【正文】 logy largely breaks through the limitation of traditional method. The issue analyzes the injection molding process of the car door parts by the injection molding CAE technology，and can effectively predict the problems arising in the molding process through the process of injection molding of plastic parts. The mold design can be provided scientific basis and the development efficiency of the plastic parts can be improved.Firstly, the article determines the possible ingate location programs together the theoretically best ingate location with structural characteristics of plastic parts, makes feasibility analysis between various programs and paring the feasible programs, and determines the actual optimum ingate location。 the optimum program will be improved to determine the best cooling system. Finally, we can make out a series of parameters according to the scope of the process parameters of plastic and carry out the analysis of optimal injection 安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文IVmolding process parameters to determine the optimal injection molding process parameters。到 2022 年模具工業(yè)總產(chǎn)值約 360 億元人民幣，其中塑料模具占 30%左右 [1]。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。例如紅旗轎車中塑料用量約為，桑塔納約為 ，奧迪約為 [3]。外裝飾件指保險(xiǎn)杠、車外板件、汽車擋泥板、燈殼、后蓋板、外門板和后導(dǎo)流板等。功能結(jié)構(gòu)零件主要指發(fā)動(dòng)機(jī)部件及其罩下燃油進(jìn)氣系統(tǒng)和電器系統(tǒng)，如燃料箱、發(fā)動(dòng)機(jī)部件等。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]。氣輔注射成型模具技術(shù)和熱流道模具技術(shù)方面的有些成果已達(dá)到國(guó)際水平；注塑 CAE 技術(shù)在很多大型企業(yè)已經(jīng)得到使用，企業(yè)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益明顯提高；市場(chǎng)需求的旺盛使越來越多的企業(yè)家投資轎車塑料模具行業(yè)。轎車塑料模具行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化水平低；精密、復(fù)雜的模具設(shè)計(jì)水平不高；塑料件材料主要依賴進(jìn)口。安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文2 課題目的意義圖 11 為選用的零件，屬于轎車內(nèi)飾門板的一部分。這個(gè)零件在注塑成型時(shí)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。一般通過增加料量、使用恰當(dāng)?shù)睦鋮s方案、開設(shè)恰當(dāng)?shù)臐部谖恢?、增加注射壓力和保壓壓力等方法來解決塑料存在的問題 [12]。在試模時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)門板內(nèi)飾件缺少特征、產(chǎn)生縮痕與凹陷、開裂、產(chǎn)生氣泡等問題，就需要重新設(shè)置注塑工藝參數(shù)，甚至還需要修改門板內(nèi)飾件模型和重新設(shè)計(jì)模具 [13]。如果采用這種傳統(tǒng)方法生產(chǎn)出沒有缺陷的優(yōu)質(zhì)門板內(nèi)飾件勢(shì)必增加生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品開發(fā)周期。本課題采用注塑 CAE 技術(shù)來優(yōu)化設(shè)計(jì)門板內(nèi)飾件的某個(gè)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(cè)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)。a b安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文3 注塑 CAE 技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)塑料模具在制造業(yè)中有著舉足輕重的地位。隨著數(shù)學(xué)、力學(xué)、有限元學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)的發(fā)展，注塑 CAE 技術(shù)逐漸發(fā)展起來。