液压排气阀特种卡帽注射模具设计与CAE分析

摘 "要：介绍了一种液压排气阀特种卡帽，内部采用异型卡位设计，外侧采用长尾柄结构，既有利于按压排气、也可以快速旋转，采用聚甲醛（poly for maldehyde，POM）材料，能保持较高的热稳定性和抗老化性能。在制造过程中，设计了一种全新的一模两腔的热流道哈弗块侧抽芯模具结构，经CAE分析产品的细节特征，在哈弗块上设置了隔水板冷却水路，内部型芯也设置了隔水板水路，提高了模具冷却效率，运用CAE软件模拟了产品的填充与冷却过程。经试模验证，该模具结构紧凑，塑件质量稳定、精度高，开合模动作合理可靠，制品顺利脱模，可有效节约成本，缩短了产品成型周期，提高了产品的生产率，产品能完全达到客户要求，为同类型产品提供了良好的解决方案。

关键词：液压排气阀；特种卡帽；哈弗块结构；CAE；注射模

中图分类号：TH325 """""""文献标志码：B

Design and CAE analysis of injection mold for the

special clamp of the hydraulic exhaust valve

JIANG Xin（Shaanxi Institute of Technology， School of ArtificalIntelligence， Xian 710300， Shaanxi， China）

Abstract： "The paper introduces a special hydraulic exhaust valve cap， which The paper introduces a special hydraulic exhaust valve cap， which uses an irregular clamping position design on the inside and a longtail handle structure on the outside. This design is beneficial for both pressing exhaust and quick rotation. The cap is made of POM material， which can maintain high thermal stability and antiaging properties. During the manufacturing process， a new hot runner sidepull core mold structure with one mold and two cavities was designed. The products detailed characteristics were analyzed through CAE， and the water cooling circuit was optimized by setting a baffle plate on the hot runner block. The internal core was also equipped with a baffle plate water circuit to improve the efficiency of the mold cooling. The filling and cooling processes of the product were simulated using CAE software. Through trial molding verification， it was found that this mold structure is compact， the plastic part quality is stable and accurate， the opening and closing mold action is reasonable and reliable， the product can be smoothly demolded， and costs can be effectively reduced. The product molding cycle is shortened and the productivity of the product is improved. The product fully meets customer requirements and provides a good solution for similar products.

Key words： Hydraulic exhaust valve； special seal； Harff block structure；CAE；injection mould

0 "引 "言

模具行业是制造业中的一项基础产业，同时又是高新技术产业的重要领域，是衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。哈弗模具是一种复杂但功能强大的模具，通过斜向运动使滑块脱离产品倒扣，利用精密的机械结构使模具的两个或多个组件分开以便于脱模，可实现对复杂形状产品的高效生产，可对提高生产效率和产品质量起到关键作用。由于模具需要持续进行高温高压的注塑过程，容易导致模具温度过高，从而影响塑胶制品的成型效果、品质和塑胶效率，为了解决这个问题，就需要合理地设计冷却水路，作为注塑塑胶模具中的通道系统，主要是通过循环冷却水来将模具内的热量迅速释放，使模具保持在适宜的温度范围内，保证注塑成品的成型效果和品质。

本文设计了一模两腔的热流道哈弗块侧抽芯模具，采用的斜导柱结构，结合POM材料性能，合理设计了可以顺利张合的分片模、外圈、张开销钉、顶出器以及轴向运动元件，针对哈弗块的结构和运动特点，在哈弗块上设置了隔水板水路，经CAE分析体积收缩率、回路冷却液温度、模具温度和零件温度，提高了模具冷却效率，从而保证塑件质量稳定，滑块能够正确地复位不卡死，运动平稳精确，开合模动作合理可靠，制品顺利脱模，为同类型产品提供了良好的解决方案。

1 "工艺分析

某液压元件厂在生产液压排气阀时，提出设计一种全新的排气阀冒口，具体要求为：

1） 选用材料能够抗疲劳、抗氧化、使用时间长，在长时间高温情况下依然保持良好的性能；

2） 冒口密封装置能够采用一种全新结构，压旋盖或异型卡位设计，防止误操作时打开排气阀；

3） 可以在排气时方便拧动，特别是在长时间工作后，拧动时避免出现费力或“粘接”的现象；

4） 制造方便，成本低，材料注射过程简单方便。

基于此，选取塑料材料POM，POM材料具有很好的流动性、自润滑性，耐磨性好，非常适合注塑成型。塑件特种卡帽的最大尺寸为20mm×54mm。平均壁厚为1.5mm，MT6中级精度，未注圆角R可自定，需保持外表面光滑无痕，几何造型以外形美观为原则，产品允许有1°～3°的拔模斜度，超大批量生产，塑件特种卡帽产品的本身造型属于对称体小型塑件，上半部分扁平下半部分为中空旋转，内部有细小加强筋等特征，但是总体壁厚均匀且无倒钩。具体尺寸如图1所示。

