【正文】 41 冷卻系統(tǒng)的修改 .......................................... 42 產(chǎn)品成型方案的最終確定 .................................. 43 第 五章 基于正交試驗工藝參數(shù)優(yōu)化分析 ........................... 44 正交實驗方法簡介 ........................................ 44 數(shù)值模擬與正交試驗方法結(jié)合的多工藝參數(shù)優(yōu)化 ............. 47 基于正交試驗多工藝參數(shù)優(yōu)化 ........................ 47 基于 MPI的產(chǎn)品工藝參數(shù)的單個因素數(shù)據(jù)分析 .............. 51 結(jié) 論 ............................................................ 59 致 謝 ............................................................ 60 參考文獻(xiàn) .......................................................... 61 附 錄 ............................................................ 62 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 1 頁 前 言 本次畢業(yè)設(shè)計的課題是《基于注塑模具 CAE技術(shù)的熱流道關(guān)鍵技術(shù)研究》。隨著塑料制品應(yīng)用的日益廣泛，傳統(tǒng)的注射模生產(chǎn)方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展對塑料制品產(chǎn)量、質(zhì)量和更新?lián)Q代速度的需求。利用注射模 CAE 技術(shù)可存樟具制造之前，在計算機上對模具設(shè)計 方案進(jìn)行分析和模擬來代替實際的試模，預(yù)測設(shè)計中潛在的缺陷，突破了傳統(tǒng)的在注塑機上反復(fù)試模、修模的束縛，為設(shè)計人員修改設(shè)計提供科學(xué)的依據(jù)。掌握Moldflow 等新軟件使用和模具加 工的新工藝。 本次課題的具體內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計所要模擬分析的是某電器公司的一款零件（其產(chǎn)品圖見圖 ），通過 Moldflow 軟件分析多種澆注系統(tǒng)，通過對分析模擬結(jié)果的反饋從中選定出最佳的澆注系統(tǒng)。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 3 頁 Moldflow Plastic Insight(MPI)是一個提供深入制 件和模具設(shè)計分析的軟件包，它提供強大的分析功能、可視化功能和項目管理工具。 (2) CAE 模型的獲取 MPI 提供了 CAE行業(yè)最優(yōu)秀的 CAD集成 方案， Moldflow 實現(xiàn)了最廣泛的幾何模型集成。在用戶采用線框和表面造型文件時， MPI 可以自動生成中型面網(wǎng)格并準(zhǔn)確計算單元厚度，進(jìn)行精確的分析。這將原來需要幾小時甚至幾天的建模工作縮短為幾分鐘，無需進(jìn)行中型面網(wǎng)格的生成和修改。 (3) 分析功能簡介 注塑流動模擬 MPI 的流動分析模擬了塑料熔體在整個注塑過程中的流動情況，確保 用戶獲得高質(zhì)量的制件?？梢允褂镁€性和非線性方法來精南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 4 頁 確預(yù)測翹曲的變形量，并指出引起翹曲的主因。纖維取向分析塑料的纖維取向?qū)ψ⑺苤萍臋C械和結(jié)構(gòu)性能有著重大影響， MPI 先進(jìn)的可視化工具使客戶可以清晰的看到纖維取向在制件的各個部位的分布，從而獲得制件的剛度信息。