资源描述
摘 要采用 Moldflow 软件对注塑成型过程进行模拟分析，为评估模具工艺的合理性、优化模具设计提供了理论依据，可最大限度地降低模具制造成本，缩短开发周期。运用Moldflow 软件分析齿轮塑件的成形工艺,对塑件的成型进行了模拟。选择了流动性更好的材料，创建一模两穴的浇注系统,优化冷却系统，并重新设置了充填时间、熔体温度、模具温度等工艺参数,进行充填分析，充填保压分析，冷却分析，翘曲分析，确定了翘曲产生原因。通过优化工艺条件，改善冷却系统，达到了减少翘曲，增强冷却效果，降低模具温度等目的，从而提高了成型过程的生产效率。关键字：Moldflow 注塑成型 工艺分析 生产效率目 录第1章 绪论11.1课题研究的目的意义11.2国内外研究现状11.2.1国外现状11.2.2国内现状11.3文献综述21.4研究内容21.5关键技术和研究方法3第2章 塑料齿轮注塑成型方案和结构研究42.1功能分析42.2 结构方案研究52.3 工作原理72.4 结构参数、几何图形和尺寸72.5 本章小结8第3章 塑料齿轮注塑成型Moldflow分析前处理93.1网格的划分及处理93.1.1网格划分概述93.1.2网格类型93.1.3网格状态统计93.2最佳浇口位置分析103.3材料选择113.4浇注系统创建113.5冷却系统创建133.5.1冷却系统设计原则133.5.2冷却分析假设133.5.3冷却剂温度133.5.4冷却效果评价133.5.5冷却管路的创建133.6本章小结14第4章 塑料齿轮注塑成型Moldflow分析154.1充填分析154.1.1充填分析目的154.1.2充填分析过程154.1.3充填分析结果154.1.4充填分析结论194.2充填保压分析204.2.1充填保压分析目的204.2.2充填保压分析过程204.2.3充填保压分析结果224.2.4充填保压分析结论244.3冷却分析254.3.1冷却分析目的254.3.2冷却分析过程254.3.3冷却分析结果254.3.4冷却分析结论274.4翘曲分析284.4.1翘曲分析目的284.4.2翘曲产生原因284.4.3翘曲分析过程284.4.4翘曲分析结果304.4.5翘曲分析结论334.5本章小结33第1章 绪论1.1课题研究的目的意义高质量注塑制品的获得，是以优秀的制品设计、模具设计和注塑成型工艺为前提。注塑制品的许多缺陷（如熔接痕、短射、制品变形等）皆与熔体在模具中的流动方式有关，因而对熔体流动方式的控制成为优化注塑成型工艺的关键。随着CAE技术的迅速发展，特别是Moldflow软件的推出，可实现对注塑成型过程的计算机模拟分析，在试模前预测出熔体在填充、保压、冷却等过程中可能出现的缺陷，以帮助工艺人员进行分析和改进，提高一次试模的成功率，从而降低制造成本并缩短开发周期。本研究采用Moldflow软件对一种厚壁注塑制品的充模、冷却、翘曲等行为进行了动态模拟，为该制品的模具设计及注塑工艺参数的确定提供了理论依据，从而改善制品的成型质量。传统的注射模设计主要依靠设计人员的经验为基础，模具要经过反复的试模、修模。模具生产周期长、成本高，与当今模具业提出的“低成本，短期交货”相悖。利用Moldflow对塑件的成型过程进行注射模拟，可以大大减少试模时间，提高生产效率。利用Moldflow 软件，可以对型腔尺寸、浇口位置及尺寸、流道尺寸、冷却系统等进行优化设计，在计算机上进行试模、修模，可大大提高模具质量，减少试模次数。1.2国内外研究现状1.2.1国外现状在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UG、美国Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。1.2.2国内现状在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。1.3文献综述2003年，汤宏群、苏广才1采用Moldflow软件对注塑件进行流动模拟分析，解决了以下问题：通过浇口位置分析，可以确定浇口的位置和数目；预测可能存在的气泡位置，以确定排气槽的开设位置；预测熔接痕的位置，并通过比较确定更为合理的工艺参数，使熔接痕处在理想的位置；优化成型工艺参数。2007年，贺华波、邓益民2使用Moldflow/MPI软件成功地进行了塑料齿轮的工艺参数合理设计，通过分析，我们可以总结出注射时间、模具温度、熔料温度、保压时间和保压压力的变化对零件质量产生影响的规律，为实际的注塑过程提供了合理的注塑成型工艺参数。2008年，由王卫兵3详细介绍了利用Moldflow软件进行模流分析的计算机仿真过程。