【正文】 目： 基于注塑模具 CAE技術(shù)的熱流道關(guān)鍵技術(shù)研究 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。利用 CAE軟件 MOLDFLOW，可以對不同工藝條件下的塑料注射 成型過程進(jìn)行模擬，幫助設(shè)計人員及早的發(fā)現(xiàn)模具和成型質(zhì)量方面存在的問題，從而可以優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)和注射工藝參數(shù)，縮短產(chǎn)品的整個生產(chǎn)周期。 圖 產(chǎn)品外型 Moldflow 軟件簡介 Moldflow 公司是一家專業(yè)從事塑料成型計算機(jī)輔助工程分析（ CAE）的軟件和咨詢公司，時塑料分析軟件的 創(chuàng)造者，其 MPI 軟件是塑料 CAE軟件公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)者。 FUSION 可以直接從塑件顧問中讀取模型而進(jìn)行進(jìn)一步的分析。熱固性材料注塑模擬 MPI提供工具進(jìn)行熱固性塑料成型的模擬：如注塑成型、 IC卡成型、樹脂模塑成型、 BMC材料模塑成型和反應(yīng)注塑成型等。冷料穴的作用是收集每次注射成型時流動熔體前端的冷料頭（前鋒冷料），避免這些冷料進(jìn)入模腔影響制品成型質(zhì)量，或防止這些冷料堵塞澆口造成制品缺料。 澆口的分類和適用場合 (1)直澆口多用于二板模，一模一腔的模具。這一點(diǎn)在本次的 CAE模擬過程中也做了對比，從中可以明顯的看出點(diǎn)澆口的的優(yōu)勢。熱流道澆道尺寸設(shè)計要合理。 熱流 道模具制作 工藝設(shè)備要 求高 熱流 道模具需要精密加工機(jī)械作保 證 。 究竟在何種情況下需要對模具進(jìn)行冷卻或加熱，與不同特征的塑料品種、制品結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、生產(chǎn)率及成型工藝對模具溫度的要求有關(guān)。根據(jù)模具大?。ㄖ破分亓浚Q定。 工藝參數(shù) 其 ABS 塑料的工藝參數(shù)如表 21 所示。 模型的網(wǎng)格劃分 被分析模型的網(wǎng)格劃分和修改是 MPI 分析前處理的最為重要，同時也是最為復(fù)雜、煩瑣的環(huán)節(jié)，網(wǎng)格劃分的是否合理，將 直接影響到產(chǎn)品的最終分析結(jié)果。這就需要對網(wǎng)格缺陷進(jìn)行修改。 顯示如圖在紅框內(nèi)顯示了 3 個單元 如圖332所示 。一般地，所生成的新的三 角形單元，其縱橫比將比原來的縱橫比減小，從而達(dá)到修正模型單元的目的。 當(dāng)所有的縱橫比都修改完成后右邊的縱橫比彩色條已經(jīng)自動消失。 圖 351 材料的選擇 然后保持方案任 務(wù)視窗里的選項不變，直接雙擊立即分析，出現(xiàn)選擇分析類型對話框， 如圖 352 所示 ，按確定。用直徑為 10的熱流道連接三個主流道。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 35 頁 進(jìn)料口的設(shè)置很簡單， 右擊注射點(diǎn)彈出設(shè)定注射位置的對話框 ，在主流道的頂部點(diǎn)擊一下，即可完成進(jìn)料口的設(shè)立 。 需要說明的是在本產(chǎn)品的設(shè)計中，由于模具的溫度在 50 到 85攝氏度，而水的沸點(diǎn)是 100 攝氏度，為了維持模具的溫度故本系統(tǒng)中考 慮用水作為調(diào)溫介質(zhì)。分流道 澆口 為截面形狀為圓形， 澆口 尺寸為 ,澆口為 點(diǎn)澆口 。 圖 350 搜索條件對話框 在找到的結(jié)果中選擇上面提到的 Lustran ABS Elite HH 1827 材料，單擊南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 32 頁 完成選擇。如圖 344 所示， 點(diǎn)應(yīng)用后網(wǎng)格為 圖 345 所示。