【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 本章主要介紹了工藝參數(shù)對(duì)注射成型的影響，并利用塑料顧問進(jìn)行注射過程模擬，根據(jù)成型過程中出現(xiàn)的問題及對(duì)模擬結(jié)果的分析，提出一些優(yōu)化方法。 工藝參數(shù)及對(duì)成型的影響 近代注射工藝日趨完善，為注射工藝參數(shù)的調(diào)整提供了十分方便的條件。盡管不同的注塑機(jī)調(diào)節(jié)方式各有所異，但對(duì)工藝參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整項(xiàng)目基本是相同 的。在制品和模具確定之后，注射工藝參數(shù)的選擇和調(diào)整將對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。因此明確各項(xiàng)注射工藝參數(shù)在成型中的具體作用，對(duì)于流動(dòng)和保壓至關(guān)重要。 熔體溫度 熔體流入模具型腔時(shí)，因熱 傳導(dǎo)而損失熱量，與此同時(shí)，因剪切摩擦而產(chǎn)生熱量，這部分熱量可能較熱傳導(dǎo)損失的熱量多，也可能少，主要取覺于注塑條件。 熔體的粘性隨溫度而變化，低溫時(shí)粘度大，熔體流動(dòng)速度低，充滿型腔所需的壓力高，因此制品中的應(yīng)力水平也高。若填充應(yīng)力恒定，在低溫時(shí)由于熔體粘度大，在流動(dòng)過程中的壓力損失較大，熔體粘性很快降低，使制品中的應(yīng)力水平迅 速下降，制品密度亦迅速降低。進(jìn)一步提高熔體溫度時(shí)，型腔內(nèi)應(yīng)力變化不大，制品中的應(yīng)力水平變化亦不大，但材料的裂解率提高，制品質(zhì)量降低。與此同時(shí)，高溫時(shí)因型腔的應(yīng)力提高很小，而體積收縮率則較大，制品質(zhì)量變小，并會(huì)出現(xiàn)凹陷痕跡。 模具溫度 模具溫度直接影響熔體的充模流動(dòng)能力、塑件的冷卻速度和充型后的塑件性能等。模具溫度的高低卻覺于塑料是否結(jié)晶和結(jié)晶度、塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸、性能要求和其他工藝條件（熔料溫度、注射速度、注射壓力和模具周期等）。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁 共 47 頁 提高模具溫度可以改善熔體在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)速度，增加塑件的密度和結(jié)晶度，減小充模壓力和塑件中的應(yīng)力，但塑件的冷卻時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，收縮率和脫模后塑件的翹曲變形會(huì)增加，生產(chǎn)率也會(huì)因此而下降。降低模具溫度，能縮短冷卻時(shí)間，提高生產(chǎn)率，但在溫度過低的情況下，熔體在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)性能會(huì)變差，使塑件產(chǎn)生較大的應(yīng)力和明顯的熔接痕等缺陷。此外，較高的模具溫度對(duì)降低塑件的表面粗糙度值有一定的好處。 噴嘴溫度 噴嘴溫度一般低于料筒的最高溫度，目的是防止熔料在噴嘴處產(chǎn)生流涎現(xiàn)象。噴嘴溫度也不能太低，否則會(huì)使熔體產(chǎn)生早凝，其結(jié)果不是阻塞噴嘴孔，就是將冷料沖入模具型腔，最終導(dǎo)致成品缺陷 。 塑化壓力 塑化壓力又稱為背壓，是指采用螺桿式注射機(jī)時(shí)，螺桿頭部熔料在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)后退時(shí)所受到的壓力。注射中，塑化壓力的大小是隨螺桿的設(shè)計(jì)、塑件質(zhì)量的要求以及塑料的種類等的不同而確定的。如果這些情況和螺桿的轉(zhuǎn)速都不變，則增加塑化壓力時(shí)即會(huì)提高熔體的溫度，并使熔體的溫度均勻、色料混合均勻并排除熔體中的氣體。但增加塑化壓力，則會(huì)降低塑化塑料、延長(zhǎng)成型周期，甚至可能導(dǎo)致塑料的講解。一般操作中，在保證塑件質(zhì)量的前提下，塑化壓力越低越好，其具體數(shù)值隨所用塑料的品種而定。 