2008年，楼建勇4使用CAD /CAE 技术对注塑模具进行设计和工艺仿真，能有效保证设计质量，预先确定注射工艺条件，是今后模具设计的发展方向，所提供的实际范例，对于注塑模具的计算机辅助设计和辅助工艺仿真具有实际的应用价值。2008年，刘细芬5应用Moldflow软件对模具最佳浇口位置进行确定，并对熔体填充、冷却等过程进行模拟，优化了注塑成型工艺参数，降低了制品的开发成本，有助于工艺人员从本质上了解产生缺陷的原因，并找出消除方法。通过CAE预先对熔体在型腔内的流动情况进行分析，可指导模具设计，并且评估设计方案的合理性；在模具加工前，利用CAE软件进行试模、修模，可提高一次试模成功率。数值模拟为模具设计提供了一种快速、准确、实用的分析与评估手段，对降低模具返修报废率、降低成本、提高制品质量具有重要意义。2010年，由金杨福、钱欣6详细介绍了Moldflow Insight2010对壳类零件注射成型的分析过程。2010年，于洋、陈春晓7将Moldflow应用到生产设计中，在较少的试验次数下得到试验范围内较优的工艺参数组合，可以减少试模次数，提高生产效率。1.4研究内容1) 导入吹风机的UG三维模型；2) 对吹风机进行网格划分，并对网格进行检查和修补；3) 选择分析类型，成型材料等；4) 建立浇注系统，冷却系统，并进行充填保压分析（优化模腔的布局、材料的选择、填充和压实的工艺参数），冷却分析（优化冷却管路的布局和工作条件），翘曲分析（分析整个塑件的翘曲变形），模腔尺寸确定，注塑机参数优化（绘制注塑机填充保压曲线）；5) 查看分析结果，并且对浇注系统和冷却系统和工艺参数进行反馈调整。1.5关键技术和研究方法利用Moldflow Insight 2010软件进行分析时，其分析流程为：新建工程项目导入产品模型划分网格诊断并修复网格缺陷选择分析项目选择分析材料设定成型工艺参数开始分析分析结果查看分析结果报告制作。利用Moldflow软件对圆柱齿轮的浇注过程进行分析，确定最佳浇口位置、最适合的浇注方式、最佳的冷却系统，并对吹风机的受力进行分析，减少翘曲，并最终确定模腔尺寸，以确定最佳注射方式。第2章 吹风机注塑成型方案和结构研究2.1功能分析Moldflow软件是一款专业性模流分析软件。它可以在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，包括最佳浇口位置、填充、保压、冷却、翘曲、流道平衡、最佳成型工艺、结构应力和收缩分析等。运用MPI在设计阶段就可以预测成型产品可能出现的缺陷，提高一次试模成功率，以达到降低成本，缩短生产周期的目的。Moldflow软件可以模拟整个注塑过程以及这一过程对注塑产品的影响。其软件工具中融合了一整套设计原理，可以评价和优化组合整个过程，可以在模具制造之前对塑料产品的设计、生产和质量进行优化。Moldflow功能如下：(1) 浇口位置分析系统自动分析最佳浇口位置。如果模型需要多个浇口位置时，可以对模型进行多次浇口位置分析。当模型已经存在一个或者多个浇口位置时，可以进行浇口位置分析，系统会自动分析出附加浇口的最佳浇口位置。(2) 填充分析可以获得最佳浇注系统设计。主要用于查看制品的填充行为是否合理，填充是否完成对制品的完全填充等。它的分析结果包括填充时间、压力、流动前沿温度、分子趋向、剪切速率、气穴和熔接线等。(3) 流动分析模拟热塑性材料注射成型过程的填充和保压阶段，预测塑料熔体的流动行为，从而预测塑料的成型性。(4) 冷却分析提供对模具冷却回路、镶件和模板进行建模以及模具冷却系统效率的工具。(5) 翘曲变形分析帮助预测由成型材料、成型工艺和冷却水路布置引起的塑料产品的收缩和翘曲，确定翘曲原因，查看翘曲变形将会发生的区域以及翘曲变形趋势，并可以优化设计、材料选择和工艺参数以便在模具制造之前控制产品变形。(6) 成型窗口分析帮助定义能够生产合格产品的成型工艺条件范围。(7) 流道平衡分析帮助判断流道是否平衡，并给出平衡方案，对于一模多腔或者组合型腔的模具来说，熔体在浇注系统中流动的平衡性是十分重要的，如果熔体能够同时到达并充满模具的各个型腔，则称此浇注系统是平衡的。(8) 收缩分析基于工艺条件和具体的材料数据，能预测树脂收缩率，并且能正确地预测出独立于翘曲分析的线性收缩率，提供准确的收缩值并预测收缩变化情况，帮助确定产品主要尺寸合理的公差范围。2.2 结构方案研究选择吹风机结构如图2-1所示。选择一模两穴的浇注方式进行浇注，Moldflow的一模两穴创建如下图所示。图2-2 齿轮的布置方式一2.3 工作原理Moldflow软件旨在模拟产品的浇注过程，提前预测可能引起的缺陷，并提前消除。通过对注塑成型过程的计算机仿真达到减少试模次数，提高成型效率的目的。