【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(yàn)工藝參數(shù)優(yōu)化分析 ........................... 44 正交實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)介 ........................................ 44 數(shù)值模擬與正交試驗(yàn)方法結(jié)合的多工藝參數(shù)優(yōu)化 ............. 47 基于正交試驗(yàn)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(gè)因素?cái)?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(jì)說明書（論文） 第 1 頁(yè) 前 言 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(huì)發(fā)展對(duì)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(jì)算機(jī)上對(duì)模具設(shè)計(jì) 方案進(jìn)行分析和模擬來代替實(shí)際的試模，預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)中潛在的缺陷，突破了傳統(tǒng)的在注塑機(jī)上反復(fù)試模、修模的束縛，為設(shè)計(jì)人員修改設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)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(jì)說明書（論文） 第 3 頁(yè) Moldflow Plastic Insight(MPI)是一個(gè)提供深入制 件和模具設(shè)計(jì)分析的軟件包，它提供強(qiáng)大的分析功能、可視化功能和項(xiàng)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(shí)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(shí)， MPI 可以自動(dòng)生成中型面網(wǎng)格并準(zhǔn)確計(jì)算單元厚度，進(jìn)行精確的分析。這將原來需要幾小時(shí)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(jiǎn)介 注塑流動(dòng)模擬 MPI 的流動(dòng)分析模擬了塑料熔體在整個(gè)注塑過程中的流動(dòng)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(jì)說明書（論文） 第 4 頁(yè) 確預(yù)測(cè)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(jī)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(gè)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(dòng)，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(jì)對(duì)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(gè)模腔分配的作用。 2) 因其 長(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)時(shí)，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(zhǎng)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(shí)間。 (5)防止制品變形和翹曲設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，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(huì)因?yàn)闈部谠O(shè)計(jì)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(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)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(duì)系統(tǒng)的制約，以及注射機(jī)上模具固定板對(duì)側(cè)澆口位置的要求（防止?jié)部谂c固定板偏心）。優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)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(jì)原則，做出如下幾種澆注系統(tǒng)方案： (1)一點(diǎn)進(jìn)澆 澆注系統(tǒng)（圖 21） 圖 21 一點(diǎn)進(jìn)澆澆注系統(tǒng) (2)雙點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)澆澆注系統(tǒng) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁(yè) (3)三點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)澆澆注系統(tǒng) (4)四 點(diǎn) 進(jìn)澆澆注系統(tǒng) （圖 24） 圖 24 四點(diǎn)進(jìn)澆澆注系統(tǒng) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁(yè) (5)五 四點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)和填充，減小流動(dòng)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(huì)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(jì)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(diǎn) 盡 管與冷流道模具相比， 熱流 道模具 有許 多 顯著 的優(yōu) 點(diǎn) ，但模具用 戶亦 需要了解 熱流 道模具的缺 點(diǎn) 。 對(duì)許 多 發(fā) 展中 國(guó) 家的模具用 戶 ， 熱流 道系 統(tǒng)價(jià)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(jì)說明書（論文） 第 12 頁(yè) 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(duì)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(duì)于黏度高、流動(dòng)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(duì)模具采取加熱措施。 (5)對(duì)于熱固性塑料，模溫要求在 150~220℃，必須對(duì)模具采取加熱措施。 (8)對(duì)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(gè)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(shí)會(huì)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(jì)說明書（論文） 第 18 頁(yè) 第三章 基于 的流動(dòng)分析模擬 產(chǎn)品模型的導(dǎo)入 打開 Moldflow 軟件（以下簡(jiǎn)稱 MPI） ,雙擊 MPI圖標(biāo) （如圖 31 所示） ，打開模擬軟件。 圖 33 新建項(xiàng)目視圖 圖 34 創(chuàng)建新的項(xiàng)目 圖 35 填好后的創(chuàng)建新的項(xiàng)目 圖 36 新建的項(xiàng)目視窗 在項(xiàng)目窗口出現(xiàn)新建的項(xiàng)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(jí)的 生成網(wǎng)格 對(duì)話框 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 20 頁(yè) 圖 312 生成網(wǎng)格 對(duì)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(jì) 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(zhǎng)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(duì)話框 如圖 320， 選中全部重新劃分，平均邊長(zhǎng)修改成 。 如圖 322 新出現(xiàn)的兩個(gè)層視圖 網(wǎng)格缺陷修改 在 MPI中，系統(tǒng)自動(dòng)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(duì)計(jì)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(huì)導(dǎo)致計(jì)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(jì)）命令，網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)的結(jié)果就會(huì)以窗口的形式彈出，如圖 。如法再次點(diǎn)擊應(yīng)用，系統(tǒng)自動(dòng)修復(fù)了一個(gè)相交單元 （如圖 327所示） 。 得到 7 個(gè)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(huì)影 響到分析的正常進(jìn)行。系統(tǒng)彈出重疊網(wǎng)格診斷對(duì)話框， 如圖 336 所示 ，如圖所示選擇紅框內(nèi)的三個(gè)選項(xiàng)，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(gè)節(jié)點(diǎn)合并，從而會(huì)將四個(gè)三角形單元兩兩合并后，生成兩個(gè)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(zhǎng)線就消失了，同時(shí)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(gè)單元的縱橫比問題已經(jīng)得到了修復(fù)。 圖 344 插入節(jié)點(diǎn)視圖 圖 345 插入節(jié)點(diǎn)后視圖 紅線消失，說明 單元格的縱橫比已經(jīng)小于 30。此時(shí)模型網(wǎng)格的修復(fù)工作還差最后一項(xiàng)。 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(jì)信息如圖 346 下 所示 。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 31 頁(yè) 圖 348 選擇分析序列對(duì)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(diǎn)進(jìn)澆、二點(diǎn)進(jìn)澆 、三點(diǎn)進(jìn)澆、四點(diǎn)進(jìn)澆與五點(diǎn)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?dòng)建立澆注系統(tǒng)。在零件的左部，中部，右部各自設(shè)置一個(gè)進(jìn)澆口。如圖 555所示。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 34 頁(yè) 圖 556 水道的建立示意圖 點(diǎn)擊建模下的冷卻水道向?qū)?，彈出冷卻系統(tǒng)向?qū)?duì)話框（如圖 557）水管之間相距 30mm，與零件相距 25mm，相對(duì)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?jiǎng)澐种?，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(shí)際上是將現(xiàn)實(shí)的制造工藝和生產(chǎn)設(shè)備抽象