【正文】 器外殼呈L狀，外形尺寸為總長(zhǎng)235mm、總寬160mm、總高80mm，總體壁厚2mm，壁厚分布較為均勻，外形尺寸在注塑成型的范圍內(nèi)。該塑件沒有特殊的的精度要求，公差尺寸最大可以取到MT6[5]，以降低注塑模具的加工難度和生產(chǎn)成本?？紤]到濾清器外殼的外表面的美觀，粗糙度可取Ra=，對(duì)應(yīng)型腔表面粗糙度Ra=；內(nèi)表面與濾芯接觸表面粗糙度要求較低，粗糙度可取Ra=，對(duì)應(yīng)型芯表面粗糙度Ra=。該塑件的部分結(jié)構(gòu)自帶有帶有斜度，故不再另設(shè)脫模斜度，通過設(shè)計(jì)有效的頂出機(jī)構(gòu)進(jìn)行脫模。 材料性能分析 使用特性本課題中的發(fā)電機(jī)組濾清器外殼會(huì)接觸到水汽或雜質(zhì)，工作中可能會(huì)發(fā)生腐蝕、老化和漏電，還有長(zhǎng)期的疲勞震動(dòng)可能造成疲勞損害。為滿足以上的工作要求，選用聚丙烯作為塑件材料。聚丙烯無色、無味、無毒，光澤好，易著色，不吸水；屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和硬度及彈性均比聚乙烯好。聚丙烯耐熱性好，能在100℃以上的溫度下進(jìn)行消毒滅菌，其低溫使用溫度達(dá)15℃，低于35℃時(shí)會(huì)脆裂。聚丙烯的高頻絕緣性能好，因不吸水，其絕緣性能不受濕度的影響。但是在氧、熱、光的作用下極易解聚、老化，所以必須加入防老化劑。聚丙烯可以制作各種機(jī)械零件，如法蘭、接頭、泵葉輪、汽車零件和自行車零件，制作水、蒸汽、各種酸堿等的輸送管道，化工容器和其他設(shè)備的襯里、表面涂層等，制造蓋和本體合一的箱殼、各種絕緣零件及醫(yī)療器械零件[7]。 成型性能聚丙烯是一種結(jié)晶性材料，吸濕性小，可能發(fā)生熔融破裂，長(zhǎng)期與金屬接觸易發(fā)生分解；它的流動(dòng)性好，；由于冷卻速度快，因此澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)散熱緩慢；PP成性收縮范圍大，收縮率大，易產(chǎn)生縮孔、凹痕、變形，方向性強(qiáng)；成型時(shí)應(yīng)注意控制成型溫度，料溫低方向性明顯，尤其低溫高壓時(shí)更明顯，模具溫度低于50℃以下塑料件不光澤，易產(chǎn)生熔接不良、流痕；90℃以上易發(fā)生翹曲、變形；塑料件應(yīng)壁厚均勻，避免缺口，尖角，以避免應(yīng)力集中[7]。 主要性能指標(biāo) 聚丙烯的主要性能參數(shù)如表21所示。表21 聚丙烯（PP）的主要性能參數(shù)密度ρ/(kg/dm3)~比體積ν/(dm3/kg)~吸水率（24h）ωpc100~收縮率s(100%)~熔點(diǎn)t/℃170~176熱變形溫度t/℃102~11556~67抗拉屈服強(qiáng)度σt/Mpa37抗彎強(qiáng)度σf/Mpa沖擊強(qiáng)度an/(kJ/m2)無缺口78ak/(kJ/m2)缺口~硬度HBR95~105體積電阻率ρv/(Ωcm)1016擊穿強(qiáng)度E/(kV/mm)30 成型工藝分析 注射成型過程濾清器外殼的注射成型工藝包括注射前的準(zhǔn)備、注射過程和后處理三個(gè)主要階段，具體流程如圖21所示： 成型工藝參數(shù)手冊(cè)[8]推薦的PP注射成型工藝參數(shù)如表22所示：表22 PP成型工藝參數(shù)計(jì)算收縮率~%成型時(shí)間注射0~5s模具溫度40~80℃保壓20~60s壓力注射壓力70~120MPa冷卻15~50s保壓壓力50~60MPa總周期40~120s注射前的準(zhǔn)備對(duì)PP塑料顆粒的色澤、粒度、均勻度進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)行必要的干燥注射機(jī)中加入PP料粒對(duì)空注射進(jìn)行料筒清洗熔融塑料 注射充填 保壓補(bǔ)縮注射過程推出塑件 冷卻定型去除澆注系統(tǒng)凝料、飛邊塑件的后處理退火處理圖21 濾清器外殼注塑流程圖8 第3章 注塑機(jī)型號(hào)的確定 注射量的計(jì)算本課題中已給定濾清器外殼的三維模型，通過UG軟件的“質(zhì)量屬性”分析塑件，得到塑件的體積。塑件材料聚丙烯的密度為，得到的塑件質(zhì)量為。澆注系統(tǒng)的凝料體積在設(shè)計(jì)之前不能確定準(zhǔn)確的數(shù)值，~1倍來估算。由于本次采用的流道結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜并且分流道較長(zhǎng)，因此。塑件和澆注系統(tǒng)凝料體積之和應(yīng)在注塑機(jī)的公稱容量的之間，即，所以。查手冊(cè)知，PP厚壁件所需注射壓力70~100MPa，取，注射壓力安全系數(shù)，取，則所選取的注射機(jī)的公稱注射壓力應(yīng)滿足。