其中 Dusinberre 計(jì)算出了塑料熔體一維非穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算模型，隨后 Hieher 將一維流動(dòng)推廣到非牛頓流體的非等溫流動(dòng)進(jìn)而得到了熔體在模具型腔中的二維流動(dòng)數(shù)學(xué)模型，該模型采用有限元差分法求解 [16]。 80 年代后期，研究人員采用了流動(dòng)路徑法實(shí)現(xiàn)了對(duì)塑料熔體在型腔中充填過程的三維流動(dòng)分析，并用有限元法和有限差分混合法對(duì)模具型腔內(nèi)的溫度、壓力和速度進(jìn)行了求解，實(shí)現(xiàn)了用體積控制法來確定熔體流動(dòng)前沿位置 [18]。目前注塑成型 CAE 技術(shù)在國(guó)外已得到了普遍應(yīng)用，國(guó)內(nèi)開展塑料成型數(shù)值模擬研究起步較晚，對(duì)于注塑成型 CAE 的應(yīng)用主要是依賴國(guó)外的 CAE 系統(tǒng)和設(shè)備，自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)很少。華中理工大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)了國(guó)內(nèi)第一個(gè)注塑CAD/CAE/CAM 集成系統(tǒng) [21]。目前國(guó)際上知名的 CAE 軟件有：美國(guó) Advanced CAE Technology 公司最新推出的注塑模 CAE 系統(tǒng) ；澳大利亞Moldflow 公司的注塑模 CAE 軟件 MF；美國(guó)和意大利 Pamp。以上 CAE 軟件在實(shí)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(jì)效益。安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文4 課題研究?jī)?nèi)容和研究方案 課題研究?jī)?nèi)容課題以小型轎車內(nèi)飾門板部件為研究對(duì)象，先用有限元軟件對(duì)其進(jìn)行模擬仿真分析，然后根據(jù)分析的結(jié)果設(shè)計(jì)出模具。(1) 將模型從 UG 軟件導(dǎo)入 Moldflow 軟件中，并建立有限元模型；(2) 通過流動(dòng)分析確定最佳澆口位置方案，以分析結(jié)果為依據(jù)設(shè)計(jì)出澆注系統(tǒng)；(3) 通過冷卻分析確定最佳冷卻方案；(4) 通過 Moldflow 軟件的 DOE 模塊和流動(dòng)分析模塊對(duì)注塑工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇；(5) 運(yùn)用 UG 軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)； 課題的技術(shù)路線如圖 31 所示。螺桿式注塑機(jī)成型應(yīng)用很廣，本文將以螺桿式注塑機(jī)成型來介紹注塑成型原理，如圖 21 所示。當(dāng)料筒前端積聚的熔料對(duì)螺桿產(chǎn)生一定的壓力時(shí)，螺桿就在轉(zhuǎn)動(dòng)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(chǔ)料（即料筒前部熔融塑料的儲(chǔ)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(shí)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(jī)構(gòu)作用下，將注射成型的塑料制件推出型腔 [26]。成型前準(zhǔn)備主要包括對(duì)原料加工；注塑過程主要包括加料、塑化、注射、冷卻和脫模等；塑件后處理主要包括退火處理和調(diào)濕處理 [27]。塑化指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達(dá)到良好流動(dòng)狀態(tài)的過程。塑料熔體在注塑壓力下由噴嘴射入，流經(jīng)主流道、澆口進(jìn)入模腔，完成充填。充填完成后，塑件冷卻收縮必然導(dǎo)致填充不足，所以此時(shí)的熔體仍需保持高壓狀態(tài)以補(bǔ)充塑料熔體。冷卻階段自熔體進(jìn)入模具型腔起就開始，填充階段完成后冷卻速度加快，當(dāng)達(dá)到產(chǎn)品的頂出溫度時(shí)，利用頂出裝置將產(chǎn)品從模具中取出。脫模方式主要有頂桿脫模和脫料板脫模。選用頂桿脫模時(shí)，頂桿設(shè)置應(yīng)盡量均勻，頂桿位置應(yīng)選在脫模阻力最大以及塑件強(qiáng)度和剛度最大的地方，以免塑件變形損壞。 注塑成型常見缺陷及解決方法 [28]注塑成型時(shí)因?yàn)楦鞣N各樣原因注塑的塑件會(huì)產(chǎn)生很多缺陷，這里對(duì)幾種常見的缺陷進(jìn)行產(chǎn)生原因和解決方法分析。短射一般發(fā)生在制品的薄壁區(qū)域和遠(yuǎn)離澆口的區(qū)域。針對(duì)產(chǎn)生充填不足的原因，應(yīng)從以下幾個(gè)方面采取解決措施：(1)設(shè)備方面如果填充不足是由于注塑機(jī)料斗中的熔料過少導(dǎo)致的，則應(yīng)選用容量更大的注塑機(jī)；若是由于料斗或噴嘴部分被堵塞導(dǎo)致填充不足則應(yīng)將其清理干凈。工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)也會(huì)因引起充填不足，當(dāng)出現(xiàn)充填不足時(shí)應(yīng)通過調(diào)整注塑壓力、注塑時(shí)間、保壓壓力、保壓時(shí)間、熔體溫度和模具溫度來解決。氣穴指模腔內(nèi)氣體所在的區(qū)域。(2) 干燥程度較低的材料存在水分，水分會(huì)在材料中形成氣體，這些氣體在塑件成型后會(huì)產(chǎn)生氣穴。