2 "冷却系统设计与CAE分析

模具的冷却时间是指从保压结束到顶出的时间。冷却时间通常占生产注塑成型总周期时间的 80%以上。直接影响产品的生产周期，由于产品结构对称，模具采用垂直分型面的哈弗块瓣合结构，普通的水路无法到达哈弗块，因此在模具的哈弗块上设置隔水板冷却水路，如图2所示，隔水板是指在冷却水路的管道中插入金属板，进而改变冷却介质流向来构建冷却系统的零部件。隔水金属板强迫冷却介质在隔水板的一侧向上流动，而在另一侧向下流动。隔水板并非阻断冷却管道中的流动，而是让冷却介质在折弯处形成湍流，离热源位置更近，延长模具内部的有效冷却长度，从而提高冷却介质的

导热能力，同时改变冷却液的流向。本次设计隔水板水路紧挨制品，能够有效冷却哈弗块温度，进而冷却产品外表面温度；制品内部结构复杂，壁厚较大，制品腔内也加载隔水板冷却水路，以快速有效带走制品腔内的温度，制品内外冷却水路同时作用，可充分带走塑料熔体进入模具后散发至模具的热量。

运用CAE分析产品填充与冷却，模拟结果如图3所示，填充模拟结果显示模具注射后，模内料流填充平稳有序，填充饱满无明显缺陷；隔水板水路是通过创建两个圆形柱体单元（顶部留有空隙以便冷却液到处流动）建立模型，通过 Autodesk Simulation Moldflow轻松地建立流动和热传导行为的模型并加以分析。对冷却系统的模拟结果显示：冷却回路温度差在1℃以内，符合设计要求，整个模具的冷却水路能够充分有效带走塑料热熔体凝固散发的热量。CAE分析结论为：冷却水路设计合理可靠，加快了产品的冷却速度，缩短零件达到顶出温度的时间，进而缩短了生产周期，从而提高整体生产效率。具体结果如图3所示。

3 "模具设计过程

在模具设计过程中，分析了特种卡帽的几何结构特点、尺寸精度及生产批量要求。首先将产品均匀布置于模具中心，一模两腔，主要从脱模角度考虑分型面，选择最大截面，即产品中心垂直面处。浇口位置选在塑件顶部，采用热流道系统中心浇注结构，特别适合侧面不允许出现浇口痕迹的产品。本模具采用哈弗块瓣合结构，是指模具分成两半拼合（也可以2个，也可以多个），两边滑块左右分模，不作前后模使用，多用来成型对称的塑件。开模时，哈弗块打开，产品可直接露出，快捷方便，哈弗块结构能够很好地解决垂直分型面模具的问题。确定完结构后，根据塑件在模腔的排布设计出定模型腔、定模板、左右滑块、楔紧块，对中块、动模型腔板和动模板；本模具脱模采用的是模外定距拉板，拉动推件板的脱模结构，模具结构如图4所示。

4 "模具工作过程

图5为特种卡帽的哈弗块结构注射模具结构，模具工作过程如下：注射机注射、保压、补缩、冷却；开模，模具在I处上下打开，安装在定模斜导柱7，带动动模的哈弗块8向外移动，哈弗块的垂直分型面打开，露出塑件特种卡帽的外部；模具继续后移打开，安装在定模板9的上限位螺钉26，固定不动；下限位螺钉27随动模部分一起向后移动，带动定距拉板29向后移动，当动模打开到一定距离，定距拉板29与定模上限位螺钉26接触并限位，定距拉板29被限位固定，停止移动，导致安装下限位螺钉27的推件板4也被限位固定，停止移动。此时，模具两侧的定距拉板29限位固定，动模部分继续向后移动，模具开闭器23强行被拉开，模具在II处打开，当动模部分的型芯22、型芯固定板3、动模座板1继续向后移动，而推件板4与其推件板镶块5限位固定，两者的相对运动完成了塑件与型芯22的剥离与脱落，模具推出塑件动作完成，塑件脱模结束；模具合模与脱模整个过程由导柱17和导套18组成的导向机构保证模板的准确导向与精确定位，再次合模后，注射开始，设备进入下一个工作循环周期。

