【正文】 ....................................................................43 謝 辭 ................................................................................................................................... 445 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................45 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 1 頁共 46 頁 引言 模具 行 業(yè)是機(jī)械制造的主要產(chǎn)業(yè)之一，也是國家鼓勵外商投資的一大產(chǎn)業(yè)。 受益全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和國內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國塑料行業(yè)持續(xù)增長 ，注塑模具工藝空前發(fā)展 ，依靠人工經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)模具已經(jīng)不能滿足需要，企業(yè)越來越多地利用注塑模流分析技術(shù)來輔助塑料模具設(shè)計(jì)。利用 CAE技術(shù) ，設(shè)計(jì)人員可以仿真出塑料成型過程中的充填、保壓、冷卻及脫模后的翹曲變形等過程，準(zhǔn)確預(yù)測塑料熔膠在模腔內(nèi)的流動狀況，溫度、壓力、剪切應(yīng)力、體積收縮等變量在整個充填工程中某瞬間的分布情況。 因此在 注塑 模中 CAE技術(shù)的應(yīng)用將是我們進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的 發(fā)展趨勢 。進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，模具基本上全部采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)用戶的設(shè)備條件和成型工藝，協(xié)商討論確定模具方案。由于采用 CAE 技術(shù)大大減少了制造過程中模具的修整和 試模的工作量。數(shù)控程序編制好后，可先在計(jì)算機(jī)上模擬加工過程，以檢驗(yàn)數(shù)控程序的正確性。 因此模具企業(yè)應(yīng)大力普及、廣泛應(yīng)用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，逐步走向模具軟件功能集成化，模具設(shè)計(jì)分析制造的三維化，模具軟件應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化，同時(shí)還應(yīng)強(qiáng)調(diào)信息的集成，強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管 理的集 成。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。在大型模具方面已能生產(chǎn) 48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、 機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。還能生產(chǎn)厚度僅為 和難度較高的塑料門窗擠出模等等。 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新方面也取得較大進(jìn)展。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù)。但總體上熱流道的采用率達(dá)不到 10%，與國外的 50%～ 80%相比，差距較大。這些系統(tǒng)和軟件的引進(jìn)，雖花費(fèi)了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAM的集成，并能支持 CAE技術(shù)對成型 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 3 頁共 46 頁 過程，如充模和冷卻等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動了我國模具 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。 近年來，國內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如： P20， 3Gr2Mo、 PMS、 SMⅠ、 SMⅡ等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大影響，但總體使用量仍較少。 但目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度的商品化程度一般在 30%以下，和國外先進(jìn)工業(yè)國家已達(dá)到 70%～ 80%相比，仍有差距。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多腔所致。 CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具 CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可 以接受的程度，為其進(jìn)一步普及創(chuàng)造良好的條件；基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型 CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實(shí)際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題； CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的 3D設(shè)計(jì)與成型過程的 3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且常用于較復(fù)雜的大型制品，模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。 （ 4） 開發(fā)新的成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。 （ 5） 提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)，提高商品化程度、提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本；再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格品種。 （ 7） 研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉價(jià)的檢測設(shè)備是實(shí)現(xiàn)逆向工程的必要前提。它是熱塑性塑料制品成型的一種重要方法。起加工的制品在塑料制品總量中約占 20%30%。 注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機(jī)的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機(jī)的螺桿或活塞的推動下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型 。然后開模，由頂出桿頂出制品，完成一個注射成型周期。 注射成型工藝過程 注射成型工藝過程包括注射前的準(zhǔn)備、注射過程和制品的后處理三個主要階段，各個階段又可分為多個小階段，如圖 11 所示 [3]。原料的預(yù)處理包括原料的檢驗(yàn)、著色和預(yù)熱干燥等過程。注射成型前對嵌件進(jìn)行預(yù)熱可以避免嵌件周圍塑料層強(qiáng)度下降而出現(xiàn)裂紋缺陷，不過對于小嵌件在模內(nèi)易被塑料熔體加熱，所以可不預(yù)熱。 其次是注射過程階段，完整的注射過程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模等幾個步驟。塑化之后熔體內(nèi)的組分、密度、粘度和溫度分布都比較均勻，這樣才能保證塑料熔體在 下一注射充型過程中具有良好的流動性。如圖 12 所示是注射成型周期內(nèi)用壓力傳感器測得的壓力隨時(shí)間變化的曲線圖。圖中 CD 時(shí)間段是保壓階段，在這一階段中熔體仍處于螺桿所提供的注射壓力 之下，熔體會繼續(xù)流入型腔內(nèi)以彌補(bǔ)熔體因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。 O t A t B t C t D t E t Ft AFF 1EE 1t ADP 1P 2P CP C1C 1CBP Bt AP B1B 1P DP E3412時(shí)間 t壓力 P圖 1 2 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁共 46 頁 最后是制件的后處理階段，塑件成型過程中，由于塑化不均勻，或由于塑料在型腔中的結(jié)晶、定向以及冷卻不均勻而造成塑件各部分收縮不一致，或因其他原因使塑件不可避免地存在一些內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致在使用過程中變形或開裂，因此應(yīng)該設(shè)法消除掉。 注塑模的概述 注塑模的結(jié)構(gòu)組成 注塑模是指注塑成型所有的模具。本文主要介紹的是典型的單分型面注塑模結(jié)構(gòu)，如圖 13 所示 [6]。定模機(jī)構(gòu)是安裝在注射機(jī)的固定模板上的部分型腔。澆口套入口與注射機(jī)的噴嘴相聯(lián)，引入熔融塑料。動模機(jī)構(gòu)是安裝在注射機(jī)的動模板上的部分型腔。 （ 3） 澆注系統(tǒng)。通常由主流道、冷料穴、分流道和澆口等組成。導(dǎo)向裝置是用以保證動模和定模閉合時(shí)位置準(zhǔn)確。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁共 46 頁 （ 5） 頂出機(jī)構(gòu)。常見有頂桿式、頂管式和推板式等。當(dāng)制品上帶有側(cè)孔或側(cè)凹結(jié)構(gòu)時(shí)，在頂出機(jī)構(gòu)工作前，先要將作側(cè)向運(yùn)動的型芯從制品中抽出，該側(cè)向運(yùn)動是由抽芯機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。 （ 7） 冷卻和加熱裝置。一般凹模、型芯中通冷卻水、熱水、熱蒸汽等。排氣系統(tǒng)是為了把型腔內(nèi)原有的空氣以及塑料受熱過程中產(chǎn)生的氣體排出，而在模具分型面（凹模、型芯相配合的接觸面又稱合模面）處開設(shè)排氣槽。 注塑模 CAE 技術(shù)的發(fā)展和在注塑模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 注塑模 CAE技術(shù)的發(fā)展 80 年代注塑模 CAE 技術(shù)開始從理論研究進(jìn)入實(shí)用化階段，開展了三維流動與冷卻分析并把研究擴(kuò)展到保壓、纖維分子取向以及翹曲預(yù)測等領(lǐng)域。 CAE 技術(shù)的出現(xiàn)，為注塑模設(shè)計(jì)提供了可靠的保證。 