CN101279499B - 变间隙包边模具的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变间隙包边模具的设计方法。本发明的优点在于：本发明利用最小功率损失准则，结合嵌件塑料熔体在窄隙长流道中的流动方程，求得了合理的合模间隙分布。该方法的实质是根据影响熔体流动的两个因素即压差流损失和剪切流损失之间的消长关系，平衡得到合理的间隙。该方法具有普适意义，对于嵌件塑料的成型工艺和模具设计具有参考意义。

Description

变间隙包边模具的设计方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃包边模具的设计方法，特别是一种变间隙包边模具的设计方法

背景技术

包边玻璃是汽车玻璃的新型产品。包边设计使玻璃与车体更紧密地结合在一起，用在汽车生产线上直接装配，可以缩短装配周期、提高密封性，同时也增强美观。包边玻璃生产过程较复杂，首先把普通退火玻璃切割成所需尺寸并成型、钢化；然后在包边工序中，把玻璃作为嵌件，在其边缘注射进熔化的塑料，固化后塑料紧包在玻璃边缘形成包边。

包边玻璃需要量很大，基本上每款新车的玻璃必须配备相应包边模具。目前，汽车包边模具生产技术基本上被美国、日本、意大利、法国、韩国等发达国家垄断。它们拥有先进的加工设备、测试设备以及成熟的CAD/CAM/CAE系统，依靠雄厚的技术积累，基本解决了汽车玻璃包边模具设计与制造中的关键问题。圣戈班、通用、福特、克莱斯勒等著名公司的汽车玻璃生产厂家同时也是包边模的生产厂家，除完成自身生产任务，还出口到包括中国在内的许多国家。包边玻璃的生产方法为：在立式注塑机上，把经过钢化的玻璃在模腔中定位，在玻璃周边注射成型包边。由于采用了先进的注射工艺，故合模间隙是均匀的，浇注口只设置单个或极少几个，使得塑件熔接痕数量极少且不明显，并控制在非外观面，有效地保证了包边塑料件的质量。由于包边型面不同点处的法线方向各异，为了加工出合模间隙均匀的模具工作零件型面，需采用五轴数控机床加工。但是，这种方法要采用加工成本较高的数控机床，且对模具成型工艺要求较高，从而增加了模具制造成本和包边玻璃的制造成本。

国内各汽车玻璃厂家所用玻璃包边模具绝大多数仍为进口产品。原因是其设计加工、测试、软件和综合技术力量薄弱，因此至今未有这一产品进行专项研究或相关研究成果发布。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种可生产出符合尺寸、形状和表面质量要求的玻璃包边的变间隙包边模具的设计方法。

本发明的目的是通过以下途径来实现的。

一种变间隙包边模具的设计方法，其特征在于，步骤如下：

1.确定浇注口位置和数量；

2.把流道沿浇注方向按弧长划分为N等分，计算各弧段型腔熔体流动局部功率损失；

3.以最小功率损失准则计算得到该弧长段处的平均合模间隙；

4.重复1-3步骤，计算出每一弧长段的平均合模间隙；

5.获得沿弧长段变化的合模间隙的分布曲线：

(1)以流道沿浇注方向到至两个浇注口弧长距离的1/2之间总弧长为横坐标，以合模间隙为纵坐标，绘出这些合模间隙点；

(2)以三次样条曲线把这些间隙点连接起来，在曲线的起始端和终端利用端点相切的方法进行插值；

(3)获得的曲线即为变化的合模间隙曲线，它反映了从浇注口开始，至下一个浇注口之间的一半距离的合模间隙的分布状况；

重复以上步骤，获得所有的浇注口两侧的合模间隙分布，即得到整个玻璃包边模具的合模间隙分布。

本方法利用最小功率损失准则，结合嵌件塑料熔体在窄隙长流道中的流动方程，求得了合理的合模间隙分布。该方法的实质是根据影响熔体流动的两个因素即压差流损失和剪切流损失之间的消长关系，平衡得到合理的间隙，从而得到合格的包边模具。