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 27 頁 圖 336 重疊網(wǎng)格診斷對話框 網(wǎng)格最大縱橫比單元的修改 首先介紹一下縱橫 比 aspect ratio（單元縱橫比）的概念，所謂縱橫比aspect ratio 就是指模型的三角形單元的最長邊與該邊所對應(yīng)的三角形高度之比值，如圖 337 所示，三角形單元的最長邊為 w，對應(yīng)邊上的三角形高度為 h，則該三角形的縱橫比為 w/h，此數(shù)值越大，則說明該單元越尖銳，越細(xì)長，按照數(shù)值分析的理論要求來說，這對分析結(jié)果是不利的。 自由邊修改 自由邊是指 Fusion（表面）模型中某個三角形單元的一條邊沒有與其他三角形共用，這在表面和 3D類型網(wǎng)格中是不允許的。 至此，網(wǎng)格的劃分已經(jīng)完成。 在左側(cè)出現(xiàn)方案任務(wù)窗口如圖 39： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 19 頁 圖 37 導(dǎo)入視圖 圖 38 導(dǎo)入對話框 圖 39 導(dǎo)入后項目視窗 圖 310 導(dǎo)入后初始圖形 導(dǎo)入后初始圖形。 塑件選用 ABS塑料成型， ABS是一種具有良好綜合性能的工程塑料，它具有良好的成型性 、韌性、化學(xué)穩(wěn)定性和良好的表面硬度，其抗拉強(qiáng)度可達(dá) 35～50Mpa,ABS 粘度適中，流動性好，其制品的使用溫度范圍在 40～ 100℃之間，這符合旋鈕的使用溫度范圍。 (11)結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，成本低廉。也可采用電加熱方式。如果零件 產(chǎn) 量小，模具工具成本比例高， 經(jīng)濟(jì) 上不花算。對于零件重量相差懸殊的 Family mold 要進(jìn)行澆道尺寸設(shè)計平衡。塑料通過 點(diǎn) 澆口，在橫向得到更均勻的分配，可降低制品的內(nèi)應(yīng)力和帶入空氣的可能性。 (8)盡量減少塑料消耗設(shè)計澆注系統(tǒng)時，除注意滿足上述設(shè)計原則外，還應(yīng)使系統(tǒng)的長度和容積盡量小，這樣做不僅可以避免系統(tǒng)凝料積壓、延長成型周期等問題，而且還可以減少系統(tǒng)占用的塑料量，從而減小原材料消耗以及回收廢料的工作量。特別是調(diào)整其截面尺寸時，截面高度的變化對澆口的容積及澆口凍結(jié)時間影響很大；另外，截面積的變化對塑料熔體內(nèi)的切變速率影響很大，而切變速率又與熔體表觀粘度有關(guān)，所以改變澆口截面尺寸或截面積 的大小，可以控制澆口凍結(jié)時間（即補(bǔ)縮時間或補(bǔ)縮程度），以及熔體充模時的流動性能。氣輔工藝模擬使用 MPI可以模擬體積控制和壓力控制氣輔工藝。對于薄壁實體， MPI 的 FUSION 模塊基于 Moldflow 的獨(dú)家專利的 DaulDomain 分析技術(shù)，使用戶可以直接進(jìn)行薄壁實體模型分析。找到造成該款產(chǎn)品產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的問題所在，提出對模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法，優(yōu)化試模工藝參數(shù)、為達(dá)到最終的合格。本文首先簡述了 MOLDFLOW 軟件，以及澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的建立原則，然后本文在澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)建立原則的基礎(chǔ)上提出了幾種方案，并利用MOLDFLOW 的模擬技術(shù)從各種方案中找到各自的成型缺陷，最后通過分析對比舍棄不合理的方案，從而找到這個制品的最佳成型澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，以保證制品的成型質(zhì)量和成型周期。