注射壓力 注射機(jī) 的壓力是指柱塞或螺桿頭部軸向移動(dòng)是其頭部對(duì)塑料熔體所施加的壓力。注射壓力的作用是克服塑料熔體從料筒流向型腔的流動(dòng)阻力，給予熔體一定的充型速率以及對(duì)熔體進(jìn)行壓實(shí)等。 注射壓力的大小取覺于注射機(jī)的類型、速率的品種、模具澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸與表面粗糙度、模具溫度、塑件的壁厚及流程的大小等，關(guān)系復(fù)雜，目前難以作出具有定量關(guān)系的結(jié)論。塑料流動(dòng)阻力的另一決定因素是塑料與模具澆華北水利水電學(xué)院畢業(yè)論文 第 16 頁 共 47 頁 注系統(tǒng)及型腔之間的摩擦系數(shù)和熔融粘度，摩擦系數(shù)和熔融粘度越大時(shí)，注射壓力應(yīng)越高。 注射時(shí)間 注射時(shí)間是指塑料熔體充滿型腔所需的時(shí)間，注射 時(shí)間由注射速率確定。提高注射速率則會(huì)縮短注射時(shí)間，此時(shí)，熔體中的剪應(yīng)變率也會(huì)提高，為了充滿型腔所需的注射壓力也要提高。注射速率低時(shí)，熔體中的剪應(yīng)變率低，剪切應(yīng)力小，但熱量損失大，使熔體溫度減低，粘度提高，從而使注射壓力提高。以上兩種情況共同作用的結(jié)果，使圖 31 中的曲線變成 ”U”形。也就是說，存在著一個(gè)最佳的注射時(shí)間，采用這個(gè)時(shí)間，充填壓力最小，制品中的應(yīng)力水平也最低。 圖 31 CAE 成型分析 塑料顧問 (Plastic Advisor)是 Pro/E 中自帶的一種分析模塊 ， 它具有強(qiáng)大的分析、計(jì)算 和動(dòng)態(tài)模擬功能。利用塑料顧問可以直觀地觀測(cè)到塑料熔體的流動(dòng)情況、塑件的填充狀態(tài)、注射壓力變化情況、溫度變化情況等 ， 并得到可靠的反饋信息和建議 ， 從而使零件和模具在設(shè)計(jì)階段就能得到完善和改進(jìn) ， 達(dá)到最佳華北水利水電學(xué)院畢業(yè)論文 第 17 頁 共 47 頁 設(shè)計(jì)要求。 啟動(dòng)塑料顧問 進(jìn)入 Pro/E 系統(tǒng)，打開要分析的制件，選擇“應(yīng)用程序”→“塑料顧問 (Plastic Advisor)”命令 ， 進(jìn)入塑料顧問操作界面 ， 如圖 32 所示。 圖 32 塑料顧問界面 澆口位置分析 單擊 圖標(biāo) ， 進(jìn)入“ Analysis WixardAnalysis Selection（分析導(dǎo)向 分析選擇”對(duì)話框。勾擇“ Gate Location (澆口位置 )”選項(xiàng) ， 單擊“下一步”，進(jìn)入“ Analysis WixardSelection Material（分析導(dǎo)向 材料選擇）”對(duì)話框，在“ Manufacturer(生產(chǎn)商 ) ” 一 欄 中 選 擇 “ Generic ”， 在 “ Trade name ” 一 欄 中 選 擇“ ABSAcrylonitrilebutadienestyrene(丙烯腈與丁二烯和苯乙烯 的三元共聚物 )”。單擊“ Details”按鈕 ， 在彈出的“ Thermoplastics material(熱塑性材料 )”對(duì)話框中 ， 可以查看該材料的性質(zhì)。單擊“下一步” ， 按系統(tǒng)建議 ， 設(shè)置模具溫度為 60℃、熔體溫度為 230℃、最大壓力為 180MPa， 其他選項(xiàng)接受系統(tǒng)的默華北水利水電學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 47 頁 認(rèn)設(shè)置 ， 如圖 33 所示。 圖 33 成型參數(shù) 單擊“完成”按鈕 ， 系統(tǒng)開始有關(guān)的分析、計(jì)算。分析的結(jié)果將用色譜圖反映出來 ， 紅色區(qū)域是最不合適的區(qū)域 ， 藍(lán)色區(qū)域?yàn)樽詈线m的區(qū)域。從圖 34中可知扣接處和側(cè)壁 (紅色 )之外的區(qū)域都可設(shè)置澆口 ， 最佳澆口位置在上邊緣中間和兩邊臺(tái)階區(qū)域。但臺(tái)階處設(shè)置澆口模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，為簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu) ，并考慮去交道凝料后 制件的美觀度，故在上邊緣采用雙向內(nèi)側(cè)澆口。 