【正文】 a b 安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 25 圖 322 兩種方案的 流動前沿處溫度 (a) 方案三 (b) 方案四 流動前沿處溫度的變化是個很復(fù)雜的過程，受到剪切速率和塑件壁厚以及澆口位置等影響。另外從充填時間圖也可以分析出充填是否平衡。 安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 23 圖 319 方案 二熔接痕 從圖 319 中 可以看出，在塑件主要表面處出現(xiàn)了熔接痕。 圖 317 澆口位置方案 二 對澆口位置方案二進行流動分析后，查看分析結(jié)果如 圖 318。 對每個澆口位置方案進行模擬分析，預(yù)測澆口位置方案是否可行，并對可行的澆口方案進行比較分析以確定出最佳澆口 方案。 圖 312 工藝設(shè)置 按照 圖 312 的注塑 工藝設(shè)置進行理論 最佳澆口位置分析， 可得 理論最佳澆口如圖 313 所示： 安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 20 圖 313 理論最佳澆口 從 圖 313 中可以看出最佳澆口區(qū)域處于零件側(cè)面處，但是零件要求表面光潔，所以為了零件表面質(zhì)量澆口應(yīng)該開設(shè)在側(cè)邊，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，澆口開設(shè)在兩個長側(cè)邊較合適。在理論最佳澆口位置分析之前要進行材料和注塑機的 選擇。 圖 38 最終 的 網(wǎng)格 縱橫比診斷 從 圖 38 中 可以看出，最大網(wǎng)格縱橫比為 ，滿足網(wǎng)格縱橫比的要求。手動修復(fù)有重新劃分網(wǎng)格法、刪除問題網(wǎng)格法、插入移動合并節(jié)點法、重新創(chuàng)建單元法、單元取向法等。 圖 34 網(wǎng)格縱橫比診斷 上圖是劃分的網(wǎng)格三角形縱橫比診斷圖，模型圖中有顏色的線條所指示的是模型上的三角形單元，通過線條顏色和右邊的條幅顏色對比可以查看三角形單元的縱橫比。 零件網(wǎng)格劃分先采用軟件推薦尺寸全局網(wǎng)格邊長 ， 弦高 ，合并公 差為 。轉(zhuǎn)入 Moldflow 中的模型如 圖 31 所示 。 (5) 充模過程中，熔體溫度變化范圍不大，視比熱容及導(dǎo)熱系 數(shù)為常數(shù) 。 聚合物流動基本方程 [31] 聚合物流動的基本方程有連續(xù) 性方程、動量方程、能量方程。 聚合物流動性質(zhì) [30] 流體分為牛頓流體和非牛頓流體。 論文應(yīng)用 MPI 模塊進行分析，其主要 功能 如下： (1) 網(wǎng)格的劃分和修復(fù) Moldflow 軟件網(wǎng)格劃分的 基本原理是有限元法，將一個連續(xù)體離散化為有限個單元體，從而得到真實結(jié)構(gòu)的近似模型 ,并在這個離散化的模型上進行數(shù)值計算。 (1) 機械原因： 過熱的料筒會使塑料產(chǎn)生高溫分解，充入型腔冷卻后產(chǎn)生 將燒傷 制件。 溢邊產(chǎn)生的原因主要有 ： (1) 設(shè)備方面：注塑機的鎖模力不夠 。 ③ 一般情況下，模溫較低容易產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)適當(dāng)提高溫度。 痕 兩股或多股 料流前鋒溫度低 的 熔體交匯時常常形成熔接痕 。 氣穴指模腔內(nèi)氣體所在的區(qū)域。 注塑成型常見缺陷及解決方法 [28] 注塑成型時因為各種各樣原因注塑的塑件會產(chǎn)生很多缺 陷，這里對幾種常見的缺陷進行產(chǎn)生原因和解決方法分析。 充填完成后，塑件冷卻收縮必然導(dǎo)致填充不足，所以此時的熔體仍 需 保持高壓狀態(tài) 以 補充 塑料熔體 。當(dāng)料筒前端積聚的熔料對螺桿產(chǎn)生一定的壓力時，螺桿就在轉(zhuǎn)動中 后退，直至與調(diào)整好的行程開關(guān)相接觸，具有模具一次注射量的塑料預(yù)塑和儲料（即料筒前部熔融塑料的儲量）結(jié)束；接著注射液壓缸開始工作，與液壓缸活塞相連接的螺桿以一定的速度和壓力將熔料通過料筒前端的噴嘴注入溫度較低的閉合模具型腔中；保壓一定時間，經(jīng)冷卻固化后即可保持模具型腔所賦予的形狀；然后開模分型，在推出機構(gòu)作用下，將注射成型的塑料制件推出型腔 [26]。以上 CAE 軟件在實際生產(chǎn)中已得到了廣泛的應(yīng)用并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。 80年代后期， 研究人員 采用了流動路徑法實現(xiàn)了對塑料熔體在型腔中充填過程的三維流動分析，并用有限元法和有限差分混合法對模具型腔內(nèi)的溫度、壓力和速度進行了求解，實現(xiàn)了用體積控制法來確定熔體流動前沿位置 [18]。 