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 長期以來，我國的注射模設(shè)計主要依靠設(shè)計者的經(jīng)驗和直覺，通過反復(fù)試模、修模修正設(shè)計方案，缺乏科學(xué)依據(jù)，具有較大的盲目性，不僅使模具的生產(chǎn)周期長、成本高，而且質(zhì)量也難以保證。 Moldflow 軟件可以模擬整個住宿過程這一過程對注塑成型產(chǎn)品的影響，其軟件工具中融合了一整套設(shè)計原理，可以評價和優(yōu)化組合整個過程，可以在模具制造之前對塑料產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化。對于厚壁實體 Moldflow 的 MPI/Flow3D 和MPI/Cool3D 模塊采用全三維的自適應(yīng)網(wǎng)格進(jìn)行全三維分析。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 5 頁 第二章 分析方案的確定 多種澆注系統(tǒng)方案的確定 在方案的選擇前先說明一下澆注系統(tǒng)的組成和作用： 澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴出來后 ,到達(dá)型腔之前在模具中所流經(jīng)的通道 ,其作用是將熔融狀態(tài)的塑料從噴嘴處平穩(wěn)地引入模具型腔 ,并在熔體填充和固化定型的過程中將注射壓力和保壓力傳遞到塑料制品各部分，以獲得組織致密、外形清晰、表面光 潔和尺寸精確的塑料制品。如果需要防止模腔內(nèi)不同流向的熔體匯合時因冷料頭而影響熔接痕的強(qiáng)度，亦可將冷料穴就近開設(shè)在熔體匯合之處的模腔外，并與模腔連通。其優(yōu)點(diǎn)是成型容易，缺點(diǎn)是澆口去除不方便，且易留下澆口痕跡。 以上 五 種澆注系統(tǒng)的分流道均采用圓形截 面是因為分流道斷面形狀應(yīng)盡量使其比表面積（流道表面積與其體積之比）小，以減小熱量損失和壓力損失。尺 寸太小充模壓力損失過大。 熱流 道系 統(tǒng) 與模具的集成與配合要求極 為嚴(yán)格， 否 則 模具在生 產(chǎn)過 程中 會 出 現(xiàn) 很多 嚴(yán) 重 問題 。確定冷卻或加熱的原則是： (1)對于黏度低、流動性好的塑料，因為成型工藝要求的模具溫度不南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 太高，通?？捎贸厮蚶渌M(jìn)行冷卻，并通過調(diào)節(jié)水的流量大小控制木匠溫度。 (2)水孔通過鑲塊時，應(yīng)考慮鑲套管等密封問題。 表 21 ABS 塑料的工藝參數(shù) 工藝參數(shù) 塑料名稱 ABS 注射機(jī) 螺桿式 溫度 料筒溫度 后 /℃ 中 /℃ 前 /℃ 180200 210230 200210 噴嘴溫度 /℃ 180190 模具溫度 /℃ 5070 壓力 注射壓力 /MPa 7090 時間 注射時間 /S 35 保壓時間 /S 1530 冷卻時間 /S 1530 總周期 /S 4070 螺桿轉(zhuǎn)速（ R/MIN） 30 收縮率（ %） 后處理 方法 紅外線燈，鼓風(fēng)烘干 溫度 /℃ 70 時間 /h 24 備注 通用級 由于本課題的零件屬于薄壁零件，所以在靠近模具的地方可以使用順序連接的水道來提高水道的冷卻效果，所以我在本次畢業(yè) 設(shè)計中共設(shè)計了一種方案來冷卻零件。 首先在 方案任務(wù)視窗 中雙擊 Create Mesh（ 創(chuàng)建網(wǎng)格 ）的圖標(biāo) ，如圖 311所示 。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 23 頁 如圖 323 所示。在層的 浮動窗口內(nèi)把 Default Layer、 Stl Representation、新建節(jié)點(diǎn)、新建三角形、 New Nodes、 New Triangles 前的勾都去除，只留診斷結(jié)果的復(fù)選勾，如圖 333 所示 。