三维参数化系统设计

发布于:2021-09-13 04:51:00

第 16 卷   4 期 第
2002 年 4 月

中      国 塑 料
CHINA PLASTICS

Vol. 16 ,No. 4 Apr. ,2002

注塑模具浇注系统三维参数化设计研究
文劲松1 , 朱红斌2 , 李德群2
( 1. 华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心 ,广东 广州 510640 ; 2. 华中科技大学塑性成型

模拟及模具技术国家重点实验室 ,湖北 武汉 430074) 摘   : 注塑模的浇注系统包括主流道 、 要 分流道和浇口 ,运用基本特征的方法 ,把浇注系统作为设计特征 ,实现了浇 注系统与成型零件的同时生成 。 关     : 注塑模 ; 浇注系统 ; 三维 ; 参数化 键 词 中图分类号 : TQ320. 5 + 2    文献标识码 : B    文章编号 :1001Ο 9278 ( 2002) 04Ο 0084Ο 03

   浇注系统是指注塑模中从主流道的始端到型腔之 间的熔体进料通道 , 可分为普通流道浇注系统和无流

果作为直接浇口 , 则到制件的一个表面止 。根据这个 特点 ,主流道的设计算法为 : ( 1) 选择虚拟模腔上的一个表面 Face 1 ,计算该表 面的中心点 Point ; ( 2) 输入小端直径 D 、 拔模斜度 α与冷料井长度 L ( 对于直接浇口来说为 0) ,并指定一个面 Face 2 ; (3) 计算两个面 Face 1 与 Face 2 的距离 L 1 , 在
Face 1 上以 Point 为圆心 ,作直径为 D 的圆 Circle ; ( 4) 把圆弧 Circle 围成面 F ,F 沿着 Facel 面的法矢

道凝料浇注系统两类 ,本文只讨论普通流道浇注系统 。 普通流道浇注系统分为主流道 、 分流道和浇口三部 分[ 1 ] 。 在以前的研究中 [ 2~5 ] ,存在以下值得改进的地方 : ( 1) 多采用二维的设计方法 , 不仅视图表示困难 ,

更重要的是对于具有复杂自由曲面的成型零件来说 , 不能提供数控加工所要求的信息 。 ( 2) 浇注系统的详细形状 、 尺寸及位置的设计除了

依赖于模具设计师的经验与运用各种经验公式外 , 主 是提供一个方便的工具 ,使 CA E 分析的结果实体化 。

要应该是采用 CA E 软件进行分析来优化确定 ,CAD 只

的反方向扫过 L 1 + L 的距离 ,即得到主流道 。 在生产实际中 , 主流道一般都是开设在浇口套中 的 ,所以 ,主流道的设计也可以设计成浇口套的大小 , 即 D 为浇口套的外直径 ,α和 L 为 0 。

本文采用三维参数化的设计方法 , 把浇注系统作 为设计特征 ,实现浇注系统与成型零件的同时生成 , 即 浇注系统的设计在分型面 ( 暂时只考虑*面与阶梯面 , 未考虑自由曲面分型面) 上进行 , 浇注系统的实体模型

2  分流道的设计

与虚拟模腔作布尔减运算 , 随后的分型将在型芯 、 型腔 上自动产生出浇注系统 , 而浇注系统的形状 、 位置与尺 定义以及型芯 、 型腔的生成可参阅文献 [ 6 ,7 ] 。 寸由注塑模 CA E 软件分析确定 。虚拟模腔 、 分型面的

分流道是指主流道末端与浇口之间的整个通道 , 其功能是使熔体过渡和转向 , 一般分为一级分流道 ( 与 主流道相接并呈垂直分布者) 和二级分流道 ( 与浇口相 连并与主流道*行者) ,二级分流道一般用在采用点浇 口的浇注系统中 [ 1 ] 。 分流道的设计原则是压力损失少 , 热散失少 , 流道 中塑料保持量小 。 常见的分流道截面如图 1 所示 [ 1 ] 。其中圆形流道 的效率最高 ,一般当分型面为*面时 , 常采用圆形截面

1  主流道的设计

主流道是指由注塑机喷嘴出口到分流道入口止的 一段通道 ,主流道呈圆锥形 , 以便充模时熔体能顺利向 出 。一般来说 ,主流道位于模具中心线上 , 且垂直于模 前流动 ,开模取出制件时主流道凝料又能顺利地被拔 具 ,主流道一般到分型面止 , 并加上冷料井的长度 , 如
收稿日期 :2001Ο Ο 11 13

图1  分流道截面形状

基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 59975032)

Fig. 1   Section of channels

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的流道 ,当分型面不为*面时 , 考虑到加工的困难 , 常 采用梯形或半圆形截面的流道 。 2. 1   一级分流道设计 为了脱模方便 ,一级分流道中 , 圆形截面的中心线 在分型面上 ,矩形 、 梯形和半圆形截面流道的下底面也 开设在分型面上 ,所以 ,一级分流道应以分型面为基础 设计 ,其算法为 : ( 1) 在分型面上以直线 、 圆弧 、 样条线等作出分流 道的轮廓 ; (2) 为每段分流道选择截面形状 , 并输入相应参 数;
( 3) 如果为圆形分流道 ,则以分流道轮廓线的一端
[1 ]

二级分流道与开模方向*行 , 一般设计成倒圆锥 形 ,以便于脱模 。其设计算法为 : ( 1) 选定虚拟模腔的一外表面作为设计*面 Face , 该表面与脱模方向垂直 ; ( 2) 在 Face *面上作出流道截面即圆 , 定好位置 和大小 ; ( 3) 把圆封闭成面 , 沿着 Face *面外法矢的反方 向扫过指定的距离 ,即得到二级分流道 。

