采用侧浇口 , 位置设在塑件较短 边一侧。图 42 种浇口填充时间比较(3 冷却系统设计及 CAE 分析。模具冷却系统 直接影响成型塑件的质量和生产 效率。 影响较大的图 52 种浇口料流前锋温度比较方

13、面主要是塑件的形状尺寸 , 控制好塑件的冷却才 能减少翘曲变形。 冷却回 路布置如图 6所示 , 冷却水 在冷却过程中温度变化状况如图 7所示 , 冷却效果 如图 8所示 , 满足该材料成型条件要求。(4 塑件变形预测。 由于汽车塑料饰件对变形要 求严格 , 为提高模具设计成功 率 , 减少修模次数 , 保证所生产塑件满足质量要求 , 应用先前制定的成型 工艺进行变形过程模拟 , 模 拟结果如图 9所示 , 最大 变形位于三角形最小尖角处 , 最大变形量 0. 6997mm,满足塑件验收质量要求图 10 型腔、 型芯 3Dehf3- 91WS豈 fbudt 一M.-blnx wwWkqnvi二

14、员冬一KDEnaxlu-nrnuolubmblvAbrm 港HI htLumlwwwrrqAd-3xt- raf3frs图 7 冷却水温度变化图 8 塑件平均温度图 9CAE 模拟塑件变形结果2. 4利用 UG CAD/CAM 软件进行模具零件设计 (1 模具总体结构设计。根据 CAE 模拟分析结 果 , 模具采用 1模 2腔 , 浇口选用侧浇口 , 进料位置 选择在塑件短 直角边中间位置 , 成型零部件选用整 体嵌入式结构 , 以保证塑件表面质量 , 推出机 构以推 杆推出为主 , 插杆头部球冠部分采用顶出分开 , 卡槽 部分采用斜推杆。冷却 系统设计是其中关键 , 根据 C AE 冷却模拟

15、结果 , 在每个动、 定模镶块中延型腔方 向开设 4条冷却水道 , 由于塑件形状由浇口一侧向 两边逐渐上翘 , 同一高度的冷却 水道没有实现对浇 口的良好冷却 , 在浇口一侧增加了 1条横向冷却水 道 , 加强对浇 口的冷却。(2 模具零部件设计。成型零部件采用 MOLD WI ZARD 模块来辅助完成设计 , 经选择坯料尺寸 , 设 置材料收缩率后 , 选择塑件轮廓线向四周延伸面为 分型面将坯 料分开 , 获得的型腔和型芯如图 10所示。采用国标 A2型模架 , 用压板将型腔及型 芯固定 在动模板和定模板中 , 型腔、型芯布置如图 11所 示。2. 5利用 UG CAM 模块完成型腔型芯及加

16、工用电极模型型腔、型芯加工工艺路线为 :数控加工中心粗铣、 精铣、 EDM 电火花加工 , 利用 UG C AM 模块完成 粗铣、 精铣 NC 加工 代码 , 模拟加工结果如图 12所示。利用 UG 模具模块可自动生成加工型腔及其局 部用的电极 , 如图 13所示。 2. 6模具使用情况按上述方法设计制造出模具后 , 经调试生产 , 所获塑件提供给汽车厂使用 , 尺 寸精度、 表面质量均满 足使用要求。3汽车外饰件成型过程分析模拟应注意的问题(1 外饰件不允许在表面出现影响外观的注射图 11 型腔、型芯布置图图 13型腔加工用电极图 12 型腔粗加工模拟缺陷 , 如熔接痕等 ; 非外观件熔接痕

