【正文】 的模擬分析，必將達(dá)到提高注塑生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，減少盲目調(diào)機(jī)，降低不良率，控制料耗，減少機(jī)位人手，降低成本，增強(qiáng)競爭力的目的。保守估計，目前僅汽車行業(yè)就需要各種塑料制品200萬噸，電冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過2000萬臺，彩電的年產(chǎn)量己超過5000萬臺，到2010年，在建材行業(yè)，塑料門窗的普及率為30%，塑料管的普及率將達(dá)到50%。塑料的加工方法很多，主要包括擠出、注塑、壓塑和吹塑成型等，其中注塑成型技術(shù)在塑料制品生產(chǎn)中的應(yīng)用最為廣泛，注塑制品約占塑料制品總量的30%左右，尤其是塑料作為工程結(jié)構(gòu)材料的出現(xiàn)，注塑制品的用途已經(jīng)擴(kuò)大到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，并有逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬和非金屬材料的制品的趨勢。 注塑成型技術(shù)的現(xiàn)狀不同的工藝方案對注塑產(chǎn)品質(zhì)量有明顯影響。目前我國廣泛采用經(jīng)驗加試模定工藝的方法，缺乏量化指標(biāo)指導(dǎo),經(jīng)常會出現(xiàn)廢品率高和質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷，不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)對制品高質(zhì)量和高效率的要求。日本使用普及率達(dá)75%以上，美國和德國在60%以上，而我國則不足10%。近幾年在汽車、家電、電子通訊、化工和日用品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。Moldflow中的模擬分析工具主要有MPI/Flow模塊、MPI/Cool模塊、MPI/Warp模塊、MPI/Stress模塊、MPI/Shrink模塊、MPI/Optim模塊、MPI/Gas模塊、MPI/Fiber模塊和MPI/Reactive Molding模塊。 本論文研究目的及意義在本例中，使用模流分析軟件MoldFlow對一實例產(chǎn)品進(jìn)行模擬分析，對產(chǎn)品進(jìn)行完一系列的前期設(shè)計后，設(shè)置注射工藝參數(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行流動、冷卻、翹曲分析，得出結(jié)果，然后分析得到的結(jié)果，如果結(jié)果滿意，則可以嘗試著調(diào)整工藝參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，如果結(jié)果不合理，則必須重新調(diào)整注塑工藝參數(shù)，直至結(jié)果合理。這篇論文的最主要目的就是解決實際生產(chǎn)問題。它可以科學(xué)合理的確定注塑成型工藝參數(shù)，減少實際生產(chǎn)中通過反復(fù)試驗來確定合理的注塑參數(shù)的次數(shù)，降低產(chǎn)品的成型周期，節(jié)約成本，使我國的注塑成型工業(yè)有飛速的發(fā)展。注射成型過程中，非牛頓塑料熔體在模腔中做非等溫瞬態(tài)流動，熔體一方面因與低溫模具接觸而快速冷卻，另一方面因高速剪切作用又產(chǎn)生熱量，整個成型過程熔體同時承受著來自注射機(jī)的高壓壓力和模具的高速剪切，并伴隨著熔體固化、體積收縮、分子取向和可能的結(jié)晶過程，成型過程相當(dāng)復(fù)雜。一般常用的模擬模型有冪率模型、5參數(shù)的Cross_WLF模型和7參數(shù)的Cross_WLF模型。同時這兩種模型都是壓力敏感模型,都考慮了壓力對粘度的影響。7參數(shù)的Cross_WLF模型適應(yīng)的溫度范圍更廣，能更準(zhǔn)確地描述伴有冷卻效應(yīng)的熔體流動，特別是當(dāng)溫度接近玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，能更好地擬合粘度的迅速增加。