扫地机器人底座注塑模具设计

引言

在家务服务机器人领域,扫地机器人具有生产技术相对成熟、需求量大的特点。扫地机器人底座是扫地机器人的重要组成零件,本研究以某型号扫地机器人底座为例,分析其产品特点,对其进行注塑模具设计和仿真分析,为类似复杂底座注塑模具设计提供参考。

1产品分析

产品对象是一款扫地机器人底座,结合实际,使用UG软件建立三维模型,如图1所示。扫地机器人底座外形尺寸为270mm×260mm×60mm,材料为ABS,底座要有一定的强度,起到支撑的作用,承重约5kg。底座要与顶盖、车轮、万向轮、边刷等零件配合,要有较高的精度,尺寸精度为4级。运用UG软件注塑模具向导应用模块,进行零件壁厚的检查分析,得到零件的平均壁厚约2.3mm。使用UG软件对产品进行测量,得到塑件的体积约为25300.3mm3,质量约为265.6g。

图1扫地机器人底座

2注塑模具设计

根据产品的尺寸和特点,型腔布局为一模一腔,选择LKM-SG模架,模架号为Cl-5050-A110-B120-C140。

2.1分型面设计

根据分型面的选择设计原则,在选择扫地机器人底座分型面时主要考虑以下几个问题:

(1)扫地机器人底座的分型面应该选择在底座的最大圆环处。

(2)底座的分型面应该便于推杆将成型后的底座件顶出。

(3)所选择的底座的分型面尽量不能影响扫地机器人底座的外观。

(4)底座分型面的选择不能影响到后期的浇注系统的设计。

根据以上的选择原则以及扫地机器人的形状和结构,分型面设计在底座最大外轮廓处。

2.2浇注系统设计

普通的浇注系统一般由主流道、分流道和浇口组成,主流道一端与喷嘴相连,一端与模具内腔相互连接。在模具设计中,主流道在与注塑机喷嘴接触以及一定的温度、压力这种复杂环境下工作时会出现磨损。所以,对于流道的设计经常会使用主流道衬套,材料为T8,衬套底部直径为3mm,高度为45mm。

扫地机器人底座零件高度不高,但是底座面积较大,根据其一模一腔的布局,本次设计采用直接浇口。直接浇口的位置对制品的成型质量有较大的影响,在浇口切除后可能会产生比较大的痕迹,扫地机器人底座为圆形,材料为ABS(流动性好),在工作过程中底座面会与地面接触,不是重要外观表面。根据分析选择浇口的位置为底面圆环中心处,如图2所示。

图2直接浇口设计

2.3冷却系统设计

冷却水管大小以及冷却水路布局是冷却系统设计的主要内容。冷却系统的设计主要考虑两个方面:一方面要考虑如何布局冷却回路,使得模具在制品注塑过程中保持均匀的温度:另一方面还应考虑模具的制造成本。参考文献,通过对冷却水流量进行初步计算,在型腔和型芯分别设计冷却水路,型腔中的水路距分型面26mm,型芯中的水路到分型面的距离为30mm,冷却管道直径为8mm。

2.4型芯型腔设计

因为扫地机器人底座上要承载轮子、电池等零件,同时为了满足型芯和型腔的结构合理性和制造的经济性,设计整体嵌入式型芯与型腔,如图3所示,材料为3Cr2Mo钢材。这种结构的优点是结构稳定、可靠,因为型芯直接镶嵌在动模板上,所以产品表面不会在接缝处产生溢料痕迹。

(a)型腔

(b)型芯

图3型芯型腔设计

2.5斜顶与推出机构设计

扫地机器人底座存在两个卡扣,会影响到正常脱模,故设计了斜顶侧向抽芯机构解决此问题。此机构由顶杆和斜顶座组成,斜顶座为T型滑块,斜角为3°。

推出机构的作用就是将成型好的产品从动模板上推出来,设计采用常用的推杆推出机构,保证产品顺利脱模。

推出机构的设计原则如下:

(1)推出机构应设计在动模侧。

(2)推出机构力的作用点应该尽量作用在塑料件强度和刚度最大的地方,以保证制品在推出过程中不会变形。

(3)推出零件的位置设置应该保证制品能够平稳地推出。

(4)推出机构在工作时,不能影响到侧抽芯机构的运动。

(5)推出机构应该尽量设计在模具内部,不能影响制品的外观。

因为扫地机器人底座连接杆比较多,此处布局18根顶杆,利用顶杆固定板将其固定。斜顶和推出机构如图4所示。

图4斜顶和推出机构

3注塑模具有限元分析

使用Moldflow软件对设计的浇注系统和冷却系统进行分析,从而验证设计的合理性。将设计的扫地机器人底座模型导入到AutodeSkSimulation软件中,划分网格类型为双层面网格,网格数目为34740个。设置熔体温度为250℃,开模时间为5S,注塑、保压、冷却时间为30S。模流分析如图5所示,回路冷却温度和水路布局如图6所示。

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根据浇口匹配性分析结果,可得设计的浇注系统是比较合理的。充填时间为2.091S,回路冷却温度差为4.29℃。综上分析,设计的浇注系统和冷却系统是合理可行的。

4结语

本文针对某型号扫地机器人底座设计了一模一腔两板模注塑模具,设计了直接浇口的浇注系统和回流冷却系统、整体嵌入式型芯与型腔、斜顶侧向抽芯机构和18根顶杆:使用Moldflow软件对设计的浇注系统和冷却系统进行仿真,结果表明,设计的浇注系统和冷却系统符合要求。