第3章 吹风机注塑成型Moldflow分析前处理3.1网格的划分及处理3.1.1网格划分概述Moldflow Insight 2010采用的基本思路是工程上最为常用的有限元方法。在问题的数学模型（基本变量、求解域、基本方程和边界条件等）确定以后，有限元的基本思想可概括为如下三点。 将一个表示结构或连续体的求解域离散为若干个子域（单元），并通过它们边界上的节点相互联结为一个组合体。 用每个单元内所假设的近似函数来分片表示全求解内待求解的未知场变量。 通过和原问题数学模型（例如基本方程、边界条件等）等效的变分原理或加权余量法，建立求解基本未知量（场函数节点值）的代数方程组或常微分方程组。3.1.2网格类型在Moldflow Insight 2010中，划分网格有三种类型：中面网格、双域网格和实体网格。 中面网格 中面网格是由三节点的三角形单元组成的，网格创建在模型壁厚的中间处而形成单层网络。在创建中面网格的过程中，要实时提取模型的壁厚信息，并赋予相应的三角形单元。 双域网格 双域网格也是三节点的三角形单元组成，与中面网格不同，它是创建在模型的上下两层表面上。 实体网格 实体网格由四节点的四面体单元组成，每一个四面体单元又是由四个中面模型中的三角形单元组成的，利用3D网格可以更为精确地进行三维流动仿真。 3.2最佳浇口位置分析在设置浇口位置之前应进行浇口位置分析，依据分析结果设置浇口位置，从而避免由于浇口位置设置不当引起的缺陷。制件的最佳浇口位置分析如下图所示。根据图的最佳浇口位置分析结果可以看出，最好的浇口位置最好应该设置在图中蓝色区域。3.3材料选择在Moldflow Insight 2010软件自带的材料数据库中，有8167种热固性和热塑性塑料可供用户选择。根据制件的要求，我们选择ABS塑料作为制件的材料。3.4浇注系统创建浇注系统是塑料熔体从注塑机喷嘴喷出来以后，达到模腔之前在模具中流经的通道。浇注系统设计的好坏直接影响塑料制品的内在质量和外观。图3-4 一模两穴浇注系统3.5冷却系统创建冷却对制品的质量影响非常大，冷却的好坏直接影响制品的表面质量、机械性能和结晶度等。冷却时间的长短决定了制品成型周期的长短，直接影响产品的成本。因此冷却系统布局的合理性直接关系到冷却效果，合理构建冷却系统显得尤为重要。3.5.1冷却系统设计原则产品平均温度与期望温度差值的最大值，在分析中默认设计为1。但是为了达到这个差值，需要较长的冷却时间使产品完全冷却，直到达到顶出温度。为了缩短成型周期，允许这个差值的最大值大于1；产品底面、顶面温度差距不能太大；冷却管路应尽可能短，便于加工。3.5.2冷却分析假设在Moldflow Insight 2010分析中，假设熔体和模壁之间完全接触，即在模壁上，模具温度和制品温度是相同的，模具温度越高，需要的冷却时间越长。冷却剂流动速率对冷却系统的热传递性能起决定作用。流体流动行为可以分为层流和湍流两种，湍流的热传递性能远高于层流。雷诺数是衡量流动行为的重要指数，当雷诺数大于2200时，代表流动由层流变为湍流，在Moldflow Insight 2010中，要求冷却剂的流动速率足够快以获得大于1000的雷诺数。增大冷却剂流速需要增大冷却泵的供压能力，因此选择泵时应根据流动速率的要求进行，以取得最佳冷却效果。3.5.3冷却剂温度在定义冷却剂入口温度时要参考期望得到的模具表面温度，一般来说，冷却剂入口温度要比模具表面温度低1020。3.5.4冷却效果评价冷却效果比较显著的评价标准是：冷却剂的出口温度比入口温度高，同时冷却剂温度与冷却剂/金属截面温度之间的差值在5以内。3.5.5冷却管路的创建冷却管道的参数：管道直径：6mm 管道数量：上：1根 下：1根 管道之间距离：30mm 上下管道距塑件距离：25mm 冷却液入口：2个3.6本章小结本章主要进行了制件Moldflow分析前处理的工作。包括手工划分网格，将网格状态调整到后续分析所要求的状态；综合考虑制件的强度要求，选择了ABS塑料作为成型材料；确立了最佳浇口位置，设置浇注系统以及冷却系统。专业定做模具设计,包括模具毕业设计和课程设计,同时有大量的现成的设计出售,QQ：359651388,手机：13938248586。博客：其他机械毕业设计：QQ：183812112 手机15515619641 阿里资料网 阿里机械设计4章 吹风机注塑成型Moldflow分析4.1充填分析4.1.1充填分析目的填充阶段从熔体进入模具型腔开始，当熔体达到模具模腔的末端并填满整个模具型腔时结束。填充分析是对塑料熔体从开始进入型腔直到充满型腔的整个过程进行模拟。填充分析是整个后续分析的基础。