圖 34 澆口位置分析 單擊 圖標(biāo) ， 按上述澆口位置分析的結(jié)果，將澆口設(shè)置在如圖 35 所示位 圖 35 澆口位置 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)論文 第 19 頁 共 47 頁 置。 成型條件分析 對(duì)成型工藝條件進(jìn)行分析 ， 可以得到最佳的成型參數(shù)如成型溫度及注射時(shí)間。單擊 圖標(biāo)，進(jìn)入“ Analysis WixardAnalysis Selection（分析導(dǎo)向 分析選擇”對(duì)話框。勾選“ Molding Window (成型條件 )”選項(xiàng) ， 單擊“下一步”按鈕 ，在系統(tǒng)彈出的“ Analysis WixardMolding Window Properties(成型條件參數(shù) )”對(duì)話框中，選擇塑件表面所需的光潔度為“ Gloss(中等光潔度 )” ， 單擊“完成”，彈出“ Results Summary”， 再單擊“ Display Molding Window”，結(jié)果顯示在彈出的“ Molding Window Results(成型條件分析結(jié)果 )”對(duì)話框中，如圖 36， 圖中垂直方向是溫度 ， 水平方向是注射時(shí)間 ， 每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)成型條件 ， 該二維區(qū)間 圖 36 成型條件 被紅色、黃色和綠色分為 3 個(gè)區(qū)域 ， 綠色區(qū)域代表合適的成型條件的集合 ， 紅色區(qū) 域代表會(huì)發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤的成型條件的集合。從圖 36 中看出該塑件無紅色區(qū)域 ， 圖中的綠色區(qū)域的中間位置為最佳的成型參數(shù)區(qū)域 ， 對(duì)應(yīng)的成型溫度和注射時(shí)間對(duì)實(shí)際成型過程具有參考價(jià)值。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)論文 第 20 頁 共 47 頁 塑料熔體流動(dòng)性分析 單擊 圖標(biāo) ， 在“ Analysis WixardAnalysis Selection（分析導(dǎo)向 分析選擇 ） ”對(duì)話框中選“ Plastic Flow(塑料流動(dòng) )”項(xiàng) ， 系統(tǒng)開始自動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行填充 ， 如圖 37 所示為正在填充的動(dòng)畫。系統(tǒng)將分析結(jié)果分別用紅、黃、綠三色表示 ，紅色表示質(zhì)量最差、黃色質(zhì)量一般、綠色質(zhì)量最好。 從“ Confidence of Fill(填充狀況 )”檢查結(jié)果可以看到滑輪塑件的顏色全部顯綠色 ， 說明沒有塑料填充的缺陷 ， 填充狀況良好 ， 如圖 38 所示。 圖 37 充模模擬 圖 38 填充結(jié)果 冷卻質(zhì)量分析 塑料顧問會(huì)計(jì)算模型各部分的完全冷卻時(shí)間 ， 預(yù)測(cè)由于冷卻速度不同而產(chǎn)生缺陷的位置。 單擊 圖標(biāo) ， 在“ Analysis WixardAnalysis Selection（分析導(dǎo)向 分析選擇”對(duì)話框中選擇“ Cooling Quality (冷卻質(zhì)量 )”項(xiàng) ， 分析結(jié)果如圖 39 所示。系統(tǒng)用紅色、黃色、綠色在被分析塑件的表面上分別表示質(zhì)量最差、質(zhì)量一般、質(zhì) 圖 39 冷卻質(zhì)量 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 47 頁 量最好的部分 ， 從“ Cooling Quality(冷卻質(zhì)量 )”檢查結(jié)果，可以看到扣盒蓋塑件整體呈綠色 ， 說明整個(gè)塑件的冷卻質(zhì)量較高。但是卡扣與殼壁連接處出現(xiàn)了黃色和紅色，說明局部冷卻質(zhì)量差，因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在在這些位置的的附近設(shè)置冷卻水道 ， 幫助塑件進(jìn)行冷卻。 