有時合并后生成的兩個新的三角形單元中，其中一個的縱橫比仍然偏大，這是需要再次進(jìn)行合并操作，直到生成的新的三角形單元全部滿足縱橫比要求為止。說明零件的最大縱橫比已經(jīng)小于 30。軟件就開始分析最佳澆口。熱豎流道的形狀為圓錐形，小口直徑為 8，大口直徑為 10。 進(jìn)水口的設(shè)立和進(jìn)料口的設(shè)立相似，只不過是右擊點(diǎn)擊冷卻水管菜單彈出設(shè)定冷卻液入口，即可按以上方法設(shè)立進(jìn)水口 。在創(chuàng)建圖普通式式水路（藍(lán)色）的過程中，經(jīng)過查閱了大量相關(guān)資料和進(jìn)行了多次的嘗試，我最終掌握了這種水路的建立。 以三澆口的為 例， 主流道的形狀為圓錐形，小口直徑為 5mm，大口直徑為10mm，長度為 120mm。 圖 349 選擇材料對話框 雙擊分析任務(wù)窗口中的材料一欄，在彈出的材料選擇對話框里單擊Search（搜索）如圖 349，在搜索條件中填入 ABS， 點(diǎn)擊確定。 有時也可以用網(wǎng)格工具中的插入節(jié)點(diǎn)來降低縱橫比。注意要看清楚 整體的網(wǎng)格 ，不能 修改 使網(wǎng)格變形。 圖 328 修改縱橫比 圖 329 修改后的縱橫比結(jié)果 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 25 頁 圖 330 修改后的網(wǎng)格診斷 可以看出網(wǎng)格比起先前的比起來，網(wǎng)格交叉的數(shù)量少了很多，不過卻多了Element not oriented（未配向的單元）、 Free edges（自由邊）和 Nonmainfold edges（ 交叉邊），所以在后面的修改要加上這幾個項目的修改。 圖 321 初始網(wǎng)格劃分 此時，任務(wù)窗口中有關(guān)網(wǎng)格的圖標(biāo)顯示：網(wǎng)格自動劃分完成，網(wǎng)格類型為Fusion，在 Layers(層 )管理窗口中出現(xiàn)了兩個新的層： New Triangles 和 New Nodes，這兩個層分別放置三角形單元和節(jié)點(diǎn) （如圖 322所示） 。 產(chǎn)品模型被導(dǎo)入后分析任務(wù)窗口中列出了默認(rèn)的分析任務(wù)和初始設(shè)置。 (3)熱性能： ABS的熱穩(wěn)定性差，熱變形溫度為 93℃，脆化溫度為 27℃ ，使用的溫度范圍 40℃～ 100℃，而且 ABS得耐候性也差，紫外線作用下容易氧南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 15 頁 化降解，從而會導(dǎo)致制件變硬變脆。 (10)小型薄壁制品，且成型工藝要求模溫不太高時，可不設(shè)置冷卻裝置。通常所采用的冷卻或加熱介質(zhì)有水、熱油和蒸汽。 模具成本上升 熱流道組 件價格比 較貴，熱流 道模具成本可能 會 大幅度增高。澆口要同時打開使塑料同步填充各型腔。澆口沿進(jìn)料方向逐漸減 大 ，塑料通過長約 2mm的澆口臺階進(jìn)入型腔。如果冷料穴失效，使前鋒冷料進(jìn)入模腔會導(dǎo)致制品產(chǎn)生冷疤或冷斑。 4) 澆口的長度和截面尺寸一般均可在試模過程中適當(dāng)調(diào)整。它的分析結(jié)果可以作為 MPX的輸入?yún)?shù)使試?？旖莞咝?。使他們致力于 CAE分析和優(yōu)化。應(yīng)用正交軟件確定最佳的成型條件。虛擬模型分析表明那些等角的冷卻通道與常規(guī)冷卻模具相比，大大減少循環(huán)時間，同時明顯的改善塑件的表面光潔度。對 本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對于大型精密、新結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，問題更加突出。本次畢業(yè)設(shè)計以 Moldflow 中文版進(jìn)行講解。這三種方法提