安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文7(4) 結(jié)晶型塑料在塑料成型時(shí)收縮大，容易產(chǎn)生縮孔和氣穴。針對(duì)這些產(chǎn)生氣穴的原因，其解決的措施有以下幾個(gè)方面：(1) 對(duì)于模具排氣不暢產(chǎn)生的氣穴，要在氣體聚集處開設(shè)排氣槽。兩股或多股料流前鋒溫度低的熔體交匯時(shí)常常形成熔接痕。改善熔接痕可采取以下幾項(xiàng)措施：(1) 采用熱流道進(jìn)行澆注。(3) 調(diào)整澆口位置。(1) 殘余應(yīng)力產(chǎn)生的龜裂殘余應(yīng)力主要由充填過剩等原因引起，可從以下幾方面降低殘余應(yīng)力：　　 ① 采用多點(diǎn)分布澆口的方式增大應(yīng)力釋放。 　　 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。(2) 外部應(yīng)力產(chǎn)生的龜裂外部應(yīng)力主要由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理引起如尖角。翹曲變形指塑件冷卻固化開模后與模具型腔形狀不一致。降低塑件翹曲變形量應(yīng)從增大澆口尺寸、降低熔體和模具表面溫度、提高注射速度和增加保壓時(shí)間等方面考慮。溢邊產(chǎn)生的原因主要有：(1) 設(shè)備方面：注塑機(jī)的鎖模力不夠。(3) 工藝參數(shù)方面：注塑壓力過大、保壓壓力過大?！? (2) 降低樹脂溫度，選用高粘度等級(jí)的材料?！? (4) 提高鎖模力。(1) 機(jī)械原因：過熱的料筒會(huì)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。(3) 成型條件的原因：過高的螺桿轉(zhuǎn)速會(huì)使熔料局部溫度過高從而導(dǎo)致熔料熱分解產(chǎn)生燒傷，此時(shí)應(yīng)合理控制螺桿的轉(zhuǎn)速。其作用體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：(1) 優(yōu)化塑料件結(jié)構(gòu) Moldflow 軟件可以優(yōu)化塑料件結(jié)構(gòu)，如通過充填、冷卻等分析可以判斷塑料件的結(jié)構(gòu)是否合理、壁厚是否合適以及制品材料的選用是否合理。(3) 優(yōu)化注塑工藝參數(shù)Moldflow 軟件可以幫助注塑工藝人員快速、科學(xué)地確定最佳注射壓力、保壓壓力、鎖模力、模具表面溫度、熔體溫度、注射時(shí)間、保壓時(shí)間等。論文應(yīng)用 MPI 模塊進(jìn)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(gè)連續(xù)體離散化為有限個(gè)單元體，從而得到真實(shí)結(jié)構(gòu)的近似模型,并在這個(gè)離散化的模型上進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。Moldflow 軟件有建模功能，但建模功能不強(qiáng)，可以通過其它建模軟件將模型導(dǎo)入其中。(2) 流動(dòng)分析 (Flow)流動(dòng)分析模塊可以模擬塑料熔體在模具中的流動(dòng)情況，優(yōu)化模腔的布局以及填充和保壓的工藝參數(shù)，為注塑生產(chǎn)提供合理的工藝參數(shù)。(4) 翹曲分析 (Warp)翹曲分析模塊可以分析整個(gè)塑件的翹曲變形情況，同時(shí)分離出產(chǎn)生翹曲的主要原因，包括冷卻不均、收縮不均和分子取向不同等產(chǎn)生的翹曲變形量。 聚合物流動(dòng)性質(zhì) [30]流體分為牛頓流體和非牛頓流體。牛頓流體流變方程式：τ=ηγ (21)式中 τ 為切應(yīng)力，單位 Pa；η 為比例常數(shù)（粘度） ，也稱牛頓粘度，η 的大小反映了牛頓流體抵抗外力引起流動(dòng)變形的能力，單位 ；γ 為單位時(shí)間內(nèi)流體產(chǎn)生的切應(yīng)變，一般稱為剪切速率，單位 s1。聚合物流體流動(dòng)時(shí)，切應(yīng)力和剪切速率不成正比，熔體粘度也不是常數(shù)，所以聚合物流體不服從牛頓流體規(guī)律，這類流體稱為非牛頓流體。非牛頓流體流動(dòng)過程是非等溫、非穩(wěn)態(tài)的，因此基于粘性流體力學(xué)的基本方程在原則上能夠求解，但由于其實(shí)際充填過程的復(fù)雜性，必須在不同階段引入合理而必要的假設(shè)與簡(jiǎn)化，并結(jié)合特定的邊界條件，才能用數(shù)值的方法進(jìn)行求解。 聚合物流動(dòng)基本方程 [31]聚合物流動(dòng)的基本方程有連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程。uvw(2) 運(yùn)動(dòng)方程： (23)xPzyxpFzuyvxutp x?????????????? ??(24) ywt y (25)zyxpzyvxutp zzz ?????????????? ??F、τ，P 分別為體力、偏應(yīng)力張量、壓力。(l) 由于型腔厚度遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向的尺寸且熔體粘性較大，可忽略厚度方向的速度分量(w=0)，同時(shí)壓力沿厚度方向不變。(3) 熔體粘度大，相對(duì)于粘性剪切力而言，慣性力和質(zhì)量力忽略。(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)。根據(jù)假設(shè)和簡(jiǎn)化，可以由前面的基本方程推出如下方程組： (27) 0???????????yvbxu (28) ??????zp?安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文11 (29)