填充分析的目的是避免出现短射、流动不平衡等成型问题，同时尽可能采用低的注射压力、锁模力，以降低塑料制品生产对注射机的性能要求。充填分析为模拟塑料从注塑开始到模腔被填满的整个过程，预测制品在模腔中的充填行为。模拟结果包括充填时间、压力、流动前沿温度、分子趋向、剪切速率、气穴、熔接痕等。4.1.2充填分析过程 设置分析类型充填 选择材料ABS塑料 工艺参数设置（如图所示）4.1.3充填分析结果(1) 注塑机的选择。选择注塑机时的基本参数见说明书。(2) 填充时间。如图所示，没有短射现象发生。由于浇口处于制品的中心位置，因此不存在流动不平衡的问题。(3) 流动前沿温度。如图所示，流动前沿最高和最低温度差异很小，说明填充时流动阻力小，且为熔接线强度提供了保证。填充时间 (4) 总体温度。总体温度是制品两侧熔体温度与料流前锋熔体温度的平均值。如图所示，总体温度范围为50243.1，温差大，最低温度低于180的材料最低许用温度，所以应加加热棒，保证温度高于180。(5) 剪切速率。从图可以看出，最大剪切速率发在主流道入口处，其值约为2.179/s(6) 剪切应力。如图所示，制品的最大剪切应力发生在主流道入口处，其值为0.1417 MPa，从材料数据库查得该材料的最大允许剪切应力为0.45MPa，可见剪切应力在材料的极限值内。(7) 注射位置处压力。如图，注射处的最大注射压力发生在2.25s时，其值约为80MPa，由于一般注塑机的最大注射压力可以达到140MPa，因此最大注射压力在允许的范围内。(8) 熔接线。如图所示，熔接线大部分都在模具镶件位置处。(9) 气穴。如图所示，气穴结果提醒用户所需开排气的位置在模具的镶件位置处，此处我们对镶件可以进行0.05mm的避空。4.1.4充填分析结论综上分析，注塑工艺和浇注系统设计是合理的。但是，由于总体温度为50243.1，其最低温度已经低于熔体的最低许用温度，所以应为制件加加热棒。并且在有气穴出现的地方要开通气孔。4.2充填保压分析4.2.1充填保压分析目的填充保压分析是模拟塑料从注塑点扩展并充填模腔的流动情况。通过预测缺陷，获得最佳的保压曲线。填充保压目的是尽可能降低由保压引起的制品收缩、翘曲等缺陷，通过设定合理的保压条件，避免出现过保压现象。4.2.2充填保压分析过程 设置分析类型充填+保压 选择材料ABS塑料 工艺参数设置（如图所示） 模温。模具表面温度，默认值是系统根据材料特性推荐参数，推荐值为50. 熔体温度。默认值为230，也是系统根据选择的材料特性参数推荐。 充填控制。熔料从进入模腔开始，到充填满模腔整个过程的控制方式。 速度/压力切换。速度和压力控制转换点的装置。在充填阶段，首先对螺杆进行速度控制，等充填到某个状态时，将速度控制方式转换为压力控制。查看分析日志，充填阶段: 状态: V = 速度控制 P = 压力控制 V/P= 速度/压力切换|-| 时间 | 体积 | 压力 | 锁模力 |流动速率 | 状态 | (s) | (%) | (MPa) | (tonne) |(cm3/s) | |-| 0.10 | 2.68 | 16.89 | 0.00 | 29.47 | V | 0.19 | 6.82 | 22.71 | 0.03 | 32.51 | V | 0.28 | 10.39 | 34.67 | 0.79 | 26.69 | V | 0.38 | 14.84 | 40.75 | 1.24 | 33.99 | V | 0.47 | 19.50 | 43.24 | 1.76 | 34.18 | V | 0.56 | 23.98 | 45.25 | 2.39 | 34.24 | V | 0.66 | 28.64 | 47.20 | 3.19 | 34.36 | V | 0.75 | 33.18 | 49.01 | 4.08 | 34.50 | V | 0.85 | 37.99 | 51.04 | 5.28 | 34.49 | V | 0.94 | 42.76 | 52.87 | 6.57 | 34.61 | V | 1.04 | 47.32 | 54.78 | 8.12 | 34.51 | V | 1.13 | 51.83 | 56.97 | 10.08 | 34.56 | V | 1.22 | 56.50 | 59.29 | 12.37 | 34.65 | V | 1.32 | 61.01 | 61.55 | 14.88 | 34.66 | V | 1.41 | 65.54 | 63.88 | 17.66 | 34.71 | V | 1.51 | 70.19 | 66.20 | 20.67 | 34.77 | V | 1.60 | 74.56 | 68.41 | 23.85 | 34.82 | V | 1.69 | 79.27 | 70.82 | 27.60 | 34.88 | V | 1.79 | 83.89 | 73.30 | 31.88 | 34.91 | V | 1.87 | 88.09 | 75.55 | 35.98 | 34.96 | V | 1.97 | 92.77 | 78.20 | 41.13 | 34.96 | V | 2.06 | 96.80 | 83.87 | 57.39 | 34.96 | V | 2.09 | 97.92 | 85.00 | 61.33 | 34.66 | V/P | 2.10 | 98.39 | 68.00 | 56.83 | 13.01 | P | 2.16 | 99.57 | 68.00 | 55.63 | 13.31 | P | 2.17 | 99.74 | 68.00 | 57.96 | 12.12 | P | 2.18 |100.00 | 68.00 | 60.16 | 11.06 |已充填 | 冷却时间。指产品冷却至顶出温度所需要的时间，包括自动和指定两种设置方式。 保压曲线 保压参数设置时，首先设置的是压实压力，这是填充时由速率控制转变为压力控制的压力，也是俗称的最大注射压力，一般持续时间为几秒，视制品流程和形状复杂程度的不同而有所差别，制品流程越长、形状越复杂，压实时间也越长。其次设置的是保压压力，这是补料所需的压力，可以等于或小于压实压力，一般来说，保压压力越大，制品收缩率越小，但制品内应力可能越大，从而翘曲变形越大。保压时间必须足够长，以使浇口冷凝。详情如下图所示。4.2.3充填保压分析结果(1) 体积收缩率。体积收缩率是指顶出时塑件的体积收缩率。如图所示，制品的最大体积收缩率为9.796%。制品体积收缩率均匀.(2) 注塑机螺杆速度。推荐的注塑机螺杆速度，如图所示。(3) 凝固层因子保压阶段:|-| 时间 | 保压 | 压力 | 锁模力 | 状态 | (s) | (%) | (MPa) | (tonne) | |-| 2.18 | 0.30 | 68.00 | 60.20 | P | 3.09 | 3.34 | 68.00 | 97.58 | P | 4.59 | 8.34 | 68.00 | 78.41 | P | 6.09 | 13.34 | 68.00 | 49.45 | P | 7.59 | 18.34 | 68.00 | 25.91 | P | 9.09 | 23.34 | 68.00 | 15.00 | P | 10.59 | 28.34 | 68.00 | 9.52 | P | 12.09 | 33.33 | 68.00 | 7.24 | P | 12.09 | | | | 压力已释放 |-| 12.10 | 33.38 | 0.00 | 6.59 | P | 13.50 | 38.03 | 0.00 | 2.40 | P | 15.00 | 43.03 | 0.00 | 1.52 | P | 16.50 | 48.03 | 0.00 | 1.10 | P | 18.00 | 53.03 | 0.00 | 0.80 | P | 19.50 | 58.03 | 0.00 | 0.59 | P | 21.00 | 63.03 | 0.00 | 0.45 | P | 22.50 | 68.03 | 0.00 | 0.34 | P | 24.00 | 73.03 | 0.00 | 0.26 | P | 25.50 | 78.03 | 0.00 | 0.21 | P | 27.00 | 83.03 | 0.00 | 0.17 | P | 28.50 | 88.03 | 0.00 | 0.14 | P | 30.00 | 93.03 | 0.00 | 0.12 | P | 31.50 | 98.03 | 0.00 | 0.10 | P | 32.09 |100.00 | 0.00 | 0.10 | P |查看上述分析日志可知，在t=12.09s时，压力释放. 4.3冷却分析4.3.1冷却分析目的冷却分析用于判断冷却系统的冷却效果，根据冷却模拟计算出的冷却时间来确定成型周期。另外在获得均匀冷却的基础上，优化冷却管布局，缩短冷却时间，从而降低成型周期，提高生产效率。4.3.2冷却分析过程 设置分析类型冷却 选择材料ABS塑料 工艺参数设置（如图所示）4.3.3冷却分析结果冷却分析结果信息主要包括产品上表面温度、产品下表面温度、产品的温度差异、冷凝时间和水路中的冷却液的雷诺数、冷却液的流动速率、水路中冷却液的温度和水路的管路温度等。(1) 产品上表面温度。