該模型的表達(dá)式為： η（T，γP）=η0(T，P) ／{1+[(η0γ/τ*)1n]}] (21) η0(T，P)=D1exp[A1(TT) / {A2+(T T )}] (22)A2=A 2+D3P (23)T =D2+D3P (24)這是一個由7個參數(shù)(n、τ*、DDDAA2)構(gòu)成的粘度模型。雖然Cross模型已經(jīng)被一些著名的CAE分析軟件所使用，但是無論那一種粘度模型，都不能完全準(zhǔn)確地描述熔體的流變行為。如薄殼成型技術(shù)模擬過程中要考慮壓力對粘度的影響，甚至要求模型能夠預(yù)測成型過程中的材料降解(材料降解影響粘度)，考慮表面張力和模具表面粗糙度對成型過程的影響。目前，美國GE公司正在研究一個薄殼成型所特有的粘度模型，以進(jìn)一步提高模擬精度。(2)在熔體流動方向(x，y方向)上，相對于熱對流項而言，熱傳導(dǎo)項很小，可忽略不計。(4)忽略正應(yīng)力，僅考慮剪切應(yīng)力。(6)在充模過程中，熔體溫度變化范圍不大，可以認(rèn)為熔體的比熱容及導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)。(8)忽略熔體前沿附近噴泉式流動的影響。對于厚度方向尺寸遠(yuǎn)小于其他方向尺寸的薄壁塑件,可以使用基于非穩(wěn)態(tài)、非等溫條件下的Hele2Shaw流動模型，建立描述該過程的連續(xù)性方程、運動方程和能量方程。運用有限元/有限差分混合數(shù)值方法得到塑件在不同時間段壓力場、溫度場等的變化情況,從而模擬出實際生產(chǎn)情況。連續(xù)性方程： (25)X方向上的動量方程： (26)y 方向上的動量方程: (27)能量守恒方程： (28) (29)式中, b 為型腔半厚，u、v 分別是 x 、y 方向的平均速度；ρ、Cp、k、t 分別為密度、比熱容、熱導(dǎo)率、時間,P、T 分別為熔體的壓力和溫度；η、V分別表示黏度和剪切速率。對冷卻階段型腔壓力和溫度變化的研究是獲得最佳成型加工參數(shù)和優(yōu)質(zhì)制品的重要途徑，同時也為模具的設(shè)計提供重要的技術(shù)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。基于這兩方面的原因，采用了Tait狀態(tài)方程，并作如下假定:(1)冷卻過程為沿厚度方向的一維非穩(wěn)態(tài)傳熱，且導(dǎo)溫系數(shù)為常數(shù)。(3)模腔不發(fā)生變形，其體積恒定不變，且物料緊貼模壁。(5)模腔內(nèi)制品不出現(xiàn)縮孔、氣孔等缺陷。模腔內(nèi)物料的壓力一比容一溫度(P一V一T)關(guān)系的Tait狀態(tài)方程為:V（T,P）=V0(T)[1C㏑(1+P/A(T))] (211)V0(T)=Vγ+α1(TTγ) (212)A(T)= α2exp(α3,T) (213)式中，C為常數(shù)，Vγ為物料的玻璃化溫度。M為制品質(zhì)量(Kg)。但保壓壓力造成產(chǎn)品不均勻收縮,而導(dǎo)致產(chǎn)品的翹曲變形。在較高的保壓力下,可使制件得到較大的密度,使收縮率減小 ,表面質(zhì)量提高。但保壓壓力過高,使制件殘余應(yīng)力增加,變形增大。如今的手機(jī)變的越來越小，外觀越來越美觀。用戶一般不希望看到手機(jī)掉在地上就摔壞了。聚合物熔體在注塑過程中很難充滿薄壁塑件模具的型腔中，所以塑件薄的部分在注塑中很難成型，由此而導(dǎo)致的問題就是在塑件薄壁部分會產(chǎn)生翹曲。最好的解決這種問題的方法就是選擇合適的塑料材料和正確的注塑參數(shù)。綜合考慮，本例使用大賽璐化學(xué)工業(yè)有限公司生產(chǎn)的牌號為Novalloy S 1100的ABS/PC材料作為注塑材料。 所選材料的流變學(xué)性質(zhì)熔體的流變數(shù)據(jù)是用日本島津公司的CFT500D型毛細(xì)管流變儀測定的，毛細(xì)管流變儀的工作原理如圖31所示。因此也是本次實驗數(shù)據(jù)分析中所采用的主要運算工具。使用Pro/E 。外形見圖33。在本文的分析中，對手機(jī)外殼的劃分采用表面網(wǎng)格，表面網(wǎng)模型是由三角形單元組成的，與中面不同，中面網(wǎng)格創(chuàng)建在模型壁厚的中間處，而表面網(wǎng)格創(chuàng)建在模型的上下表面，對于一般的薄壁塑件，都采用表面網(wǎng)格進(jìn)行劃分。 