本发明的方案还在于

确定浇注口位置和数量的具体方法为；

(1)计算包边塑料件周边尺寸总弧长；

(2)每250-300mm处设定一个浇注口；

(3)在非外观面处设定浇注口；

浇注口位置的选择还在于

浇注口位置应设置在直线或曲率半径较大的边上，避开过渡剧烈处。

计算型腔熔体流动局部功率损失的具体方法为；

(1)把流道沿浇注方向按弧长划分为N等分，对于曲率半径小于或等于10mm的部位，按平均弧长段的1/2划分；

(2)初步确定合模间隙，从浇注口算起，至两个浇注口弧长距离的1/2之间，合模间隙逐渐增大；

(3)选取第i个弧长段，根据注射压力、该段中点距离浇注口的平均距离、合模间隙、流道的几何参数和摩擦系数，计算得该弧长段熔融塑料的平均压力和流量值；

(4)根据流量值和流道沿垂直于弧长段方向的宽度，计算垂直于弧长段方向的压力差和熔融塑料沿该方向的平均流动速度；

(5)根据压差流的流量应与剪切流的流量，建立总流量方程，求解得到无泄漏缝隙；

(6)计算垂直于弧长段的压差流的泄漏损失功率和是剪切流的摩擦损失功率；

在划分弧段时，当曲率半径较小时应划分弧段较密。

求取平均合模间隙的具体方法为：

用作图法分别绘出由压差决定的泄漏功率损失和由剪切流决定的摩擦功率损失与合模间隙的函数曲线，将它们进行叠加，得到一新的曲线，量测该曲线的最低点对应的合模间隙值，该合模间隙值是以最小功率损失准则计算得到的在该弧长段处的平均合模间隙。

综上所述，本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明利用最小功率损失准则，结合嵌件塑料熔体在窄隙长流道中的流动方程，求得了合理的合模间隙分布。该方法的实质是根据影响熔体流动的两个因素即压差流损失和剪切流损失之间的消长关系，平衡得到合理的间隙。该方法具有普适意义，对于嵌件塑料的成型工艺和模具设计具有参考意义，该方法所求得到的包边模具具有(1)可以开设多个浇注口，有利于降低对于包边注射成型工艺的要求，有利于熔体充满模腔，保证塑料包边的尺寸和形状精度；(2)变化的合模间隙有利于保证控制熔接痕等注塑缺陷的位置，从而保证包边的表面质量；(3)变化的间隙对于模型型面加工要求不高，利用三轴数控机床加工即可完成，有利于降低模具制造成本。

附图说

图1为在嵌件上确定浇注口及浇注口数量的结构示意图

图2为模具及嵌件、包边的结构示意图

图3为垂直于弧长方向的流道宽方式及垂直于弧长段方向的压力差和熔融塑料沿该方向的平均流动速度

图4为作图法得出的各弧段处的平均合模间隙

图5为沿弧长段变化的合模间隙的分布曲线图

图6为获得沿弧长段变化的合模间隙的分布曲线

具体实施方式

标号说明1浇注口2包边塑料件3玻璃4模具A为单边合模间隙B垂直于弧长方向的流道宽度C熔融塑料流动方向

下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。

实施例1

一种变间隙包边模具的设计方法，步骤如下：

1.以包边塑料件2断面质心为基准，计算玻璃3周边整个包边塑料件的总弧长尺寸为1290mm，在包边模具4的浇注口位置分别设置在较长的4个周边上，其中最长的一条边设置2个浇注口1，一共5个浇注口；

2.以最长一条边为例，该边长570mm，设置2个浇注口，把边长分为3等分，分别为155mm、260mm和155mm。在260mm分段内，沿熔融塑料流动方向C取一半长度，即130mm，在此范围内按弧长划分为10等分；

3.取第1等分弧长段，绘制出该弧段型腔熔体流动中，在沿垂直于弧长方向的流道宽度方向B上，由压差决定的泄漏功率损失随着间隙变化的函数为

$P=(\frac{{\mathrm{\Δp\δ}}^2}{12\mathrm{\μl}}+\frac{{\mathrm{Fv}}_0\mathrm{\δ}}{2})\mathrm{\Δp}$

式中，Δp为两侧压力差，δ为合模间隙内横向宽度，l为本弧长段长度，F为注射压力，v₀为流速。它是一条抛物线，表达式为P＝8.01δ²；

4.计算纯由剪切流决定的摩擦功率损失，其函数为

$P=(-\frac{\mathrm{\ΔpB\δ}}{2}+\frac{\mathrm{\μB}{v}_{0}l}{\mathrm{\δ}})v_0$

式中，B为合模间隙的高度，它是一个反比例函数，表达式为P＝1.706×10^-4/δ。

5.把上述抛物线和反比例函数曲线叠加，得到总损失功率为

$P=\frac{{\mathrm{\Δp}}^2{\mathrm{\δ}}^2}{12\mathrm{\μl}}+\frac{\mathrm{\μB}{v}_0^{2}l}{\mathrm{\δ}}$