产品上表面温度显示的是产品与模具接触面得温度分布，所以该结果也叫做模具表面温度，表现的是在成型周期中模具表面的平均温度。从图可以看出该制品的表面温度主要集中在40左右。(2) 冷凝时间。冷凝时间指的是从成型周期开始到制品完全冷却至低于顶出温度所需要的时间。该制品的冷凝时间为95.47s，如图所示。(3) 水路中冷却液的温度。水路中冷却液的温度显示冷却液在水路中的温度变化。冷却液的变化要均匀，温度的变化不超过3。如图所示，冷却水管温度的变化为1.52，符合要求。(4) 冷却液的流动速率。冷却液的流动速率显示在冷却水路中冷却液的流动速率。如图所示，流动速率为2.540lit/min。(5) 水路的管壁温度。水路的管壁温度也叫做冷却液与管壁接触面的温度。水路的管壁温度与冷却液的入水温度相差不超过5。该结果显示了水路所经区域的热集中情况。如果管壁温度过高，表明该区域需要加强冷却。该塑料齿轮的冷却分析结果符合要求，如图所示。4.3.4冷却分析结论通过对冷却分析结果的查看可以得出，冷却管道的设置是完全正确合理的。4.4翘曲分析4.4.1翘曲分析目的翘曲变形是指注塑制品形状偏离了型腔形状，从而影响了产品的尺寸精度和形状精度。翘曲分析的目的是预测产品成型后的翘曲程度、分析翘曲产生的原因。4.4.2翘曲产生原因在注塑制品中经常存在各向异性的收缩，即塑料制品在各方向上的收缩率存在差别，从而引起制品变形，使制品形状偏离了型腔的形状，即翘曲变形。翘曲变形导致了制品的弯曲和扭曲，制品尺寸和外形轮廓均发生了改变。这种变形在大而平的制品上比较明显，像容器的盖子、罩子等。导致制品产生非均匀收缩的原因有很多，归纳起来主要有以下三个方面的原因。(1) 流动取向导致收缩差异 熔体在高温高压下沿一定的路径被注射到模具型腔时，高分子链受到拉伸而产生取向，进而形成各向异性的收缩行为，产生翘曲变形。(2) 型腔压力差导致沿流动方向收缩差异 在注射成型时，注射压力和保压压力对制品的收缩有很大的影响。通常较高的注射压力和保压压力会使制品的收缩减小。在模具压力分布中，浇口位置压力最大，填充末端处压力最小，沿流动方向上明显的压力降。(3) 均匀冷却导致收缩差异 不均匀冷却导致的翘曲变形主要有以下两种情况。 在制品厚度方向，由于上、下表面温差引起的收缩不一致，下表面由于先冷却从而收缩较小，上表面由于温度较高从而收缩较大，最终导致塑件翘曲变形。 制品不同区域之间的温度差，引起制品不同区域间的不均匀收缩。在很多情况下由于制品厚度的差异，在冷却过程中很难控制制品各部分完全均匀同步地冷却，在制品顶出型腔后，热的表面继续收缩的程度大，这种收缩差异会导致内应力的产生，使制品翘曲变形。4.4.3翘曲分析过程 设置分析类型冷却+充填+保压+翘曲 选择材料ABS塑料 工艺参数设置（如图所示）4.4.4翘曲分析结果翘曲分析完成后，在方案任务视窗中给出以下几种变形。(1) 总变形，如图所示。 (2) 冷却不均引起的变形，如图所示。(3) 收缩不均引起的变形，如图所示。 (4) 取向因素引起的变形。如图所示。图4-31 取向因素引起的变形(5) 角效应引起的变形。如图所示。 图5-32 角效应引起的变形4.4.5翘曲分析结论翘曲分析结果显示：总体翘曲量为0.5587mm，X方向的翘曲量为0.4492mm，Y方向的翘曲量为0.2860mm。在产生翘曲变形的因素中，由冷却不均引起的翘曲变形量为0.1079mm，说明冷却系统布置是合理的；由收缩不均引起的翘曲变形量为0.3759mm；而取向因素引起的翘曲变形量为0，说明设计的制件结构取向是一致的；由角变形引起的翘曲变形量为0.1909mm。综上所述，该制件的翘曲变形量是足够小，说明设计是合理的。第1章 概述11 MOLDFLOW简介MOLDFLOW公司总部美国波士顿，是一家专业从事塑料成型计算机辅助工程分析（CAE）软件开发和咨询公司，是塑胶分析软件的创造者，自1976年发行世界上第一套流动分析软件以来，一直主导着塑料CAE软件市场。MOLDFLOW的承诺就是将“更好，更快，更省”（better,faster,cheaper）的产品设计带给每一位使用者。所有的MOLDFLOW产品围绕的都是MOLDFLOW的战略-进行广泛的注塑分析。通过“进行广泛的注塑分析”将MOLDFLOW积累的丰富注塑经验带进制件和模具设计，并将注塑分析与实际注塑机控制相联系，自动监控和调整注塑机参数，从而优化模具设计、优化注塑机参数装置、提高制件生产质量的稳定性，使制件具有更好的工艺性。12 MOLDFLOW系列软件MOLDFLOW的产品适用于优化制件和模具设计的整个过程，并提供了整体的解决方案。MOLDFLOW软硬件技术为制件设计，模具设计，注塑生产等整个过程提供了非常有价值的信息和建议，而且这些信息可以方便地实现共享。