網(wǎng)格的狀態(tài)統(tǒng)計本例網(wǎng)格邊長為5mm。通過調(diào)整和診斷后得到網(wǎng)格的狀態(tài)，見表1。模具表面溫度，根據(jù)選擇的材料（PC/ABS）的特性選擇值為75℃。熔料溫度，根據(jù)選擇的材料的特性，選擇溫度為265℃。4，速度/壓力切換。本例采用“充填體積%”來設(shè)置速度/壓力切換點，當(dāng)充填體積達(dá)到99%的時候進(jìn)行速度與壓力的切換。保壓及冷卻過程中的壓力控制。液壓壓力與時間、最大機(jī)器壓力百分比、充填壓力百分比與時間。6，開模時間。本文設(shè)置開模時間為5s。冷卻分析使用這個值來定義模具跟塑料接觸的時間。 分析類型設(shè)置Moldflow的研發(fā)小組發(fā)現(xiàn)翹曲分析時，初始條件中假設(shè)料流溫度是均勻的所得到的翹曲分析結(jié)果比假設(shè)模具溫度是均勻的所得到的翹曲分析結(jié)果更準(zhǔn)確。冷卻分析：用來分析模具內(nèi)的熱傳遞，主要包含塑件和模具的溫度、冷卻時間等。流動分析：用于預(yù)測熱塑性高聚物在模具內(nèi)的流動。目的是獲得最佳保壓階段設(shè)置。 澆口位置澆口是注塑成型模具的澆注系統(tǒng)中連接流道和型腔的熔體通道。利用Moldflow/MPI分析軟件，可以給用戶提供最佳澆口位置的參考。圖34 最佳澆口位置根據(jù)MoldFlow的分析結(jié)果，在本例中設(shè)計了三種初始澆口方案，每種方案除了澆口位置不一樣外，其余的工藝參數(shù)都一樣。圖35 方案一充填結(jié)果方案二，采用對稱的雙澆口，其澆口位置和充填結(jié)果如圖36所示。圖37 方案三充填結(jié)果一般情況下，實際生產(chǎn)中的澆口位置設(shè)置在軟件提示的最優(yōu)區(qū)域內(nèi)，但是聚合物熔體在薄壁模腔中的流動非常困難，當(dāng)璧非常薄的時候，這種情況更加明顯，這就需要更高的注射壓力，但是壓力太大，注塑機(jī)或許達(dá)不到要求，并且壓力越大，成本越高。因此方案三是合理的，在方案三成型工藝參數(shù)下，得到的結(jié)果也可以接受，這在下文分析中會涉及到。流道設(shè)計見圖38。劃分完成后對網(wǎng)格狀態(tài)進(jìn)行下統(tǒng)計，無誤后即可。2，冷卻系統(tǒng)對產(chǎn)品的冷卻要迅速。本例采用手工創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)。管道之間的銜接適用軟管。圖39 冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)網(wǎng)格劃分對于設(shè)計的冷卻管，必須要進(jìn)行網(wǎng)格劃分才能進(jìn)行之后的計算與分析，設(shè)定單元網(wǎng)格邊長為15，對于設(shè)計的冷卻管進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 設(shè)定冷卻液入口一般系統(tǒng)分析的冷卻液入口都在制品的邊緣，本例中為了達(dá)到最佳的冷卻效果，冷卻液的入口設(shè)置在制品的中部，接近聚合物熔體先填充的區(qū)域，冷卻液入口如圖310所示。制品的許多缺陷,如氣穴、熔接痕、短射乃至制品的變形、冷卻時間等,都與樹脂在模具中的流動方式有關(guān)。 充填時間充填時間為聚合物熔體從進(jìn)入模具到充填滿模具的時間。充填時間是一項非常重要的結(jié)果。此結(jié)果可以通過兩個方面進(jìn)行解釋:第一,由于注射時間的延長，相同注射量的熔體在模腔中流動的時間變長，熔體通過模腔壁損失的熱量變多，熔體的表觀粘度加大，故流動長度變小。第二,由于注射時間變長，注射速度減小，熔體各層之間的剪切速率減小，導(dǎo)致粘度加大，最終使得流動長度減小。 過程壓力、鎖模力隨時間的變化這里的壓力指的是進(jìn)料口處的壓力。分析得到的最大注塑壓力和最大鎖模力為我們選擇注塑機(jī)提供了參考。表2 注射過程充填階段時間 體積 壓力 鎖模力 流動速率 狀態(tài) (s) (%) (MPa) (tonne) (cm^3/s) V V V V