它首先模擬聚合物 在模具中的流動，然后模擬氣體在型腔內(nèi)的穿透情況。澆注系統(tǒng)的設(shè)計對注射成型效率和制件質(zhì)量有直接影響，是獲得優(yōu)質(zhì)塑料制品的關(guān)鍵。 (2)分流道 主流道末端 與澆口之間的料流通道，是塑料熔體由主流道流入模腔的過渡段，負(fù)責(zé)將熔體的流向進(jìn)行平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換，在多模腔中還起著將熔體向各個模腔分配的作用。 2) 因其 長度短、截面狹窄，所以澆口內(nèi)可容納的塑料熔體體積很小，故很容易冷卻固化（俗稱澆口凍結(jié)），從而有助于防止保壓力不足或保壓時間過短而引起的倒流現(xiàn)象。 (4)冷料穴 冷料穴一般開設(shè)在主流道末端，當(dāng)分流道較長時，其末端也可設(shè)冷料穴。 (2)流程應(yīng)盡量短在滿足成型和排氣要求的前提下系統(tǒng)長度應(yīng)盡量短，各段應(yīng)盡量平直，以使塑料熔體在模具中的流程盡量短而且不發(fā)生彎曲，從而可減小注射壓力和熔體的熱量損失，并縮短熔體充模時間。 (5)防止制品變形和翹曲設(shè)計澆注系統(tǒng)時，應(yīng)考慮如何減輕澆口附近的殘余應(yīng)力集中現(xiàn)象，以防止因應(yīng)力過大而導(dǎo)致制品發(fā)生變形和翹曲。另外，有些塑料還會因為澆口設(shè)計不當(dāng)而導(dǎo)致澆口表壁與熔體之間產(chǎn)生較大摩擦，從而引起塑料褪色。 除了上述原則外，設(shè)計澆注系統(tǒng)時還應(yīng)注意模腔的數(shù)量與布置、制品的外觀和性能、制品形狀與尺寸等問題對系統(tǒng)的制約，以及注射機上模具固定板對側(cè)澆口位置的要求（防止?jié)部谂c固定板偏心）。優(yōu)點是澆口與成品分離容易，由于澆口截面積小可防止塑料逆流，方便改良模具；缺點是壓力損失大，易留下明顯的澆口痕跡。 (5)扇形澆口，多用于成品比較平直，面積較大，或材料透明的產(chǎn)品。 (7)勾形澆口，應(yīng)用于外觀面不允許有任何的澆口痕跡的成品 具體方案的確定 基于以上澆注系統(tǒng)的組成作用及設(shè)計原則，做出如下幾種澆注系統(tǒng)方案： (1)一點進(jìn)澆 澆注系統(tǒng)（圖 21） 圖 21 一點進(jìn)澆澆注系統(tǒng) (2)雙點進(jìn)澆 澆注系統(tǒng)（圖 22a、 b） a） 左部中間進(jìn)澆右部上邊緣進(jìn)澆 b） 右部與左部都是上邊緣進(jìn)澆 圖 22 雙點進(jìn)澆澆注系統(tǒng) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 9 頁 (3)三點進(jìn)澆澆注 系統(tǒng)（圖 23a、 b、 c、 d） a）左部中間進(jìn)澆中部中間進(jìn)澆右部下邊緣進(jìn)澆 b）左部中間進(jìn)澆中部中間進(jìn)澆右部 中間 進(jìn)澆 c) 左部中間進(jìn)澆中部中間進(jìn)澆右部上邊緣進(jìn)澆 d)左部上邊緣進(jìn)澆中部中間進(jìn)澆右部上邊緣進(jìn)澆 圖 23 三點進(jìn)澆澆注系統(tǒng) (4)四 點 進(jìn)澆澆注系統(tǒng) （圖 24） 圖 24 四點進(jìn)澆澆注系統(tǒng) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 10 頁 (5)五 四點進(jìn)澆澆注系統(tǒng) （圖 25） 圖 25 五澆口澆注系統(tǒng) 以上 五 種澆注系統(tǒng)均采用了熱流道澆口，熱流道澆口 為 點澆口。故比較適合本產(chǎn)品的成型要求。分流道與澆口通常采用斜面和圓弧連接，這樣有利于塑料流動和填充，減小流動阻力。 1．塑料 溫 度的控制 在 熱流 道模具 應(yīng) 用中塑料 溫 度的控制極 為 重要。