本課題采用注塑 CAE 技術(shù)來優(yōu)化設(shè)計門板內(nèi)飾件的某個部件模具，模具制造加工前在注塑 CAE 軟件 Moldflow 上模擬仿真注塑成型過程，預(yù)測門板內(nèi)飾件部件可能存在的充填不足，收縮變形等缺陷，然后采用更好的澆注系統(tǒng)方案，冷卻系統(tǒng)方案和注塑工藝參數(shù)。這個零件在注塑成型時常見的問題主要有欠注、內(nèi)應(yīng)力問題、熔接痕 問 題、縮痕與凹陷、尺寸不穩(wěn)定、開裂、氣泡等。通用塑料 有 聚烯烴熱塑性彈性體 (TPO)、 聚丙烯 (PP)、 聚乙烯 (PE)、 ABS 等 [7]； 工程塑料 有 聚酰胺 (PA)、 聚碳酸脂 (PC)、 聚甲醛 (POM)、 聚苯醚 (PPO)、 熱塑性聚脂 (PET， PBT)等 [8]； 高性能工程塑料 有 聚酰亞胺 (PI)、 聚醚砜 (PES)、 聚砜 (PSU)和 聚氨酯 (PU)等 [9]。隨著小型轎車塑料模具的發(fā)展，塑料件的廣泛使用使小型轎車向著輕型、高速、舒適和節(jié)能等方向發(fā)展。 經(jīng)過研究， 論文 確定了最佳澆注系統(tǒng)方案、冷卻系統(tǒng)方案和最佳注塑工藝參數(shù)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 II 小型轎車塑料件 的 注塑成型分析及模具設(shè)計 摘 要 隨著人們對高質(zhì)量生活的追求，轎車行業(yè)正向著輕型化和低噪音等方向發(fā)展。 本學(xué)位論文屬于 不保密 □。 分類號： 單位代碼： 10363 密 級： 公開 學(xué) 號： 2080102105 題 目 小型轎車塑料件的注塑成型分析及模具設(shè)計 ANALYSIS OF THE INJECTION MOLDING AND MOLD DESIGN OF THE SMALL CAR PLASTIC PARTS 論文答辯日 期： 20xx611 安徽工程大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：我恪守學(xué)術(shù)道德，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)。 學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 I 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。轎車塑料件能滿足轎車行業(yè)發(fā)展的需求，因而在轎車上的應(yīng)用越來越廣泛。以這些分析的結(jié)果為依據(jù)設(shè)計了模具，從而提高了模具設(shè)計效率，并為實際的塑 料 件注塑成型提供了科學(xué)指導(dǎo)。目前，小型轎車用塑料件占轎車重量約為 7%10%[2]。目前我國小型轎車塑料模具已經(jīng)得到較好的發(fā)展。引起這些問題原因主要有塑料 充 填不滿 、熔融溫度和模具溫度太高或太低 、 冷卻效果不好 、 澆口位置不當(dāng)和流道設(shè)計不合理 、 注射壓力 和 保壓 壓力不足等 [11]。這樣設(shè)計制造的模具就會 減少 試模修模次數(shù)， 提高制品質(zhì)量和降低成本等，有重大的技術(shù)經(jīng)濟意義。 90 年代后期，成型過程中的流動、保壓、冷卻、及翹曲 變形 都得到了深入的研究，隨后 人們 也開展了 CAE 與 CAD/CAM 集成化研究 [19]。 今后注塑 CAE 技術(shù)的發(fā)展趨勢是 ： CAD/CAE/CAM 技術(shù)的集成化；數(shù)學(xué)模型和算法的進一步完善；注塑成型各個過程的耦合分析；人工智能技術(shù)的采用等 [24]。 圖 21 螺桿式注塑成型原理 [26] 1料斗 2螺桿傳動裝置 3注射油缸 4螺桿 5加熱器 6噴嘴 7模具 注塑成型工藝過程分為成型前準(zhǔn)備 、注塑過程和塑件后處理。 (4) 冷卻階段 。 由于充填不滿導(dǎo)致制品成型后形狀不完整的缺陷 稱 為短射 。 產(chǎn)生氣穴的原因主要有： (1) 外層熔體冷卻固化 和 內(nèi)層熔體收縮形成真空。熔接痕 不僅影響了塑件外觀 還 降低了塑件力學(xué)強度。但當(dāng)注射速度較高時，即使模溫低一些，也可減低應(yīng)力的產(chǎn)生。 (2) 模具方面：模具的制造精 度不夠、裝配不良、排氣位置不合理。 (2) 模具原因 ： 如果 模具排氣不良也會產(chǎn)生燒傷 ，應(yīng)改善模具的排氣條件。 Moldflow 軟件 有三種 網(wǎng)格 類型：中面網(wǎng)格 (Midplane)、 表面網(wǎng)格 (Fusion)和實體網(wǎng)格 (3D)。