5 "结 "论

液压排气阀特种卡帽，内部采用异型卡位设计，外侧采用长尾柄结构，既有利于按压排气、也可以快速旋转，采用POM材料，能保持较高的热稳定性和抗老化性能。在哈弗块结构注塑模具设计过程中，充分分析了特种卡帽产品的细节特征，精心设计模具结构，在哈弗块内部和模具型芯都设置隔水板水路，提高了模具冷却效率。运用CAE软件模拟产品的填充与冷却过程。该模具结构紧凑，塑件质量稳定精度高，开合模动作合理可靠，制品顺利脱模，产品成型周期短、生产率高，产品能够完全达到客户要求。

参考文献：

［1］《塑料模具技术手册》编委会.塑料模具技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2005.

“Plastic Mold Technical Manual” Editorial Board. Plastic Mold Technical Manual ［M］. Beijing： China Machine Press，2005.

［2］罗继军. 基于RoKiSim的压力淬火变形控制与轨迹优化 ［J］. 液压气动与密封， 2020， 40（8）： 47-49.

LUO J J. Deformation control and trajectory optimization of pressure quenching based on RoKiSim ［J］. Hydraulics Pneumatics amp; Seals， 2020， 40（8）： 47-49.

［3］姜鑫.基于ANSYS Workbench的CB-B型齿轮泵基座温度场分析 ［J］. 液压气动与密封，2016，36（2）：22-23.

JIANG X. Temperature Field analysis of CBB gear pump base based on ANSYS workbench ［J］. Hydraulics Pneumatics amp; Seals， 2016， 36（2）： 22-23.

［4］姜鑫.一种回火炉液压搬运机械手的设计 ［J］. 液压气动与密封， 2015， 35（12）： 55-57.

JIAN X. Design of a hydraulic handling manipulator for tempering furnace ［J］. Hydraulics Pneumatics amp; Seals， 2015， 35（12）： 55-57.

［5］乔女.分段内螺纹瓶盖模具设计与注塑成型［J］.模具技术2020（1）：12-15，40.

QIAO N. Mold design and injection molding of sectional internal Screw Cap ［J］. Mold Technology， 2020（1）： 12-15，40.

［6］杨鸿.壳体注塑CAE与热流道模具设计［J］.模具技术， 2022（4）： 16-25.

YANG H. CAE for shell injection molding and hot runner mold design ［J］. Mold Technology， 2022（4）： 16-25.

［7］王海兰，佟伟，欧相麟，等.基于Moldflow的盒型产品的变形优化与机理探究［J］.塑料工业，2023，51（2）：90-95，125.

WANG H L，TONG W，OU X L，et al. Deformation optimization and mechanism research of boxshaped products based on Moldflow［J］. Engineering Plastics Application，2023，51（2）： 90-95，125.

［8］黄可，殷春云，刘江，等.车窗内饰件热流道注塑工艺参数优化［J］.中国塑料，2019，33（10）：72-77.

HUANG K，YIN C Y，LIU J，et al. Optimization of injection molding process parameters for window interior trim［J］. China Plastics，2019，33（10）：72-77.

［9］刘铁石，张云，周全，等.基于玻纤改性PP的风扇面壳热流道注塑模设计［J］.工程塑料应用，2023，51（6）：85-91.

LIU T S，ZHANG Y，ZHOU Q，et al. Design of hot runner injection mould for fan shell based on glass fiber modified PP［J］. Engineering Plastics Application，2023，51（6）：85-91.

［10］王根华，肖国华，杨少增.碗形盖带内螺纹孔塑件多材共用型热流道模设计［J］.工程塑料应用，2023，51（3）：94-100.

WANG G H，XIAO G H，YANG S Z. Design of universal hot runner mold for bowl cap with internal thread hole based on multiple plastics materials［J］. Engineering Plastics Application，2023，51（3）：94-100.

基金项目：陕西省教育厅高等教育重点攻关研究项目（编号：19GG009），陕西省教育厅高等教育教学改革研究项目（编号：21GY041），陕西省教育科学“十四五”规划课题（编号：SGH18V020）。

作者简介：姜鑫，副教授，主要从事自动化控制技术教学方面的研究。

（陕西国防工业职业技术学院 "人工智能学院，陕西 "西安 "710300）