如果可能 應(yīng)盡 量選擇具備 多 區(qū) 域分 別 控 溫 的 熱流 道系 統(tǒng) ，以增加使用的 靈 活性及 應(yīng)變 能力。 否則就會出現(xiàn)有的零件充模保壓不夠，有的零件卻充模保壓過度，飛邊過大質(zhì)量差等問題。世界上已經(jīng)有專門幫助用戶進(jìn)行最佳流道設(shè)計的 CAE 軟件如 MOLDCAE。 2．零件尺寸與重量 用 熱流 道模具制造 的零件最小的在 克以下。 熱流道模具的缺點 盡 管與冷流道模具相比， 熱流 道模具 有許 多 顯著 的優(yōu) 點 ，但模具用 戶亦 需要了解 熱流 道模具的缺 點 。 對許 多 發(fā) 展中 國 家的模具用 戶 ， 熱流 道系 統(tǒng)價格貴 是影 響熱流 道 模具 廣泛 使用的主要 問題 之一。 操作 維 修復(fù) 雜 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 與冷流道模具相比， 熱流 道模具操作 維 修復(fù) 雜 。為保證制品質(zhì)量和較高的生產(chǎn)率，模具溫度必須適當(dāng)、穩(wěn)定、均勻。為此，必須設(shè)置模具的熱交換系統(tǒng)，對模具進(jìn)行加熱和冷卻，以控制模具溫度。水又分為常溫水、溫水和冷水三種，常溫水是指不經(jīng)加熱或冷卻處理的自然水流，溫水是指經(jīng)過一定程度加熱的水流，冷水則是指經(jīng)冷卻處 理后的水道。 (2)對于黏度高、流動性差的塑料，為改善充模性能，成型工藝常要求模具具有較高的溫度，需要對模具采取加熱措施。 (5)對于熱固性塑料，模溫要求在 150~220℃，必須對模具采取加熱措施。 (8)對于工作溫度高于室溫的大型模具，可在模內(nèi)設(shè)置加熱裝置，以保證在生產(chǎn)之前預(yù)熱模具。 冷卻水道開設(shè)原則 (1)水空邊離型腔的距離，一般保持 在 15~25 ㎜ 以上。 (4)水道接頭（冷卻水嘴）的位置盡可能放置在不影響操作的一側(cè)。 具體方案的確定 本課題采用的是 ABS 這個材料。 (2)力學(xué) 、化學(xué) 性能： ABS 具有良好的綜合力學(xué)性能。 ABS 塑料具有一定的吸濕性，含水量為 %～ %，成型時會在制品上產(chǎn)生斑痕，氣泡等缺陷，因此，在注射成型之前要進(jìn)行干燥處理。這水道在后面的章節(jié)中有詳細(xì)的介紹。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 18 頁 第三章 基于 的流動分析模擬 產(chǎn)品模型的導(dǎo)入 打開 Moldflow 軟件（以下簡稱 MPI） ,雙擊 MPI圖標(biāo) （如圖 31 所示） ，打開模擬軟件。 圖 33 新建項目視圖 圖 34 創(chuàng)建新的項目 圖 35 填好后的創(chuàng)建新的項目 圖 36 新建的項目視窗 在項目窗口出現(xiàn)新建的項目， 如圖 36。（未劃分網(wǎng)格之前） 如圖 310。左下角出現(xiàn)劃分網(wǎng)格的進(jìn)度條： （如圖 314 所示 ） 圖 311 創(chuàng)建網(wǎng)格視窗 圖 313 按高級的 生成網(wǎng)格 對話框 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 20 頁 圖 312 生成網(wǎng)格 對話框 圖 314 生成 Fusion 網(wǎng)格的 進(jìn)度條 圖 316 網(wǎng)格單元 數(shù)的統(tǒng)計 完成后出現(xiàn) 劃分好的圖形 （如圖 315 所示） 。很明顯默認(rèn)的平均邊長不滿足我們的需要。 圖 319 Fusion 網(wǎng)格圖標(biāo) 圖 320 修改生成網(wǎng)格對話框 如圖 320， 選中全部重新劃分，平均邊長修改成 。 如圖 322 新出現(xiàn)的兩個層視圖 網(wǎng)格缺陷修改 在 MPI中，系統(tǒng)自動生成的網(wǎng)格可能存在著或多或 少的缺陷，網(wǎng)格的缺陷不僅可能對計算結(jié)果的正確性和準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，而且在一些網(wǎng)格缺陷比較嚴(yán)重的情況下，會導(dǎo)致計算和分析根本無法進(jìn)行。 