利用注射模 CAE 技術(shù)可在模具制造之前 , 在計(jì)算機(jī)上對模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和模擬來代替實(shí)際的試模 , 預(yù)測設(shè)計(jì)中潛在的缺陷 , 突破了傳統(tǒng)的在注塑機(jī)上反復(fù)試模、修模的束縛，為設(shè)計(jì)人員修改設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁共 46 頁 注塑模 CAE 技術(shù)是根據(jù)塑料加工流變學(xué)和傳熱學(xué)的基本理論，建立熔體在模具型腔中的流動、傳熱的物理、數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值計(jì)算理論構(gòu)造其求解方法，利用計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)形象、直觀地模擬出實(shí)際成型中熔體的動態(tài)填充、冷卻過程的一門分析技術(shù)。 注塑模 CAE技術(shù)在注塑模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 注塑模 CAE 技術(shù)借助于有限元法、有限差分法和邊界元等數(shù)值計(jì)算方法，分析型腔中塑料的流動、 保壓和冷卻過程，計(jì)算制品和模具的應(yīng)力分布，預(yù)測制品的翹曲變形，由此 分析工藝條件、材料參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)對制品質(zhì)量的影響，達(dá)到優(yōu)化制品 、 模具結(jié)構(gòu)、優(yōu)選成型工藝參數(shù)的目的，如通過對澆注系統(tǒng)的平衡、 澆口的數(shù)量和位置、澆口的大小、熔接痕位置的預(yù)測，根據(jù)型腔各部分 溫度變化差異，測定注塑時(shí)的注塑壓力以及塑料在充填型腔時(shí)的壓力損失、熔料的溫度變化、注塑變化、剪切應(yīng)力、剪切速率等系列參 數(shù)。Moldflow 軟件在注塑模設(shè)計(jì)中的作用主要體現(xiàn)在以下三個方面，首先可以優(yōu)化塑料制品，得到制品的實(shí)際最小壁厚，從而優(yōu)化制品結(jié)構(gòu)，降低材料成本，縮短生產(chǎn)周期，保證制品能全部充滿。本課題 采用 Moldflow 軟件對外殼制件進(jìn)行流動模擬分析，預(yù)測存在氣泡的位置、熔接線位置以及鎖模力的大小，分析出澆口的最佳位置。 （ 1） 制件 3D 模型的創(chuàng)建 ： 模型繪制采用 UGS 公司的產(chǎn)品 ,最終繪制出來的 3D 結(jié)構(gòu) 圖 如圖 21 所示 : 圖 21 塑件 3D 圖 本模型 2D 圖由 UG3D 圖轉(zhuǎn)換而來 ,并在軟件 AutoCAD 2020 上進(jìn)行整理繪制出來的 ，2D 圖如圖 22 所示 ： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁共 46 頁 圖 22 塑件 2D 圖 塑件成型材料 的確定 及其收縮率的確定 1 塑料選擇 ABS （ 1） ABS 的注塑工藝參數(shù) 如表 21 所示 ： 表 21 ABS 的注塑工藝參數(shù) 注塑機(jī)類型： 螺桿式 保壓力 50~70MPa 噴嘴形式 直通式 注射時(shí)間 3~5s 螺桿轉(zhuǎn)速（ r/min） 30~60 保壓時(shí)間 15~30s 噴嘴溫度 180~190? C 模具溫度 50~70? C 成型溫度 ? C 料筒：前 150~170 中 165~180 后 180~200 1冷卻時(shí)間 15~30s 注射壓力 60~100 MPa 1成型周期 40 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁共 46 頁 流道和澆口：對于冷流道，典型 的流道直徑范圍是 4~7mm。所有類型的澆口都可以使用。 對于邊緣澆口，最小的澆口深度應(yīng)為壁厚的一半；最小的澆口 寬度應(yīng)至少為壁厚的兩倍。 （ 2） 化學(xué)和物理特性 ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。丙烯腈使 ABS 有良好的耐化學(xué)腐蝕性及 表面硬度，丁二烯使 ABS 堅(jiān)韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。密度為 ~。有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。 ABS 塑料表面受冰醋酸、植物油等化學(xué)藥品的侵蝕會引起應(yīng)力開裂。經(jīng)過色可配成任何顏色。耐氣侯性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。根據(jù)應(yīng)用不同可分為超高沖擊型、高沖擊型、中沖擊型、低沖擊型和耐熱型等。汽車工業(yè)上用 ABS 制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)管、加熱器等，還有用 ABS 夾層板制小轎車車身 。 ABS 在升溫時(shí)粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大； ABS 易吸水，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。 查資料得 ABS 的收縮率為 ～ ，這里選取 。在模具設(shè)計(jì)階段，應(yīng)首先確定分型面的形狀和位置，然后才能選擇模具的結(jié)構(gòu)。 分型面的選擇原則除了必須開設(shè)在制件界面輪廓的最大的地方才能使制件順利地從型腔中