【正文】 基于 Moldflow 的有限元分析 有限元法是求解數(shù)理方程的一種數(shù)值計算方法。 Mold Wizard 為設(shè)計模具的型芯、型腔、滑塊、推桿和嵌件提供了進(jìn)一步的建模工具，從而使模具設(shè)計變得更快捷、更容易，其最終結(jié)果是創(chuàng)建出與產(chǎn)品參數(shù)相關(guān)的三維模具，并能用于加工。對于聚苯乙烯，模具溫度應(yīng)控制在 50℃ 。 盡管我國注塑模具制造業(yè) 已經(jīng)取得了 巨大 進(jìn)步，但模具 制造 行業(yè) 仍 面臨很多問河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 2 題， 比如 ： 簡單塑料 產(chǎn)品精度低、壽命短、發(fā)展不平衡， 塑料原料質(zhì)量把控不嚴(yán)格，高端 注塑 模具 數(shù)量少 、研發(fā)能力弱、標(biāo)準(zhǔn)化程度 和 工藝裝配水平低、設(shè)計與制造的周期長等 問題。 1. 2 相關(guān)文獻(xiàn)綜述 我國注塑模具發(fā)展現(xiàn)狀 隨著 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的日益成熟，我國的模具生產(chǎn)制造業(yè)逐漸從個體手工作坊發(fā)展到當(dāng)今的現(xiàn)代化企業(yè)。隨著 CAD 技術(shù)的日益成熟，一些軟件的出現(xiàn)大大縮短了塑料成型模具的制造周期。根據(jù) 產(chǎn) 品材料 PS 的工藝特性 ，利用 Moldflow模流分析軟件，簡要分析塑料制品最佳澆口位置及填充工藝，完成澆注系統(tǒng)的設(shè)計。 河 北 工 業(yè) 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 作 者： 杜立勇 學(xué) 號： 111809 學(xué) 院： 材料科學(xué)與工程 系 (專業(yè) )： 材料類 題 目： 收線盒蓋板的 UG 建模與分型設(shè)計 指導(dǎo)者： 曹文杰 副教授 評閱者： 20xx 年 6 月 2 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要 收線盒蓋板的 UG 建模與分型設(shè)計 摘要 ： 在注塑模具設(shè)計過程中，分型面的確定是一個既關(guān)鍵又復(fù)雜的問題，特別是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的塑料制品。最后，簡單設(shè)計模架、推出機(jī)構(gòu)和主要零部件并校核，用 UG 繪制出完整的注塑模具，完成收線盒蓋板注塑模的整體設(shè)計。 1． 1 選題的目的及意義 在當(dāng)今社會，塑料制品的應(yīng)用越來越廣泛 。特別是在注塑模具的設(shè)計和制造方面，取得了可喜的成就。 [3] 熱塑性塑料的注塑工藝參數(shù) 熱塑性塑料注射成型的基本過程是 :顆粒狀的塑料原材料在加熱和機(jī)械力的作用下達(dá)到軟化狀態(tài)并具有一定的流動能力，然后在較高注射壓力作用下，經(jīng)過料筒噴嘴、主流道、分流道和澆口進(jìn)入型腔，在一定壓力作用下冷卻定型，形成 所需要的 產(chǎn) 品。 [4] ②壓力：包括塑化壓力、注射壓力和保壓壓力，直接影響塑料的塑化和塑件的質(zhì)量。 [5] Mold Wizard 的模架庫及其標(biāo)準(zhǔn)件庫包含有參數(shù)化的模架裝配結(jié)構(gòu)和模具標(biāo)準(zhǔn)件。有限元法把求解區(qū)域看作由許多小的在節(jié)點(diǎn)處互相連接的形狀和大小不同的子域所構(gòu)成，因而能很好地適應(yīng)復(fù)雜的幾何形狀、材料特性和邊界條件。 打開 UG ，進(jìn)入建模環(huán)境。 圖 主體建模過程 單擊【修剪體】、【邊倒圓】及【求差】命令，完成塑件中部凸起的鏤空設(shè)計。利用【拉伸】命令，選擇繪制的文本作為拉伸曲線，拉伸出文字實(shí)體，完成文字實(shí)體的創(chuàng)建，如圖 所示。 基于 Mold Wizard 的自動分型方法 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 5 打開 UG ，加載收線盒蓋板模型。 圖 初始化項(xiàng)目 圖 初始化后的產(chǎn)品模型 設(shè)置模具坐標(biāo)系，由于 Z 軸正向指向開模方向，為便于設(shè)置型腔和型芯顏色，需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，單擊【格式】 |【 WCS】 |【旋轉(zhuǎn)】 ，將 Z 軸旋轉(zhuǎn) 180176。河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)論文 6 單擊【型腔布局】選項(xiàng)，采用一模兩腔矩形平衡式布局，單擊開始布局并自動對準(zhǔn)中心，單擊關(guān)閉，完成型腔布局，如圖 所示。 圖 方案二 此方案與方案一相比簡化了分型面的結(jié)構(gòu)，但由于兩端分型線不在同一平面上，故分型面為階梯型結(jié)構(gòu)。