电饭煲提手的模具设计与工艺优化

电饭煲提手的模具设计与工艺优化*
关兴举
（吉林工业职业技术学院机械与汽车技术学院，吉林吉林132013）
摘要：关键词：中图分类号：TQ320.66；TP391.7文献标识码：A
通过分析一种电饭煲提手塑料零件的结构工艺性，利用NX12.0软件设计模具结
构，并根据HsCAE3D 对模具浇注系统和冷却系统的分析结果改进模具结构，实
现了注塑工艺的优化，控制塑件的翘曲变形量绝大部分在0.1mm 之内，局部为
0.16mm 。

模具设计；浇注系统；冷却系统；翘曲变形
作者简介：关兴举（1970—），男，副教授。

研究方向：机械制造，模具设计，职业教育。

1引言
随着CAD/CAE 技术的发展，模具设计流程
发生了很大的变化，从依靠设计者的主观经验分
析转变为借助CAD/CAE 软件进行系统分析。

在
模具设计过程中，可以分析浇注系统、冷却系统、
脱模机构、顶出系统的结构干涉；在塑料注射工
艺参数选择过程中，可以对充模、冷却、保压进行
分析从而优化注塑工艺[1]。

许多大型CAD 软件都
提供了模具设计模块，如Siemens 公司的NX12.0
的Mould Waids ；在注塑工艺分析过中，Autodesk
公司的Moldflow 被广泛的应用；华塑软件研究
中心的HsCAE3D 软件逐渐成熟[2]。

通过CAE 分
析可以提高模具的设计、制造效率，提高设计制
造质量，减少试模修模时间，从而缩短从塑料产
品设计、模具设计、模具制造及产品注塑生产的
整个周期。

本文利用NX12.0的模具设计模块
Mold Wizard 和HsCAE3D 完成一种电饭煲提手
的模具设计，同时优化了注塑成型工艺。

2塑料件的结构工艺分析图1为一种电饭煲提手塑件的塑件产品图。

该塑件材料为聚丙烯，收缩率为1.5%。

设计
的原始数模为STP 的格式的文件，可以导入NX ，另存为STL 格式的文件；把文件为STL 格式的文件导入HsCAE3D 软件，利用其快速分析功能获得如表1所示的塑件基本信息。

尺寸精度为一般精度要求MT5级，故对应模具相关零件的尺寸加工精度容易保证。

塑件壁厚较均匀，2mm 左右，最小壁厚0.4mm ，符合最小壁厚原则[3]，塑件均为圆角过渡，结构工艺性良
好。

表1中节点数和单元数为CAE 网格文件的
参数，满足分析要求，如果不满足可通过华塑网
格管理器进行修复。

图1电饭煲提手产品图第33卷第2期圆园员9年第2期Vol.33No.2NO.2.2019
技术与教育TECHNIQUE &EDUCATION
3模具结构的设计
3.1成型零件的设计
塑件的结构如图2所示。

1是提手的开口位置，不可以直接脱模，需要向外的侧向分型抽芯，选用斜导柱侧向分型抽芯结构；2和9为内凹结构，同样不可以直接脱模，需要向内的滑块结构，选用方形弯销抽芯机构；3~5、7和8有多个靠破孔，直接通过前、后模具合模后成型；6为擦穿位，通过前后模具的侧面合模后侧面相靠成型。

考虑模具加工的工艺性，圆孔位置都通过镶件完成。

图3为模具成型零件的爆炸图。

3.2浇注系统的设计内外四个滑块四个方向抽芯，模具结构相对复杂，同时根据用户的注塑机注塑量，锁模力的要求，选用1模1件，直浇口的形式。

保证注射的相对平衡，主浇道偏离中心10mm 。

充型性可以通过HsCAE3D 进行分析，通过充型分析，可以得到如图4所示（见封三）的模具前端填充零件的时间云图，从图中可以看出模具全部充满需要1.22s ，HsCAE3D 可以动态仿真模具填充的全过程。

图5为填充过程中可能产生气穴和熔接痕的位置，1为熔接痕的位置，2为可能产生气穴的位置，为设计模具的排气槽和溢流槽的位置提供了参考。

3.3模具的冷却系统设计从图3可以看出参与直接成型的零件有6个，模具的前后模4个滑块都需要设计冷却水路，模具前模镶件中也要布置冷却水路。

模具圆型镶件的冷却水路可以采用隔水板的形式。

图6中1、2为后模冷却水路，3、6为外侧滑块冷却水路，4、5为前模镶中的冷却水路（见封三）。

冷却水路的设计直接影响塑料零件的生产
图2电饭煲提手塑件结构（1~9为零件结构部位）
图3模具成型零件的爆炸图
1-外滑块I ；2-后模；3-内滑块I ；4-弯销I ；
5-外滑块II ；6-前模镶件I ；7-后模；8-前模镶件II ；
9-前模镶件III ；10-塑件；11-弯销II ；12-内滑块II 图5填充过程中的气穴和熔接痕1-溶接痕；2-气穴表1塑料制品信息
4技术与教育
87
6
54
32
1
9
56789101112
4321
12
效率，同时冷却水路布置的不合理，会对塑料充模过程有较大的影响，造成填充不满，浇不足、溶接痕等缺陷。

