【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(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)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(duì)不同工藝條件下的塑料注射 成型過(guò)程進(jìn)行模擬，幫助設(shè)計(jì)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(gè)生產(chǎn)周期。 圖 產(chǎn)品外型 Moldflow 軟件簡(jiǎn)介 Moldflow 公司是一家專業(yè)從事塑料成型計(jì)算機(jī)輔助工程分析（ CAE）的軟件和咨詢公司，時(shí)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(shí)流動(dòng)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(chǎng)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(guò)程中也做了對(duì)比，從中可以明顯的看出點(diǎn)澆口的的優(yōu)勢(shì)。熱流道澆道尺寸設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(shí)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(duì)網(wǎng)格缺陷進(jìn)行修改。 顯示如圖在紅框內(nèi)顯示了 3 個(gè)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(lái)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(dòng)消失。 圖 351 材料的選擇 然后保持方案任 務(wù)視窗里的選項(xiàng)不變，直接雙擊立即分析，出現(xiàn)選擇分析類型對(duì)話框， 如圖 352 所示 ，按確定。用直徑為 10的熱流道連接三個(gè)主流道。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 35 頁(yè) 進(jìn)料口的設(shè)置很簡(jiǎn)單， 右擊注射點(diǎn)彈出設(shè)定注射位置的對(duì)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(shuō)明的是在本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)說(shuō)明書（論文） 第 32 頁(yè) 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(jì)說(shuō)明書（論文） 第 27 頁(yè) 圖 336 重疊網(wǎng)格診斷對(duì)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(zhǎng)邊與該邊所對(duì)應(yīng)的三角形高度之比值，如圖 337 所示，三角形單元的最長(zhǎng)邊為 w，對(duì)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(shuō)明該單元越尖銳，越細(xì)長(zhǎng)，按照數(shù)值分析的理論要求來(lái)說(shuō)，這對(duì)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(gè)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(jì)說(shuō)明書（論文） 第 19 頁(yè) 圖 37 導(dǎo)入視圖 圖 38 導(dǎo)入對(duì)話框 圖 39 導(dǎo)入后項(xiàng)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(dòng)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(jiǎn)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(duì)于零件重量相差懸殊的 Family mold 要進(jìn)行澆道尺寸設(shè)計(jì)平衡。塑料通過(guò) 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(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，除注意滿足上述設(shè)計(jì)原則外，還應(yīng)使系統(tǒng)的長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)，截面高度的變化對(duì)澆口的容積及澆口凍結(jié)時(shí)間影響很大；另外，截面積的變化對(duì)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(shí)間（即補(bǔ)縮時(shí)間或補(bǔ)縮程度），以及熔體充模時(shí)的流動(dòng)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(duì)于薄壁實(shí)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(shí)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(duì)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(jiǎn)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(guò)分析對(duì)比舍棄不合理的方案，從而找到這個(gè)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(guò)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(guò)的材料。 長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的注射模設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和直覺，通過(guò)反復(fù)試模、修模修正設(shè)計(jì)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(zhǎng)、成本高，而且質(zhì)量也難以保證。 Moldflow 軟件可以模擬整個(gè)住宿過(guò)程這一過(guò)程對(duì)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(jì)原理，可以評(píng)價(jià)和優(yōu)化組合整個(gè)過(guò)程，可以在模具制造之前對(duì)塑料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于厚壁實(shí)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(jì)說(shuō)明書（論文） 第 5 頁(yè) 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(shuō)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(lái)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(guò)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(shí)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?yàn)榉至鞯罃嗝嫘螤顟?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(guò)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(guò) 程中 會(huì) 出 現(xiàn) 很多 嚴(yán) 重 問題 。確定冷卻或加熱的原則是： (1)對(duì)于黏度低、流動(dòng)性好的塑料，因?yàn)槌尚凸に囈蟮哪＞邷囟炔荒暇┕こ虒W(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 13 頁(yè) 太高，通常可用常溫水或冷水進(jìn)行冷卻，并通過(guò)調(diào)節(jié)水的流量大小控制木匠溫度。 (2)水孔通過(guò)鑲塊時(shí)，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(shí)間 注射時(shí)間 /S 35 保壓時(shí)間 /S 1530 冷卻時(shí)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(shí)間 /h 24 備注 通用級(jí) 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(lái)提高水道的冷卻效果，所以我在本次畢業(yè) 設(shè)計(jì)中共設(shè)計(jì)了一種方案來(lái)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(jì)說(shuō)明書（論文） 第 23 頁(yè) 如圖 323 所示。在層的 浮動(dòng)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(shí)合并后生成的兩個(gè)新的三角形單元中，其中一個(gè)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(shuō)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(guò)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(guò)程中，經(jīng)過(guò)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(zhǎng)度為 120mm。 圖 349 選擇材料對(duì)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(duì)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(shí)也可以用網(wǎng)格工具中的插入節(jié)點(diǎn)來(lái)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(jì)說(shuō)明書（論文） 第 25 頁(yè) 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(lái)，網(wǎng)格交叉的數(shù)量少了很多，不過(guò)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(gè)項(xiàng)目的修改。 圖 321 初始網(wǎng)格劃分 此時(shí)，任務(wù)窗口中有關(guān)網(wǎng)格的圖標(biāo)顯示：網(wǎng)格自動(dòng)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(gè)新的層： New Triangles 和 New Nodes，這兩個(gè)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(jì)說(shuō)明書（論文） 第 15 頁(yè) 化降解，從而會(huì)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(shí)，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(jià)格比 較貴，熱流 道模具成本可能 會(huì) 大幅度增高。澆口要同時(shí)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(guò)長(zhǎng)約 2mm的澆口臺(tái)階進(jìn)入型腔。如果冷料穴失效，使前鋒冷料進(jìn)入模腔會(huì)導(dǎo)致制品產(chǎn)生冷疤或冷斑。 4) 澆口的長(zhǎng)度和截面尺寸一般均可在試模過(guò)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)使試模快捷高效。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(shí)間，同時(shí)明顯的改善塑件的表面光潔度。對(duì) 本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)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(jì)以 Moldflow 中文版進(jìn)行講解。這三種方法提