牛頓流體指當(dāng)流體以切變方式流動時，流體切應(yīng)力和剪應(yīng)力速率存在線性關(guān)系。 (1) 連續(xù)性方程： 0????????? zwyvxu (22) 安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 10 u 、 v 、 w 是速度矢量在 x 、 y 、 z 三個方向的分量。 (6) 忽略熔體前沿附近噴泉式流動的影響。 圖 31 導(dǎo)入的模型 網(wǎng)格劃分和修復(fù) Moldflow 軟件 主要有三種 網(wǎng)格 類型：中面網(wǎng)格（ Midplane） ， 表面網(wǎng)格（ Fusion）和實體網(wǎng)格（ 3D） [35]。網(wǎng)格設(shè)置 如圖 32 所示 。從圖中可以看出三角形單元最大縱橫比為 ，顯然不符合網(wǎng)格的三角形最大縱橫比在 20 以內(nèi)的要求。重新劃分網(wǎng)格時，網(wǎng)格尺寸設(shè)置越小，匹配率越高。 安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 17 圖 39 最終的 網(wǎng)格 連通性診斷 從 圖 39 中可以看出模型網(wǎng)格顏色和圖中右邊條幅“已連接”部分的顏色一致，模型網(wǎng)格連通性為 1，滿足網(wǎng)格要求。 塑料件常用的材料 性質(zhì)和用途如表 31 所示 。零件長 803mm， 寬 294mm， 平均厚度 2mm，采用多澆口澆注；零件屬于薄板零件，采用兩個澆口較合適。下文將從充填時間 、型腔殘余應(yīng)力 、 流動前沿處溫度 和成型缺陷等方面分別對澆口方案進行分析。 圖 318 方案 二充填時間 從圖 318 可以看出，塑件充填完全，沒有出現(xiàn)欠注現(xiàn)象，充填時間是 。 圖中兩個澆口位置分布在塑件兩側(cè)，從澆口位置處流入的塑料熔體在塑件主要表面區(qū)域相遇而形成圖中熔接痕， 主要表面區(qū)域出現(xiàn)的這些熔接痕將會對塑件強度有很 嚴(yán)重的影響，而且這些熔接痕難以去除，將大大影響塑件的外觀。 圖 321 兩種方案的 充填時間 (a) 方案三 (b) 方案四 從圖 321 中可以看出，澆口位置方案三和澆口位置方案四充填充分，沒有出現(xiàn)欠注現(xiàn)象，所以澆口位置方案三和澆口位置方案四從充填角度來說可以采用。剪切速率產(chǎn)生剪切熱可以使溫度升高，壁厚薄的區(qū)域會出現(xiàn)滯留現(xiàn)象 就 會降低溫度，澆口位置不同則溫度的變化又會不同。 ABS 材料的熔體溫度范圍為 230℃ 到 280℃ ，所以流動前沿處溫度要在這個范圍內(nèi)澆口方案才是可行的。 (1) 充填時間 充填時間圖可以考察出充填是否完全，如果充填不完全，產(chǎn)品將成為廢品。熔接痕如圖 319所示。 安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 22 澆口位置 A、 E 構(gòu)成 澆口位置方案 二 ， A 點距大端 275mm ， E 點距大端350mm，如 圖 317 所示。這樣可以制定出 四 套澆口位置方案 ； A、 D 兩澆口位置構(gòu)成方案一， A、 E 構(gòu)成方案二， A、B 構(gòu)成方案三， A、 C 構(gòu)成方案四。 根據(jù)選擇的材料和注塑機進行注塑工藝設(shè)置如圖 312。 理論最佳澆口位置指軟件根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)特點分析出的最佳澆口位置。 網(wǎng)格的診斷如 圖 38,39,310 所示 。自動修復(fù)運用網(wǎng)格修復(fù)向?qū)硇迯?fù)網(wǎng)格。 網(wǎng)格縱橫比診斷和配向診斷如圖 34,35 所示 。 論文 的塑件很薄，為了獲得較好的網(wǎng)格效果以及較精確的模擬分析 ， 采用表面網(wǎng)格來對模型進行有限元網(wǎng)格劃分。課題零件采用 catia格式轉(zhuǎn)換 ，然后 導(dǎo)入 moldflowCADdoctor（模型處理軟件）中進行模型修補， 最后 將修補的模型以 udm 格式導(dǎo)出，轉(zhuǎn)入 Moldflow 中。 (4) 忽略沿流動方向的熱傳導(dǎo)，僅考慮熱對流，在厚度方向，忽略熱對流，僅考慮熱傳導(dǎo) 。本文將引入粘性流體力學(xué)基本方程，并根據(jù)實際簡化情況來設(shè)置邊界條件。 此外還有模腔尺寸分析、結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、氣體輔助注塑分析、纖維填充取向分析 和 反應(yīng)注射成型分析等。 Moldflow 有三大模塊： MPA(產(chǎn)品優(yōu)化顧問 )模塊 、 MPI 模塊 （注塑成型模擬分析）和 MPX(注塑