HsCAE3D可以分析冷却介质的温度场变化如图7（见封三），设计者根据冷却介质温度场的变化，来修改冷却水路的结构及介质的热平衡参数。

同时可以分析冷却稳态后的温度场图8（见封三），供设计顶出机构作为参考。

4塑料零件翘曲变形分析和工艺优化塑料制品注塑成型过程中，塑料由粘流态、高弹态到玻璃态。

这个过程粘流态的塑料必须高效的填充型腔。

影响填充效果的工艺因素主要有温度、压力、剪切速度。

塑料制品的材料一旦定，其注塑温度和注塑压力范围可用通过查阅手册确定范围，如本塑件的材料为聚丙烯，手册上推荐的最低温度为220℃，最高温度为250℃。

注塑温度影响塑料粘度变化，进而影响塑料的填充能力。

注射温度低会造成填充不足，出现熔接痕，浇不足的缺陷。

温度过高则会出现飞边、熔体破裂的缺陷。

在没有CAE软件参与设计的情况下，工艺调整都是在模具加工后试模过程中完成的，而CAE软件可以仿真不同时间塑料的流动状态。

通过模拟软件调整相应的工艺参数，软件可以动态生成不同时间的温度场、压力场和剪切力场。

根据剪切速度场的变化动态图选择温度、压力和剪切力。

剪切速度相对变化范围小的工艺参数作为优化的推荐参数，并通过试验验证。

图9为填充0.14s后的工艺参数云图（见封三）。

塑料的注塑压力、保压时间、冷却温度场的分布都会影响塑料产品的变形程度，使塑料制品产生翘曲。

生产实践表明：适当的降低顶出温度，可以降低产生翘曲的几率，但是冷却时间过长会降低生产效率，同时也会产生脱模困难等问题。

通过CAE软件的仿真可以有效地解决这个问题。

图10为推出温度和翘曲变形的关系，是在
相图10推出温度与翘曲变形和冷却时间关系图11翘曲分析结果
图12模具结构
1-前模具承板；2-前模板（A板）；3-后模；4-弯销I；5-内滑块I；6-弹簧；7-复位杆；8-后模承板；
9-推杆；10-限位钉；11-后模板（B板）；12-弯销II；13-内滑块II；14-前模；15-前模镶件；16-隔水板；
17-浇口套；18-外滑块I；19-斜导柱I；20-推出限位块；21-外滑块II；22-导斜导柱II
关兴举电饭煲提手的模具设计与工艺优化5
参考文献
[1]关兴举，张海波.模具结构对塑料制品翘曲变形影响的研究进展[J].合成树脂及塑料，2018（02）：94-97.
[2]华塑软件研究中心.塑料注射模CAE 教程[M].武汉：华中科技大学，2008：1-50．
[3]王敬艳.华塑CAE 在塑料壳体模具设计中的应用与研究[J].塑料制造，2015（Z1）：71-76.
Mold Design and Process Optimization of Electric Cooker Handle
GUAN Xingju
（School of Machinery and Automotive Technology ，
Jilin Vocational College of Industry and Technology ，Jilin 132013，China ）
Abstract ：In this paper ，the structure and technological characteristics of a kind of plastic parts for electric cooker handle are analyzed ，and the mould structure is designed by using NX12.0software.The gating system and cooling system of the mould were analyzed by HsCAE3D.According to the results of CAE analysis ，the structure of the mould was improved.At the same time ，the injection process was optimized.The warpage of the plastic parts was controlled within 0.1mm in most cases ，and only part exceeded 0.16mm ，which met the user's requirements.
Key words ：mould design ；gating system ；cooling system ；warpage
同的浇注系统和冷却系统的情况下，通过改变真
仿软件中推出温度参数获得翘曲变化趋势曲线。

图11为优化后推出温度为40℃，翘曲最大翘曲
控制0.16mm 。

根据用户对产品精度的要求可以
平衡进度和效率的关系。

5模具的动作过程
NX12.0的模具Mould Waids 模块，既可以
高效的完成模具分模到结构设计的全过程，又可
以完成标准件的调用，还可以实现高效的出图。

图12为最终模具设计结果，采用两板模大水口
方式，其动作过程为前模2和后模11分开，在斜
导柱22、18的带动下两个外滑块19、21向外运
动。

由于塑料件的壁厚比较薄，结构向导复杂，为
了防止开模过程中撕裂塑件，采用顺序脱模结
构，方形弯销在两个外滑块脱模后再动作。

即方
形弯销4、12带动内滑块5、11实现内滑块脱模
具。

然后推出行程由推出限位块20控制，这样可以防止推杆组和外滑块相撞；在复位杆上附加弹簧起到推出机构先行复位的作用。

本套模具的特点是：典型的哈夫模具结构；带有内滑块抽芯；顺序脱模；冷却水路复杂。

通过加工试模具，本套模具开模顺利、合模准确，其结构设计合理，有较高
的设计参考价值。

6结语以一种电饭煲的提手零件为例，进行了完整的模具结构设计。

在设计过程中充分地利用HsCAE 软件进行充模分析、冷却分析和翘曲分析，同时通过CAE 软件仿真顶出温度对翘曲变形和冷却时间的影响，同时给出了电饭煲提手模具完整的结构设计解决方案，对采用内外同时抽芯脱模的哈夫模具结构有一定的借鉴意义。

*本文系作者参加2016年度吉林省财政厅高校强省专项“机械制造技术训练中心”项目建设的阶段性成果之一。

6技术与教育。