3  浇口设计
浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道 , 它 是浇注系统的关键部分 , 浇口的形状 、 位置和尺寸对制 品的质量影响很大 ,常用的浇口有直接浇口 、 矩形侧浇 口、 扇形浇口 、 膜状浇口 、 点浇口 、 潜伏式浇口和护耳浇 [1 ] 口等 。直接浇口的设计见主流道设计 , 下面分别讨 论常用的点浇口和矩形侧浇口的设计 。 3. 1   点浇口的设计 点浇口是一种在制品中央开设浇口时使用的圆形 限制性浇口 ,常用的形式如图 3 所示 , 点浇口一般与二 级分流道一起配合使用 。

点为圆心作给定半径的圆 , 并把圆弧封闭成面 , 分流道 轮廓线垂直于该面 ,如果分流道轮廓线是圆弧 , 端点的 切矢垂直该面 ; ( 4) 如果不为圆形分流道 ,则给定分流道所在分型 面一侧的方向 ( 确定分流道在型芯还是在型腔上 ) , 该 方向为分型面的法矢方向或法矢的反方向 。以分流道 轮廓线的一端点作为分流道截面底线的中点 , 分流道 轮廓线垂直于底线 ,如果分流道轮廓线是圆弧 , 端点的 切矢垂直该面 , 按给定的数据向指定的方向作分流道 截面轮廓 ,如图 2 所示 ,把分流道截面轮廓封闭成分流 道截面 ; ( 5) 把分流道截面沿着分流道轮廓扫 ,即得到分流 道形状 。

图3  点浇口
Fig. 3  Point gate

1— 分流道截面   — 2 分型面   — 3 分流道截面底线   — 4 分流道轮廓线

图2  一级分流道设计
Fig. 2  First stage channel design

其设计算法如下 : ( 1) 分流道小端圆心为圆心作圆 ; ( 2) 把圆封闭成面 ; (3) 沿着一定的方向扫过给定的长度即可 。扫方 向为圆心到制品的方向 。 3. 2   矩形侧浇口的设计 矩形侧浇口一般开在分型面上 , 从制品的边缘进 料 ,一般与一级分流道相连 ,其设计算法如下 : (1) 选择分型面 , 以分流道的轮廓线一端点 EP 作 为起始设计点 ;
(2) 选择浇口所在的方向 , 以 EP 作为矩形底线的

2. 2   二级分流道设计

二级分流道一般是在采用点浇口的浇注系统中使 用 ,使用点浇口的模具需要二次分型 , 分别取出流道内 的凝料和塑料制品 。取出流道凝料的分型面一般比较 简单 ,就是一个*面 ,本文只给出了取出塑料制品的分 型面定义 。如果是双分型面 , 则分出的型腔板即可作 为三板模中的中间板 ( 定模板 、 定模固定板上的主流道 需另外设计 ) , 所以 , 二级分流道可以以虚拟模腔中的 一个外表面为依据设计 , 如果需要一级分流道 , 也在该 表面上设计 。

中点 ,轮廓线垂直于底线 , 按指定的数据向指定的方向 作矩形 ,见图 2 ,把矩形封闭成面 ; ( 3) 封闭面沿着指向制品的方向扫过给定的距离 即可 。

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注塑模具浇注系统三维参数化设计研究

 

4  设计实例
现有一零件如图 4 所示 , 采用一模四腔 , 分型面如 图 5 所示 ,浇注系统如图 6 所示 ,分型结果如图 7 所示 。

图7  型芯与型腔
Fig. 7   Cavity and mandrel

图4  零件图
Fig. 4  Part structure

5  结束语
运用基于特征的设计方法 , 浇注系统在分型面上 设计 ,从而实现了浇注系统与成型零件的同时生成 。 参考文献 :
[1 ]   李德群 . 塑料成型工艺及模具设计 [ M ] . 北京 : 机械工业出

版社 ,1994. 66.
[2 ]   李海梅 ,王国中 ,等 . 注塑模浇注系统的计算机辅助设计软

件 [J ] . 中国塑料 ,1996 ,10 ( 6) :88~92.
[ 3 ]     ,吴崇峰 . 注塑模浇注系统的计算机辅助设计 [J ] . 李 昕

图5  分型面
Fig. 5  Parting face

塑料科技 ,2000 , ( 1) :12~14.
[ 4 ]     ,鲍家福 ,邵鹏飞 . 多型腔注射模浇注系统 CAD[J ] . 姚 强

模具工业 ,1997 ,11 :13~16.
[5 ]   宋翠芳 . 专家系统在选择注射模浇注系统上的应用 [J ] . 中

国机械工程 ,1995 ,6 ( 2) :44~45.
[6 ]   文劲松 . 基于知识的注塑模具设计系统关键技术研究 [ D ] .

武汉 : 华中科技大学博士学位论文 ,2001. 4
[7 ]   文劲松 ,李德群 . 注塑模三维成型零件的生成研究 [J ] . 中

国塑料 ,2001 ,15 ( 5) :78~80.

图6  浇注系统
Fig. 6   Sprue system

Research on 3D Feed System Creation of Injection Mold WEN Jin2song , ZHU Hong2bin , L I De2qun
China University of Technology , Wuhan 430074 , China)

( 1. National Engineering Research Center of Novel Equipment Polymer Processing ,Sout h China University of Technology , Guangzhou 510640 , China ; 2. State Key Lab. of Plastic Forming Simulatrion And Die & Mould Tech. ,Central

t ure ,t he feed system and forming part s are created at t he same time.

Abstract : The feed system of injection mold includes sprue ,runner and gate. Taking feed system as one of design fea2 Key words : injection mold ; feed system ; t hree dimension ; parameter
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