肥皂盒数字化建模及模具设计

肥皂盒数字化建模及模具设计

覃贤锋 于吉川

百色学院 广西百色 533000

摘要：通过UG软件对产品进行建模并设计其注塑模具，运用Moldflow软件来评估模具的可行性。旨在优化注射成型的最佳工艺。充分利用UG出色的模具设计能力，结合Moldflow的模流分析数据，为肥皂盒设计的注塑模具进行了详细的设计和电脑模拟测试，以此确保模具构造的有效性和正确性。

关键词：Moldflow；模具设计；数字模拟；

1前言

汽车、医疗用塑料、房地产业尤其是保障性住宅领域等的持续稳定发展进一步增加了塑料厂商的需求量，从而构成了塑料产业的一个外部优势。然而，货币价值的变化加速、提高的储备金比率和贷款利息、原料和人力成本增加，电能供应紧缺等问题，这些普遍影响到许多公司和企业的负面因素，同时也给塑料产业带来了压力，形成了共同的不利局面。与此同时，随着先进技术的不断创新，新型塑料材料及其制品的功能得到了提升，能够更好地适应国内市场的需要[1]。

本次研究以肥皂盒为研究对象，利用UG与Moldflow软件进行肥皂盒三维建模和注塑模具设计，产品如图1所示。

图1 塑件三维图

2塑件工艺分析

这次用于设计的塑件是洗手香皂盒,它结构比较简单，可以大量生产，大小适中，可以使用注塑成型，分析三维图，本次塑件的大部分尺寸要求不高，在选择精度的时候可以一般精度，没有标出公差的位置也是默认公差位置可以选择为MT5级，最终模具设计计算可以按此精度设计。根据产品高度的不同，脱模斜度的选取范围也会有所变化，在实际应用中，通常会根据经验值和实际生产情况来确定一个合适的脱模斜度范围，对于大多数情况，2度的脱模斜度是一个常见的选择，这个角度能够在大多数情况下实现顺利脱模，同时又能保持塑件的外观质量。塑件选用材料为ABS，它是一种常见的工程材料，ABS的化学稳定性质比较好，成型性能也较好，价格也比较便宜，因而在各种领域得到广泛应用，可作为这次产品的设计的原材料。

3注塑模具设计

本次设计的塑件简单，分型面的确定比较简单，如图2所示

图2模具分模

模具型腔的布局要保证熔体充填均匀，并使流道流程距离相等、充填时间相同，型腔最优的布置方式为矩形、线形、环形，该模具型腔采用对称的布置方式[2]。拟采用一模两腔的布局：

排气系统对于注塑过程中的型腔环境至关重要，因为它需要排除掉原本存在的空气，并防止由加热或者冷却引起的湿气和挥发物积聚。如果不能有效地处理这些问题，可能会引发如气泡、孔洞甚至填充不足等问题，从而对成品的品质造成负面影响。此系统的功能在于从模具中移除空气和熔融物质释放出的气体，确保其能够顺利流入模具内部，考虑到我们的制品尺寸相对较小，我们无需设置专门的排气槽，只需通过分型面的缝隙与斜杆之间的空间来实现排气效果[3]。

熔体经过注射、保压后，在型腔中冷却成型，这段时间需要根据不同材料的成型温度，调节对应的模具温度，以加快熔体冷却成型，设计的冷却系统水道能够等距分布在成型塑件的四周，实现冷却均匀，熔体快速成型[4]。

顶出系统一般情况下是顶针或者推板或者斜顶等等机构，都是通过底针板压紧到面针板上面实现一个定位和固定作用的。具体设计如图3所示。

图3 顶出系统

4模流分析

充填时间代表了塑料熔体经过流道系统进入并填满型腔所需的总时间，这是评估注塑成型周期的关键指标之一。如图4所示，通过测量充填时间，我们可以判断在注塑充填过程中是否存在短射和流动不均衡的情况，同时也能看出熔体的流动状态是否平稳。

图4充填流动分析

如图5所示，压力分布的变化不仅影响熔体的流动行为，还直接影响最终产品的质量和性能,在注塑成型的填充阶段，压力分布是至关重要的现象，一般来说，最高压力通常出现在聚合物注射位置，这是因为此处是熔体进入模具的起点，需要克服注射系统和模具入口处的阻力。而最低压力则出现在熔体前沿，就是熔体正在填充的最后区域，这种压力分布反映了熔体在模具中的流动行为和受到的阻力。

图5 填充末端压力

   依据翘曲分析结果，塑件呈扁平长方形状。这种翘曲是由于塑料未能按照预定的形态进行成型，却出现了表面扭转。主要原因在于塑料收缩不均匀。本次模具设计中，通过报告中X方向、Y方向、Z方向以及整体变形可以看出塑件拥有较为均匀的收缩率，塑料不容易翘曲变形，仅仅会缩小尺寸，在设计塑料的时候放大倍数为1.05倍，相对壳状状塑件，达到实际生产需求。

5总结

利用UG软件，进行模具三维结构设计，同时根据计算机模拟仿真分析结果获得最优模具结构设计。结合CAD/CAE技术，针对肥皂盒进行了注塑模具设计，既保证了模具结构的可靠，又保证了熔体材料流动平衡和模具冷却均匀。相比设计师依赖经验设计和钳工反复修模问题，加快了模具设计效率，减少了生产成本。使用Moldflow软件对模具流进行分析，得出最佳注塑系统和冷却系统。

参考文献：

[1]塑料机械和塑料模具行业成高成长发展态势[J]. 塑料工业, 2016, 44 (06): 4.

[2]李雅. 基于Moldflow的香皂盒套件注塑流动平衡优化[J]. 中国塑料, 2019, 33 (09): 72-76+99.

简介：覃贤锋（2001-），男，壮族，广西来宾人，本科在读，研究方向：材料成型及控制工程

项目：百色学院2023年大学生创新训练计划项目，名称：肥皂盒数字化建模及智能化模具设计，编号：202310609121