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智能除湿机外观造型创新设计探究

发布时间:2021/1/15 14:42:46   阅读:

摘要:智能除湿机能够降低潮湿空气带来的细菌损伤,其外观影响着市场销量。利用Pro/E三维建模软件,对智能除湿机外壳结构进行了设计。基于计算机辅助技术,利用Moldflow软件研究了智能除湿机外壳注塑加工工艺,设计了模具的浇注系统和冷却系统,分析了塑件的翘曲变形情况。基于DOE试验法,结合极差分析法和方差分析法,对模具的最大翘曲变形进行了优化,使塑件的最大翘曲变形量降低了35.91%,并做了试模样品。塑件质量显著改善,得到了较为良好的工艺参数,为其他类似外观造型设计和注塑加工制造提供了思路和方法。

关键词:外观造型;创新设计;Moldflow;注塑

我国秦岭淮河一线以南气候潮湿易发霉,对许多家居产品造成不同程度的损伤,尤其是电器产品[1]。虽然冬季寒冷干燥,但某些地区仍会比较潮湿[2],因此,除湿机的使用是十分必要的[3]。智能除湿机基于多传感器融合技术,可根据设定的不同湿度进行自主调节,简单方便实现智能除湿[4]。除了对功能的需求,人们对外观的审美也越来越高。智能除湿机的外壳影响着其美观程度,由于缺乏外观创新设计的产品在市场上很难受到消费者的青睐,因此要着重对智能外壳进行设计。除湿机的外壳材料为塑料,一般由注塑加工工艺制作而来,成型的质量会影响外壳的外观,因此有必要对其外壳的加工工艺进行分析与优化,保证成型质量[5]。本实验从市场消费者需求出发,对智能除湿机外观造型进行了设计,为了保证加工质量,对其注塑加工工艺参数进行了研究及优化。

1智能除湿机外壳结构设计

2基于Moldflow的注塑加工工艺研究

智能除湿机的外壳一般是塑料通过注塑成型加工而成,在对其外观造型设计完成后,还需要考虑加工的可靠性与可行性。由于前后壳材质及加工方式相同,因此只需考虑智能除湿机的前壳加工工艺即可。本实验利用Moldflow软件,对智能除湿机前壳注塑模具的浇注及冷却系统进行了设计,得到了可行的加工方案,并利用正交试验法优化了其工艺参数。图2为网格划分的结果。纵横比平均为2.43,网格比配百分比90.6%,相互百分比86.9%。

2.1浇注系统设计。浇注系统是注塑成型加工的入口,浇口位置会影响塑料熔体的流动速度、充填时间以及模具各部位的充填压力,对塑件的质量有着十分重要的影响[5-6]。在Moldflow中进行浇口位置分析,图3为所得的分析结果。由于塑件表面比较大,单个浇口满足不了需求,因此设置了多个浇口。设计主流道入口的直径为4.5mm,长度60mm,拔模角3°,分流道直径9mm,竖直流道的底部直径9mm,顶部浇口的初始直径9mm,末端直径1.2mm,长度1.2mm,图4为最终得到的浇注系统。

2.2冷却系统设计。冷却系统能够使模具的各个部位受热均匀,避免因各处温度不同而导致应力不均造成翘曲变形[7-8]。冷却管道在设计时应尽量覆盖模具的表面,且沿分型面对称布置[9]。根据模具的尺寸大小,选择管道数量为6,采用上下对称布置的方式,设计冷却水管直径10mm,水管与零件间的距离25mm,管道数量6,管道中心的距离50mm,零件外的距离190mm。选择雷诺数10000的纯水作为冷却介质,冷却液的入口温度25℃,图5为所得冷却系统。2.3翘曲分析翘曲变形会影响模具的外观与质量,应尽量减小和避免翘曲变形的产生[10-11]。根据系统推荐,在Moldflow中设置工艺参数为熔体温度230℃,开模时间5s,注塑+保压+冷却时间30s,充填压力80%,图6为所得的翘曲分析结果。从图6可以看出,模具的最大翘曲变形量为3.562mm。

3优化分析

影响翘曲变形的因素较多,本研究基于正交试验法,结合极差分析法和方差分析法,探究充填压力、熔体温度和注射+保压+冷却时间对智能除湿机前壳翘曲变形的影响,旨在降低模具的翘曲变形量。以2.3的初始工艺参数为基准,表1为正交试验的因素与水平表。在Moldflow中进行优化分析,表2为所得的正交试验结果和极差分析结果。从表2的正交极差分析结果可以看出RB>RC>RA,影响智能除湿机前壳的翘曲变形程度的因素,按照从大到小排列分别为充填压力(B)、注射+保压+冷却时间(C)和熔体温度(A)。由于极差分析无法排除随机误差的影响,因此需要对数据做方差分析。在方差分析中,当F比值大于F临界值时,判定该因素为显著,表3为方差分析结果。从表3可以看出,当α=0.05时,充填压力(B)对智能除湿机前壳的翘曲变形影响显著,熔体温度(A)和注射+保压+冷却时间(C)不显著。综合极差分析结果与方差分析结果,从经济性和可加工性角度出发,所选择的优水平工艺参数为A1B3C3,即工艺参数为熔体温度210℃,注塑+保压+冷却时间36s,充填压力96%,图8为此参数下得到的翘曲分析结果。从图8可以看出,智能除湿机前壳的最大翘曲变形量为2.283mm,相比初始工艺参数降低了35.91%,有了明显了改善。将优化后的工艺参数进行试模验证,即选取熔体温度210℃,注塑+保压+冷却时间36s,充填压力96%,所得的结果如图9所示,从图9可以看出,塑件表面平滑,富有光泽,无明显翘曲变形,能够满足实际生产需要。

4结论

基于Pro/E建模软件,对智能除湿机外观造型进行了设计。为了保证加工质量,利用Moldflow软件对其注塑加工工艺参数进行了研究,设计了模具的浇注系统、冷却系统,并基于DOE试验方法对其翘曲变形进行了分析和优化。结果表明:优化后的工艺参数使智能除湿机前壳模具的翘曲变形减少了35.91%,将优化后的工艺参数进行试模,塑件表面平滑,无明显翘曲变形,能够满足实际生产需要,为其他类似零件的加工提供了参考。

作者:刘娟 单位:常州纺织服装职业技术学院

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