選擇 MESH（網(wǎng)格）菜單里的 Mesh Statistics（網(wǎng)格統(tǒng)計）命令，網(wǎng)格統(tǒng)計的結(jié)果就會以窗口的形式彈出，如圖 。如法再次點擊應(yīng)用，系統(tǒng)自動修復(fù)了一個相交單元 （如圖 327所示） 。 得到 7 個單元的縱橫比得到改善 （如圖 329） 。 首先可以利用網(wǎng)格菜單 下的自由邊工具 Free edges（自由邊）搜索出自由邊所在的三角形單元， 如圖 331所示，選中將結(jié)果放到診斷層的復(fù)選框，按顯示按鈕。 和上面診斷縱橫比的工具一樣，診斷結(jié)束后結(jié)果如圖 335所示。在分析的前處理過程中，重疊網(wǎng)格必須全部修改，否則會影 響到分析的正常進(jìn)行。系統(tǒng)彈出重疊網(wǎng)格診斷對話框， 如圖 336 所示 ，如圖所示選擇紅框內(nèi)的三個選項，再按顯示按鈕，軟件顯示了，可見零件的網(wǎng)格劃分的相當(dāng)好。 圖 337 單元縱橫比概念 模型單元修正的網(wǎng)格方法，就是將縱橫比過大的單元的最近的兩個節(jié)點合并，從而會將四個三角形單元兩兩合并后，生成兩個新的三角形單元。 選擇網(wǎng)格工具里的 Aspect Ratio（網(wǎng)絡(luò)縱橫比工具） 。用圖形觀察工具中的放大器，可以將縱橫比單元過大的單元進(jìn)行放大表示，如下圖表示 在關(guān)掉了不必要的圖層后 （只留診斷結(jié)果層） 診斷結(jié)果顯示如圖下所示。 合并后，代表縱橫比的長線就消失了，同時存在問題的三角形單元也消 失了，并且模型縱橫比的最大值也降低到了 230，這表示這個單元的縱橫比問題已經(jīng)得到了修復(fù)。 圖 344 插入節(jié)點視圖 圖 345 插入節(jié)點后視圖 紅線消失，說明 單元格的縱橫比已經(jīng)小于 30。此時模型網(wǎng)格的修復(fù)工作還差最后一項。 至此，模型網(wǎng)格缺陷已修復(fù)完成，修復(fù)后的網(wǎng)格統(tǒng)計信息如圖 346 下 所示 。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 31 頁 圖 348 選擇分析序列對話框 產(chǎn)品注塑原料的選擇 在完成了分析類型 的設(shè)置后，再來選擇并設(shè)置產(chǎn)品的注塑原料。 得到我們要選的 ABS 料。 方案任務(wù)視窗中出現(xiàn)最佳澆口的復(fù)選框，如圖 553。從中發(fā)現(xiàn)在零件中間部分最佳，因此可以做成一點進(jìn)澆、二點進(jìn)澆 、三點進(jìn)澆、四點進(jìn)澆與五點進(jìn)澆等 幾種不同澆口方案。 澆注系統(tǒng)的創(chuàng)建主要有兩種方式：利用澆注系統(tǒng)向?qū)Чぞ呓⒑褪謩咏沧⑾到y(tǒng)。在零件的左部，中部，右部各自設(shè)置一個進(jìn)澆口。如圖 555所示。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 34 頁 圖 556 水道的建立示意圖 點擊建模下的冷卻水道向?qū)?，彈出冷卻系統(tǒng)向?qū)υ捒颍ㄈ鐖D 557）水管之間相距 30mm，與零件相距 25mm，相對產(chǎn)品的排列方向選擇 X 軸方向。 可以看出該產(chǎn)品一共有 2 條調(diào)溫水道組成，其中藍(lán)色表示普通水路，水道的尺寸及分布將在冷卻系統(tǒng)最終確立后在 2D 總裝圖上標(biāo)出。 進(jìn)料口和進(jìn)水口的設(shè)立 在完成了澆注系統(tǒng)和模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)部分的建模和網(wǎng)格桿單元劃分之后，要設(shè)置進(jìn)料口和進(jìn)水口的位置。因此，過程參數(shù)的設(shè) 定實際上是將現(xiàn)實的制造工藝和生產(chǎn)設(shè)備抽象