121 MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS简称MPA它为注塑成型过程提供了一个低成本，高效率的解决方案。其特点是： 。可以从任意的常用CAD系统（CATIA、UG、PRO/E）中接受实体造型的STL格式文件，不需要任何修改； 。无需划分有限元单元网格，可以直接进行注塑成型分析； 。支持OPENGL技术，图形处理高效，快捷； 。操作相对简单易学。第2章 MOLDFLOW分析基础21注塑模CAD/CAE/CAM技术注塑模具是塑料成型加工的重要设备，随着计算机技术的发展及其向各个领域的不断渗透，目前国内绝大多数的现代化模具及塑料生产企业都非常重视计算机辅助技术的应用，并基本取代了传统的设计生产方式。利用现代的设计理论方法，同时结合先进的计算机本辅助技术来进行注塑模的设计和改进，能够大幅度提高产品质量，缩短开发周期，降低生产成本，从而提升企业的核心竞争能力。211 注塑模CAD/CAE/CAM系统组成一套基本的注塑模CAD/CAE/CAM系统一般是由一定数量和种类的硬件系统和相应的软件系统组成的。硬件系统包括：数据加工设备；辅助设备；计算机。软件系统包括：系统软件；专业应用软件；辅助软件。212 注塑模CAD/CAE/CAM系统过程和方法传统的模具设计与制造大致分为以下几个步骤：1 产品设计和模型重建；2 模具设计；3 模具制造；4 试模，修模；从以上分析可以看出传统的设计和制造方法存在着诸多的弊端，随着科技的进步，计算机水平的日益发展，CAD/CAE/CAM技术在现代模具设计生产中被广泛的应用。使用计算机辅助技术不仅能够提高一次试模的成功率，而且可以使模具设计和制造在质量，性能，成本上都有很大程度上的提升。 各环节的主要内容：1 计算机辅助设计 CAD计算机辅助设计系统由硬件和软件组成。其中硬件主要就是指计算机系统，包括计算机、工作站、终端和输出设备等。软件系统包括系统程序、专业应用程序和各种辅助程序。注塑模计算机辅助设计的过程主要包括以下两个环节： 。在样品或图纸基础上利用CAD软件进行三维造型； 。在真实感效果评价满意的基础上进行模具CAD设计。2 计算机辅助工程分析 CAECAE技术是一门以CAD/CAM技术水平为提高发展动力，以高性能计算机和图形显示设备为发展条件，以计算力学中的边界元、有限元、结构优化设计及模态分析等方法理论为基础的一项较新的技术。注塑成型过程中，塑料在型腔中的流动和成型，与材料的性能、制品的形状尺寸、成型温度、成型速度、成型压力、成型时间、型腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。因此，对于新产品的试制或是一些形状复杂、质量和精度要求较高的产品，即使是具有丰富经验的工艺和模具设计人员，也很难保证一次成功地设计出合格的模具。所以，在模具基本设计完成之后，可以通过注塑成型分析，发现设计中存在的缺陷，从而保证模具设计的合理性，提高模具的一次试模成功率，降低企业生产成本。注塑成型CAE分析的内容和结果为模具设计和制造提供可靠，优化的参考数据，其中主要包括： 。浇注系统的平衡，浇口数量，位置和大小； 。熔接痕的位置预测； 。型腔内部的温度变化； 。整个浇注系统要基本平衡，即要保证熔融体要同时到达，同时填充型腔； 。型腔要基本同时填充完毕； 。填充时间要尽可能短，总体注塑压力要小，压力损失也要小； 。填充结束时熔融料体的温度梯度不大； 。熔接痕和气穴位置合理，不影响产品质量。3 计算机辅助制造 CAM计算机辅助制造就是借助计算机完成制造过程中的各项任务，包括生产工艺准备和制造工程本身。注塑模CAM的主要功能包括：。由计算机完成整个模具生产的工艺过程设计；。由计算机辅助进行模具车间现场管理；。完成从模具产品的几何模型到工艺模型的转换；。加工程序的自动编制；。利用数控机床进行模具零件的自动加工；。利用仿真技术测试数控刀具轨迹，检测过切及加工表面干涉。有限元法的基本思想主要包括：。连续系统被假想分割成数目有限的单元，单元之间只在数目有限的节点处相互连接，构成一个单元集合来代替原来的连续系统。由分块近似的思想，对每个单元按一定的规则建立求解未知量与节点相互作用之间的关系。把所有单元的这种特性关系按一定的条件集合起来 ，引入边界条件，构成一组以节点变量为未知量的代数方程组，求解它们就得到有限个节点处的待求变量。所以，有限元法实质上是把具有无限个自由度的连续系统理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题转化为适合于数值求解的结构型问题。 