單擊【插入】 |【修剪】 |【分割面】選項(xiàng)，將此面拆分成如圖 所示。采用上述拆分面的方式將此面及對稱面拆分，拆分后的面如圖 所示。 圖 區(qū)域分析 將所有的交叉豎直面定義到型腔區(qū)域。 圖 修補(bǔ)破孔 現(xiàn)對凸起兩側(cè)槽型破孔進(jìn)行修補(bǔ)，槽型破孔的修補(bǔ)有兩種方式，第一種，即簡單地在 Z軸方向上插入兩個方形板，實(shí)現(xiàn)破孔的修補(bǔ)，但此種方法在繪制曲面補(bǔ)片時較為繁瑣，且型腔鑲塊的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，板型結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度需要校核，同時給型腔的加工造成麻煩。 圖 拉伸片體 圖 修剪區(qū)域補(bǔ)片 同樣采用【拉伸】命令，修補(bǔ)方形破孔，前文已經(jīng)提出，此方孔處不設(shè)置側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)， 僅是將破孔分割成型芯和型腔兩部分，因此按如圖 所示修補(bǔ)方孔，至此，所有破孔的修補(bǔ)完成。 單擊【設(shè)計分型面】選項(xiàng)，彈出設(shè)計分型面對話框，選擇創(chuàng) 建分型面方法為拉伸，由于分型線有圓角過渡，為保證分型面的完整性，需設(shè)置過渡曲線，單擊選擇過渡曲線按鈕，選擇如圖 所示的過渡曲線，單擊應(yīng)用，完成過渡曲線選擇，設(shè)置各段分型線拉伸的方向與坐標(biāo)軸同向，分型面長度設(shè)置為 140mm，單擊確定，完成分型面的創(chuàng)建，如圖 所示。 圖 模具整體鑲塊正二側(cè)視圖 建模環(huán)境下的手動分型方法 打開 UG ，加載產(chǎn)品模型。 這里介紹一種快速選中特定面的方法：單擊【常規(guī)選擇過濾器】 |【顏色過濾器】選項(xiàng)，將藍(lán)色設(shè)置為過濾色。 圖 繪制草圖 圖 分型面 采用縫合片體的方式，將各片體縫合成型腔實(shí)體。 圖 型腔實(shí)體 這里采用求差方法得到型芯實(shí)體，將收線盒蓋板模型顯示，單擊【拉伸】命令，以分型面為拉伸對象，拉伸高度為 50mm，單擊確定拉伸出型芯塊，單擊【求差】命令，以型芯塊作為工具體，分別以收線盒蓋板模型和型腔實(shí)體作為刀具體，作求 差，從而得到型芯實(shí)體，如圖 所示，建模環(huán)境下的手動分型完成，如圖 所示。 [10] ②建模環(huán)境下的手動分型方法： 相對于自動分型方法，手動分型的最大特點(diǎn)是設(shè)計過程大大簡化，特別是對于簡單形狀的產(chǎn)品，能夠較快的完成分型。聚苯乙烯的剛性很大，質(zhì)地硬而脆，落地時發(fā)出的聲音清脆，類似金屬聲。 [1] 3. 2 聚苯乙烯（ PS）注射工藝參數(shù) ①溫度：聚苯乙烯的注射溫度選擇范圍較寬，注射溫度過高造成產(chǎn)品的機(jī)械性能差，溫度過低影響透明度，溫度范圍在 180℃ 到 250℃ 之間為宜。 查閱文獻(xiàn)，聚苯乙烯的注射工藝參數(shù)如表 所示。 [11] 圖 網(wǎng)格劃分 圖 網(wǎng)格統(tǒng)計 1 單擊【網(wǎng)格】 |【網(wǎng)格診斷】 |【縱橫比診斷】選項(xiàng)，顯示模型的縱橫比，勾選將結(jié)果置于診斷層中，只顯示診斷層，如圖 ，運(yùn)用【合并節(jié)點(diǎn)】命令、【插入節(jié)點(diǎn)】命令、【重新劃分網(wǎng)格】命令將縱橫比大于 6 的單元消除。 表 聚苯乙烯成型工藝參數(shù)設(shè)置 模具表面溫度 熔體溫度 頂出溫度 50℃ 230℃ 80℃ 單擊【分析】 |【設(shè)置分析序列】 |【澆口位置】選項(xiàng)，選擇分析類型為澆口位置，如圖 所示。對于中小型塑件，側(cè)澆口深度一般為塑件壁厚的 1/3~2/3，寬度在 ~5mm,長度 ~2mm[1],故設(shè)置澆口類型為矩形，長度 2mm，深度 2mm，寬度 3mm；設(shè)置分流道為 U 型，寬度 6mm,高度 4mm,長度 50mm；設(shè)置主流道長度 60mm，錐度 α=4176。單擊【分析】 |【設(shè)置澆口位置】選項(xiàng)，在圖 所示主流道頂端設(shè)置澆口位置。 [12] 圖 充填時間 ②壓力：分析結(jié)果如圖 所示。 ④體積收縮率：如圖 所示，制品表面顏色梯度越小，收縮越均勻，由圖 可以看出，最大收縮率在主流道末端，制品表面收縮率較為均勻。上述澆注系統(tǒng)的設(shè)計能夠滿足充型的完成，且得到完整的制品，認(rèn)為其基本合理。 鎖模力校核 P 鎖模力 ≥P*F=145MPa*80%*(2*+)=2595KN 式中 p— 塑料成型時型腔壓力，一般為注射壓力的 80%； F— 澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和（ mm2） [16] 計算得 P 鎖模力 =3500KN≥2595KN 滿足要求。根據(jù)手冊查得XSZY500 型注射機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸： 噴嘴球面半徑： R0=18mm 噴嘴孔直徑： d0=Φ5mm