17、的位置并不重 要 ; 塑件有严格的装配关系 控制翘曲和变形量是 关键。此外 , 所有的塑件一般都要求能够满足平衡 流动、均 匀填充的要求。影响熔接痕位置的主要因素是浇口的位置和塑件的形状 , 而塑件的形状一般 是不允许变动的 ; 影响翘曲 和变形量的因素则主要 是塑件的形状 , 从工艺角度看 , 注射压力过大、 保压 时 间 过 长和 冷却 不均 匀都 可以 导致 翘 曲变 型过 大。 除了塑件结构本身的特点外 , 浇口、 流道的尺寸 都可以直接影响型腔内的注射压力 , 冷却水道的尺 寸和布置情 况直接影响冷却的均匀程度。这些因素 又间接影响塑件的变形和翘曲。所有影响 因素需综 合考虑 , 优

18、先满足外观和翘曲变形量的控制。(2 分析塑件结构特点。使用专业的 CAE 分析 软件进行注射流动模拟 , 首先要 进行几何建模 , 这一 过程要花费很长的时间 , 为此 , 要对几何模型作适当 简化以缩 短建模时间 , 提高计算效率。目前 , 一些C AE 软件已经具有从专业化 C AD 中直接输入实体 模型的功能 , 但是在塑件 结构较为复杂时会产生诸 多问题 , 因此 , 简化对计算结果影响不显著的细节很 有意 义。简化的方法可以根据专业化软件提供的不 同功能进行 , 简化的原则是与整个塑 件的尺度相比较可以忽略的细微结构 , 距离浇口较远或与料流方 向相互平行的细节也可以忽 略。(3 选

19、用恰当的注射材料。 CAE 分析结果的可信 程度取决于 3个方面 :#计算时 采用的熔融状态流 体的数学模型的准确程度 ; ? 计算用几何模型同实 际塑件间差 异的大小 ; %所采用的注射材料的数据 是否准确、 可靠。一般来说 , 由数学模型带 来的误差 在实践中是可以接受的 , 只要按照模型简化原则对 模型作适当简化 , 由此 带来的对计算误差也是可以 接受的。相反 , 如果采用的材料数据不准确 , 即使几 何 模型精确程度再高 , 计算结果也相差甚远。因此 必须明确用户选用的塑件材料的名 称、 牌号、 生产厂 商甚至生产批次 , 建立自己的材料数据库。(4 模拟结果分析与评价。 寻找一种合

20、理的成型 方案 , 其间需要对方案进行不 断调整 ,调整浇注系模具工业 2008 年第 34 卷第 11 期 57 挤压浸渗刹车 盘模 具设计刘永军, 刘建秀, 郑民欣, 宁向可 ( 郑州轻工业学院 , 河南郑州 450002 摘要: 分析了某刹车盘 用挤压浸渗工艺成型的可行性 , 依据刹车盘零件图设计了挤压浸渗工艺的锻件 结构, 根据挤压工艺要求设计了刹车盘模具和模架 , 模具结构合理 , 生产的零件符合要求 , 且模架可用 于不同类型的刹车盘模具。 关键词: 模具设计; 挤压铸造; 刹车盘; 液态 浸渗 中图分类号 : TG315. 2 文献标识码 : B 文章编号 : 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 统、 冷却系统参数 , 比如在满足流动平 衡的前提下 , 注射压力可能会大一些 , 这也会带来一些问题 , 但 是只要这样的注射压 力不会带来过高的剪切速率 或者其他注射方面的缺陷 , 那么可以认为该方案是 可用 的, 此时就可以结束分析。 注射成型 CAE 分析可以帮助进行方案评估 , 从 而获得相 对好的浇注系统方案和冷却系统方案。但 是由材料数据、计算的数学模型、几何 模型简化等 带来的误差还是有的 , 这就要求必须结合实际注射 情况来解决具体问题 , 以达到合理的参数设计。 4 结束语 汽车塑料外饰件应用越来越广泛 , 塑件的表面 质 量和翘曲程度要求严格 , 增加了模具设计和制造 的难度, 应用 CAE 技术对产品注射 成型过程进行模 拟分析, 可对产品的成型缺陷和成型质量进行预 测, 辅助完成注射 模结构设计并对成型工艺方案的 实施提供解决方案 , 避免实际生产中出现质量问 题, 提高