由UG注塑模具向?qū)K中的“計(jì)算面積”命令可以得到塑件在分型面上的投影面積。澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，本課題中流道設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，分流道相對(duì)較長(zhǎng)，取。塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面 。模具型腔內(nèi)的脹型力。式中，是型腔的平均計(jì)算壓力值，通常取注射壓力的，大致范圍為。對(duì)于粘度較大的精度較高的塑料制品應(yīng)取較大值，該塑件選用的聚丙烯材料粘度不高、塑件精度要求不高但塑件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故取。鎖模力的安全系數(shù)，這里取，則。 選擇注射機(jī)根據(jù)以上計(jì)算，所選的注塑機(jī)參數(shù)應(yīng)滿足： 初步選定注射機(jī)型號(hào)為SZ500/2000，其主要的技術(shù)參數(shù)如表31所示[9]：表31 SZ500/2000注塑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)理論注塑容量/cm3500開模行程/mm380注塑量/g塑化能力/(g/s)螺桿直徑/mmФ60拉桿內(nèi)間距/(mmmm)435435注塑壓力/MPa140最小模具厚度/mm200頂出行程/mm105最大模具厚度/mm450頂出力/kN40噴嘴球半徑/mm20注塑速率/(g/s)60噴嘴口孔徑/mm鎖模力/kN2000模具定位孔直徑/mmФ160H7該注塑機(jī)的注射容量、注射壓力和鎖模力均能滿足要求，對(duì)于其他參數(shù)的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進(jìn)行。第4章 塑件的注塑模擬分析 Moldflow軟件簡(jiǎn)介Mlodflow軟件是美國(guó)Mlodflow公司開發(fā)的用于塑料注射成型的分析軟件，在注射成型分析領(lǐng)域中享有美好的聲譽(yù)，并且擁有大量的客戶。該公司是一家專業(yè)從事塑料計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）的跨國(guó)公司，自從1978年發(fā)布了世界上第一套塑料流動(dòng)分析軟件以來，一直主導(dǎo)著該領(lǐng)域的市場(chǎng)。目前，Mlodflow軟件已廣泛應(yīng)用于汽車、航空公司、儀器儀表、信息產(chǎn)業(yè)、日用品、家電等眾多領(lǐng)域。Mlodflow軟件包括兩個(gè)模塊：快速試模分析（Mlodflow Plastics Advisers,MPA）和高級(jí)成型分析（Mlodflow Plastics Insight,MPI）[10]。1) MPA的主要功能用于普通模流分析。該模塊可以讀取給定的塑料制品CAD模型，并通過仿真分析，優(yōu)化塑料制品設(shè)計(jì)及其模具設(shè)計(jì)。分析內(nèi)容包括模擬塑料的填充過程、優(yōu)化澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分析保壓過程、評(píng)估所設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)、預(yù)測(cè)制品的翹曲以及評(píng)估成本等。2) MPI的主要功能用于專業(yè)模流分析。該模塊可以對(duì)整個(gè)注射成型過程進(jìn)行模擬分析。分析內(nèi)容包括計(jì)算最佳澆口位置，模擬填充、保壓、冷卻等過程，預(yù)測(cè)翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和收縮等情況，以及模擬氣體輔助過程等。 注塑過程模擬分析前處理 模擬分析流程Moldflow模擬分析的基本步驟為：新建項(xiàng)目—引入模型—網(wǎng)格劃分—檢查網(wǎng)格—修正網(wǎng)格—選擇材料—設(shè)定分析序列—設(shè)置澆口位置—設(shè)定分析條件—分析—查看結(jié)果—生成報(bào)告。 模型導(dǎo)入與劃分和修正網(wǎng)格本課題中的發(fā)電機(jī)組濾清器外殼，已有三維模型，如圖11所示。在UG中導(dǎo)出iges格式，在Moldflow中新建項(xiàng)目，并導(dǎo)入之前的iges模型。由于零件整體壁厚較薄且相對(duì)均勻，故選用雙層面網(wǎng)格（fusion）。設(shè)定網(wǎng)格全局邊長(zhǎng)為9mm。