其计算表达式为P＝8.01δ²+1.706×10^-4/δ。对此函数求一阶导数P′＝16.02δ-1.706×10^-4/δ²并令P′为零，解得函数的极值点处对应的合模间隙为0.022mm，该数值即为最小功率损失处对应的合模间隙A，也就是本弧长段处的平均合模间隙。

6.重复1-5步骤，计算出每一弧长段的平均合模间隙，分别为0.022、0.025、0.027、0.030、0.033、0.036、0.039、0.0420、0.044、0.045mm；

7.获得沿弧长段变化的合模间隙的分布曲线：(1)以浇注方向为为横坐标，以合模间隙为纵坐标，绘出这些合模间隙点；

8.以三次样条曲线把这些间隙点连接起来，在曲线的起始端和终端利用端点相切的方法进行插值；

9.获得的曲线即为变化的合模间隙曲线，它反映了从浇注口开始，至下一个浇注口之间的一半距离的合模间隙的分布状况；

重复以上步骤，获得所有的浇注口两侧的合模间隙分布，即得到整个玻璃包边模具的合模间隙分布。

本实施例未述部分与现有技术相同。

Claims (6)

1.一种变间隙包边模具的设计方法，其特征在于，步骤如下：

1).确定浇注口(1)位置和数量；

2).把流道沿浇注方向按弧长划分为N等分，计算各弧段型腔熔体流动局部功率损失；

3).以最小功率损失准则计算得到该弧长段处的平均合模间隙；

4).重复1-3步骤，计算出每一弧长段的平均合模间隙；

5).获得沿弧长段变化的合模间隙的分布曲线：

(1)以流道沿浇注方向到至两个浇注口弧长距离的1/2之间总弧长为横坐标，以合模间隙为纵坐标，绘出这些合模间隙点；

(2)以三次样条曲线把这些间隙点连接起来，在曲线的起始端和终端利用端点相切的方法进行插值；

(3)获得的曲线即为变化的合模间隙曲线，它反映了从浇注口开始，至下一个浇注口之间的一半距离的合模间隙的分布状况；

重复以上步骤，获得所有的浇注口两侧的合模间隙分布，即得到整个玻璃包边模具的合模间隙分布。

2.根据权利要求1所述的变间隙包边模具的设计方法，其特征在于：确定浇注口位置和数量的方法为；

(1)计算包边塑料件(2)周边尺寸总弧长；

(2)每250-300mm处设定一个浇注口；

(3)在非外观面处设定浇注口。

3.根据权利要求2所述的变间隙包边模具的设计方法，其特征在于：浇注口位置应设置在直线或曲率半径较大的边上，避开过渡剧烈处。

4.根据权利要求1所述的变间隙包边模具的设计方法，其特征在于：计算型腔熔体流动局部功率损失的方法为；

(1)把流道沿浇注方向按弧长划分为N等分，对于曲率半径小于或等于10mm的部位，按平均弧长段的1/2划分；

(2)初步确定合模间隙，从浇注口算起，至两个浇注口弧长距离的1/2之间，合模间隙逐渐增大；

(3)选取第i个弧长段，根据注射压力、该段中点距离浇注口的平均距离、合模间隙、流道的几何参数和摩擦系数，计算得该弧长段熔融塑料的平均压力和流量值；

(4)根据流量值和流道沿垂直于弧长段方向的宽度，计算垂直于弧长段方向的压力差和熔融塑料沿该方向的平均流动速度；

(5)根据压差流的流量应与剪切流的流量，建立总流量方程，求解得到无泄漏缝隙；

(6)计算垂直于弧长段的压差流的泄漏损失功率和是剪切流的摩擦损失功率；

5.根据权利要求4所述的变间隙包边模具的设计方法，其特征在于：在划分弧长段时，当曲率半径较小时应划分弧段较密。

6.根据权利要求1所述的变间隙包边模具的设计方法，其特征在于：求取平均合模间隙的方法为：用作图法分别绘出由压差决定的泄漏功率损失和由剪切流决定的摩擦功率损失与合模间隙的函数曲线，将它们进行叠加，得到一新的曲线，量测该曲线的最低点对应的合模间隙值，该合模间隙值是以最小功率损失准则计算得到的在该弧长段处的平均合模间隙。

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