缺陷分析 單擊 圖標(biāo) ， 在“ Analysis WixardAnalysis Selection（分析導(dǎo)向 分析選擇”對(duì)話框中選擇“ Sink Marks (縮痕 )”項(xiàng) ， 在工作區(qū)顯示“ Sink Mark Estimate(縮痕預(yù)測(cè) )”分析結(jié)果 ， 如圖 310 所示 ， 根據(jù)右側(cè)的顏色對(duì)照可以判斷相應(yīng)顏色顯示部分的縮痕程度。從圖 310 中可以看出 ， 在加強(qiáng)筋等部位會(huì)產(chǎn)生收縮 ， 則可采取相應(yīng)的措施 ， 如從結(jié)構(gòu)上改進(jìn)筋的尺寸 ， 將筋的端部圓角半徑加大或加大厚度等。 圖 310 縮痕預(yù)測(cè) 單擊 圖標(biāo)，可以看到 制件產(chǎn)生的熔接痕，如圖 311，從圖上可以看到熔接痕 主要分布在料流交匯和澆口處，長(zhǎng)度不大。 如果要減少 熔接痕 缺陷，可以 圖 311 熔接痕 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)論文 第 22 頁 共 47 頁 適當(dāng)?shù)脑黾?注射壓力，或者提高模具溫度。 從圖 312 可以看到氣孔的分布，主要在料流交匯處和遠(yuǎn)離澆口的卡扣處，可以在這些位置增加排氣系統(tǒng)，利用配合間隙排氣或者在分型面上開設(shè)排氣槽，就能 減少甚至 消除氣孔。 圖 312 氣孔 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)論文 第 23 頁 共 47 頁 第四章 結(jié)論 本論文簡(jiǎn)述了應(yīng)用 Pro/E軟件中的 Moldesign模塊進(jìn)行模具成型零部件的設(shè)計(jì)，通過這種方法的應(yīng)用，使傳統(tǒng)的模具二維設(shè)計(jì)向三維實(shí)體模型的模具設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，加快了設(shè)計(jì)進(jìn)程，縮短了設(shè)計(jì)周期。在制造的過程中，利用設(shè)計(jì)結(jié)果，再應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助制造（ CAM）， 不僅能縮短制造周期，而且提高了模具制造的成功率。 利用 Pro/E 軟件中的塑料顧問模塊，對(duì)注塑產(chǎn)品進(jìn)行注射成型工藝分析，可以合理確定模具的澆口位置；通過選擇塑件材料及成型初始參數(shù)，系統(tǒng)可以提供合理的成型參數(shù)集合；可以模擬塑料流動(dòng)充模，判斷填充狀況是否良好；計(jì)算塑件各部分的表面溫度、注射壓力及完全冷卻時(shí)間，預(yù)測(cè)由于冷卻速度不同而產(chǎn)生缺陷 (收縮、熔接痕和氣泡 )的位置和多少等。利用塑料顧問提供的這些分析、計(jì)算和動(dòng)態(tài)模擬功能對(duì)成型塑件進(jìn)行分析，能夠把制造中將會(huì)產(chǎn)生的問題在設(shè)計(jì)階段就得到有效解決，為模具設(shè)計(jì)及成型工藝提 供合理的參考 ,最終縮短塑料模具設(shè)計(jì)制造的周期，提高塑料產(chǎn)品的質(zhì)量，降低成本。 但是，本文所進(jìn)行的論述，只是模具設(shè)計(jì)前期的一部分，并不是完整的模具設(shè)計(jì)，也只有前期做好充分的準(zhǔn)備工作，才能更好的進(jìn)行完整的設(shè)計(jì)。 另外，由于塑料顧問并不是非常專業(yè)的成型分析軟件，對(duì)于成型工藝過程及成型參數(shù)并沒有完全包含，所以運(yùn)用塑料顧問進(jìn)行分析的結(jié)果，只能作為大致的參考，若想得到完美的工藝參數(shù)，還是需要在實(shí)際的生產(chǎn)過程中做大量實(shí)驗(yàn)。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)論文 第 24 頁 共 47 頁 參考文獻(xiàn) [1]葛正浩 .Pro/Engineer Wildfire 塑料模具設(shè)計(jì)入門與實(shí) 踐 .北京 ： 化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021. 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