通過網(wǎng)格修復(fù)向?qū)А⒆詣?dòng)修復(fù)、整體合并等工具對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行初步修正；通過刪除單元、劃分三角形網(wǎng)格等修復(fù)自由邊和重疊區(qū)域；最后通過合并節(jié)點(diǎn)、交換邊、重新劃分網(wǎng)格等工具調(diào)整縱橫比，使最大縱橫比在20以內(nèi)。經(jīng)過以上網(wǎng)格劃分和修改，最終網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)和劃分如圖41所示。圖41 修正后的塑件網(wǎng)格 材料設(shè)定濾清器外殼材料選定為聚丙烯（PP），從材料庫(kù)中選擇了A Schulman GMBH公司生產(chǎn)的牌號(hào)為Polyflam RPP1058UHF的聚丙烯（具體性能參數(shù)見表21），系統(tǒng)已給出的推薦工藝如下，可作為之后確定最終工藝參數(shù)的參考。模具溫度范圍：20~80℃熔體溫度范圍：200~280℃絕對(duì)最大熔體溫度：320℃頂出溫度：93℃最大剪切應(yīng)力：最大剪切速率：24000 1/s 設(shè)置澆口位置通過澆口位置分析，系統(tǒng)給出了默認(rèn)工藝條件下的最佳澆口位置，如圖42(a)所示，在此基礎(chǔ)上根據(jù)澆口選擇的原則又進(jìn)行以下四個(gè)方面的考慮[11]：1) 從塑件上方進(jìn)澆，使料流沖擊到型芯壁上，從而使料流平穩(wěn)地充滿型腔，可以避免熔體斷裂現(xiàn)象，從而保證注塑件的質(zhì)量；2) 澆口設(shè)置在塑件上方，使凸出部分首先充滿，最后充滿的部分在分型面處，有利于氣體的排出；3) 課題中濾清器外殼尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單一澆口可能充填不滿或充填時(shí)間較長(zhǎng)，采用多個(gè)澆口能夠縮短料流流程，提高熔接的強(qiáng)度；4) 塑件雖無表面質(zhì)量要求，但是考慮便于澆口的去除，選用點(diǎn)澆口。最終確定的澆口形式為三個(gè)不同高度的點(diǎn)澆口，其具體排布形式如圖42(b)所示。經(jīng)過初步的充填分析和對(duì)比可以看出三個(gè)點(diǎn)澆口比單一澆口充填更為平衡。 (a)最佳澆口位置分析結(jié)果 (b)最終澆口方案圖42 最佳澆口分析 設(shè)置澆注系統(tǒng)確定使用點(diǎn)澆口后，澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即可確定為主流道、一級(jí)分流道、二級(jí)分流道和點(diǎn)澆口。澆注系統(tǒng)尺寸的確定是先由經(jīng)驗(yàn)公式得到初定值，再通過模擬結(jié)果進(jìn)行小幅修正[12]。為便于試模后的修正，澆口尺寸暫時(shí)取較小值，確定為：。因?yàn)闈部诟叨炔灰恢聦?dǎo)致二級(jí)分流道長(zhǎng)度不同，設(shè)計(jì)時(shí)使三條二級(jí)分流道的末端尺寸相同均為Ф6，176。以便于凝料的取出；流道長(zhǎng)度由流道分模面決定，定三條二級(jí)分流道的長(zhǎng)度依次為29mm、59mm、82mm。一級(jí)分流道承擔(dān)分流和平衡料流的作用，選擇等效直徑為Ф10的梯形截面，如圖43，加工方便，長(zhǎng)度為115mm和20mm兩段。圖43 一級(jí)分流道截面形狀主流道長(zhǎng)度應(yīng)盡量減短以保證流道凝料順利取出，同時(shí)還可減少壓力損失和流道廢料。主流道長(zhǎng)度定為；主流道小端直徑和球面半徑由注塑機(jī)噴嘴尺寸來?。海蛎娓叨?，；176。以上確定了澆注系統(tǒng)各部分的尺寸，由于左側(cè)分流道較長(zhǎng)，為保證塑件各處同時(shí)充滿，主流道位置的設(shè)置應(yīng)盡量使三個(gè)澆口的料流流程相同，通過模擬和優(yōu)化最終確定主流道進(jìn)澆點(diǎn)在偏離左側(cè)澆口40mm處，且該位置偏移塑件中心較少，能保證模具處在注射機(jī)的壓力中心上。在Moldflow中通過坐標(biāo)和偏移生成節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建柱體網(wǎng)格并通過屬性設(shè)置定義流道類型和尺寸，生成的澆注系統(tǒng)如圖44所示。圖44 澆注系統(tǒng)布置圖 設(shè)置冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)計(jì)算時(shí)暫不考慮模具因空氣對(duì)流、輻射以及與注射機(jī)接觸所傳導(dǎo)的熱量，冷卻介質(zhì)選用常溫水。通過Moldflow中的成型窗口分析得到推薦的熔體溫度為230℃，模具溫度為80℃。1) 流道形狀和尺寸已經(jīng)確定，塑件和流道的總體積一次注射的PP塑料質(zhì)量