目前，注塑制品已成为生活不可缺少的一部分，由于其内部镶嵌PCB电路板、按钮和LED灯等电子元器件，使得外壳在装配时有一定的精度要求，且由于这些产品是外观件，对手感和色泽也有一定要求[1-2]。此类塑料制品一般通过注塑成型加工，模具影响塑件的外观和加工质量[3-4]。为提高塑件的品质，需要对模具结构进行设计。本实验以电视遥控器外壳为实例，利用Moldflow软件，对模具的冷却系统和浇注系统进行设计，对塑料熔体的流动性进行分析，根据分析结果，结合Solidworks三维建模软件，对模具结构进行设计。1产品结构分析图1为某品牌的电视遥控器外壳，材料为Mitsubishi Chemical公司制造的牌号为NX45的ABS塑料。尺寸为84 mm×254 mm×13 mm，壁厚较均匀，名义壁厚3 mm，最厚3.019 mm，最薄1.847 mm。为进一步提高塑件加工生产效率，结合实际生产需要，采用单型腔进行加工。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F001图1遥控器外壳及壁厚分析Fig.1Remote control shell and wall thickness analysis2Moldflow模流分析2.1Moldflow前处理分析网格类型有双层面网格和3D实体网格两种。形状规则和壁厚均匀且薄的壳体应选择双层面网格，而壁厚不均匀且差异较大时应选择3D实体网格[5]。电视遥控器外壳壁厚较均匀，因此选用双层面网格。图2为所得的网格划分结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F002图2网格划分结果Fig.2Meshing results共划分得到8 428个单元，表面面积(不包括模具镶块和冷却管道)为431.92 cm2，纵横比最大为11.93，最小1.16，平均为2.58，匹配百分比为89.0%，相互百分比为87.8%。2.2浇注系统设计为提高产品成型的品质，注塑时浇口位置应保证塑料熔体能够充满型腔的各个角落，同时应尽量减小能量损失，实现资源利用最优化。考虑遥控器外壳是外观件，结合模具成本和塑件的特点，选择浇口的形式为潜入式[6-7]。在Moldflow中对模型进行浇口位置分析，图3为所得的浇口匹配性结果。从图3可以看出，最佳浇口位于遥控器的中间位置的圆形处。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F003图3浇口位置匹配性Fig.3Gate position matching2.3冷却系统设计在整个注塑过程中，模具冷却的时间约占2/3，有效的冷却回路能够减少冷却时间，提高单位时间内的生产效率，同时均匀冷却能够降低传热不均而产生的残余应力，从而控制塑件翘曲缺陷的产生，以维持塑件成品尺寸的精准度和稳定性，进而改善产品品质[8-9]。由于塑件结构较为简单，形状尺寸较小，因此采用冷却水管直径为8 mm，水管与零件间的距离为20 mm，管道数量为2，管道中心之间的距离为25 mm，零件之外的距离为120 mm，冷却介质为纯水，其雷诺数为10 000，冷却介质入口温度为25 ℃，图4为所得的冷却回路。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F004图4冷却回路Fig.4Cooling circuit2.4注塑分析图5为填充时间的分析结果。从图5可以看出，遥控器外壳的填充时间为3.390 s，塑料熔体到达遥控器外壳左右两端的时间基本一致。图6为注射位置压力的分析结果。从图6可以看出，注射压力为24.75 MPa，填充较为均匀，塑料熔体流动性较好。图7为模具表面的气穴情况。从图7可以看出，遥控器外壳在注塑成型时表面的气穴很少，说明浇口位置较为合理。图8为流动前沿温度分布。从图8可以看出，模具大部分区域都保持在258 ℃，最大温差2.8 ℃，说明浇口位置较为合理。图9为体积收缩率的颜色分布。从图9可以看出，遥控器外壳表面收缩率在5%~7.5%之间，处于较为合理的范围。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F005图5填充时间Fig.5Filling time10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F006图6注射位置压力Fig.6Injection position pressure10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F007图7气穴Fig.7Cavitation10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F008图8流动前沿温度Fig.8Flow front temperature10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F009图9体积收缩率Fig.9Volume shrinkage3模具结构设计3.1分型面的设计为便于已成型的塑件与模具分离，以分型面将模具分成两个或两个以上的部分。影响分型面的因素主要包括塑件的外形尺寸要求以及加工设备的要求，分型面的选择应遵循[10]：(1)为便于塑件与模具分离，分型面应在塑件靠近定模板一侧的最大轮廓处。(2)分型面应保证脱模对塑件的表面及外形影响最小。(3)应尽量避免侧向抽芯。若有侧向抽芯，应尽量在动模内设置抽芯滑块，以简化模具。(4)分型面应对浇注系统的设计有利，避免复杂的浇注管道排布。(5)分型面应与动模板运动的方向平行，确保模具有充足的夹紧力，避免夹紧力不足造成塑料件溢出。(6)分型面选择时应综合考虑，尽量减少可能产生的缺陷。根据设计要点，图10和图11为最终设计的分型面及分模结构。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F010图10分型面Fig.10Parting surface10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F011图11分模结构Fig.11Partition structure3.2模具结构及工作过程图12为加工遥控器外壳的模具主要结构。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.03.016.F012图12模具主要结构Fig.12The main structure of the mold1-动模板；2-导向机构；3-模脚；4-动模套板；5 大拉杆套板；6-动模芯；7-定模套板；8-定模板；9-定模芯；10-推料钉；11-浇口；12-拉杆；13-顶杆其工作过程为：首先将遥控器外壳模具装配在注射机上，待塑料原料加热成熔体后，注射机开始工作。在导向机构2的定位下，动模板1向定模板8移动实现合模，进而塑料熔体在注射机螺杆的作用下，经由定模板8上的浇口11进入模具型腔内。经过填充、保压、冷却等工艺流程，塑件的外形尺寸基本成型。接着注射机的动力系统驱使动模板1远离定模板8，动模芯6包裹着塑件随着动模板1一同移动。同时，在定模板8上的主流道口凝料被拉料杆拉出。当动模板1和定模板8的间距充足时，顶杆13推动推板上的推杆使塑件与动模板1分离，注塑加工至此完成。4结论本研究以电视遥控器外壳为实例，利用Moldflow软件，设计了模具的冷却系统和浇注系统，并对注塑性能进行分析，得到较为合适的浇注系统和冷却系统。根据分析结果，结合Solidworks三维建模软件，对模具结构进行设计，并介绍了其工作原理，为其他精密注塑模具或同类塑件的模具设计提供了参考。