222有限元法的特点1原理清楚，概念明确；2应用范围广泛，适应性强；MOLDFLOW的注塑成型模拟技术经历了中面模型，表面模型，三维实体模型3个发展阶段。231中面模型技术中面模型技术是最早出现的注塑成型模拟技术。基于中面模型的注塑成型模拟技术能够成功地预测充模过程中的压力场、速度场、温度场分布、熔接痕位置等信息，具有以下一些优点：。技术原理简明，容易理解；。网格划分结果简单，单元数量少；。计算量较小，即算即得；但是由于考虑到 表面模型技术仍然存在着一些缺点：。分析数据不完整；它除了用有限差分析求解温度在厚度方向的差异外，基本上没有考虑其他物理量在厚度方向上的变化。无法准确解决复杂问题；随着塑料注塑成型工艺的进步，塑料制品的结构越来越复杂壁厚差异越来越大，物理量在壁厚方向上的变化变得不容忽视。真实感缺乏；由于在表面模型中，熔体仅仅沿着制品的上下表面流动。因此，分析的结果缺乏真实感，与实际情况仍有一定的差距。 表面模型技术只是一种从二维半数值分析向三维数值分析的一种过渡。233三维实体模型技术MOLDFLOW的MPI/FLOW3D和MPI/COOL3D等模块通过通过使用经过验证的、基于四面体的有限元体积网格解决方案技术，可以对厚壁产品和厚度变化较大的产品进行真实的三维模拟分析。 与中面模型或表面模型相比，由于实体模型考虑了熔体在厚度方向上的速度分量，所以其控制方程要复杂得多，相应的求解过程也复杂得多，计算量大、计算时间过长，这是基于实体模型的注塑流动分析目前所在的最大问题。 三种注塑成型分析技桶通过浇口流入模腔。通常，浇口的尺寸比模具的尺寸小得多，柱塞前进的时间大约为数秒，这意味着黏性聚合物必须非常迅速地在很高的压力下通过浇口流入模腔。过热处理来消除。构型体积应变只有通过热处理才可以消除，这常常是不现实的，且在许多实际情况下并不重要。冻结取向大部分产生于保压阶段，若使保压时间减少至最小会使冻结取向大为减少。减少冻结取向的数值有降低模制产品银纹的趋势，从而改善尺寸热稳定性，制造出力学性能更稳定的样品。如上所述，熔融聚合物的黏度在研究注塑时是一个非常重要的性质，但是在讨论残余应力时却没有直接的意义。这是因为熔融聚合物要建立注塑变量和模制品分子取向之间的关系是不容易的。因为注塑中观察到的分子取向是模制品的初始取向和剪切应力下降至零后而产生的松弛效果，可以预料，分子取向随注塑温度增加而减小。以同样的方式，增加熔体温度会增加松弛，从已知的溶剂，对很多化学药品稳定。它的软化点为122-135度，结晶度愈高其软化点也愈高。它的着火点是340度，自燃温度为349度，是一种易燃物品。聚乙烯耐热氧化性能较好，但耐光氧化性能较差，通常在紫外线照射下易与空气中的氧发生反应而使性能变差。为了提高聚乙烯制品的光氧化性能，在配方中可加入稳定剂。（2）聚乙烯按照密度进行分类，大致可以分为以下几种：。低密度聚乙烯LDPE，密度为0。910-0。925G/MM3；，应把制件浸在80度的溶液介质中，处理1-2小时，这样即可提高制品的强度又可减小制品的变形。（4）主要用途LDPE可用于制造塑料管，塑料板，塑料绳以及承载不高的零件，如齿轮，轴承等；HDPE常用于塑料薄膜，软管，塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和包覆电缆等。2聚丙烯PP（1）基本特性聚丙烯无色，无味，无毒。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明，更轻。密度仅为0。90-0。91G/CM3。它不吸水，光泽好，易着色。PS密度为1。05G/CM3，熔化温度为150-180度，热分解温度为300度。能燃烧，燃烧时变软，起泡，发出浓黑的烟和特殊的臭味，放出的气体有轻微毒性。PS有良好的电气性能，它的介电损耗小，耐电弧性好，是机电和电子工业常用的材料，也是仅次于三聚氰胺甲醛塑料和聚四氟乙烯等的优良材料。它对化学药品稳定，耐一般的酸，碱，盐，但溶于芳香烃，氯化烃，酮和酯类。它不吸湿，在紫外线作用下易变色中，处理2-3小时，缓慢降温至室温，消除制品中的内应力。（3）主要用途在工业上可用于制作仪表外壳，灯罩，化学仪器零件，透明模型等。在电气方面用做良好的绝缘材料，接线盒，电池盒等。在日用品方面广泛用于包装材料，容器，玩具等。4聚氯乙烯PVC PVC树脂是白色粉末状固体，结晶度为5%，不溶于水，酒精和汽油，在醚，酮，芳香烃和氯代烷中能熔胀或溶解。它没有明显的溶点，130度下软化可塑，180度下可流动，140度开始热分解，放出氯化氢，逐渐变黄变黑。在明火上难燃，燃烧时冒白烟，火焰呈黄绿色，并发出刺鼻的气味，火源移开后即能自熄。PVC在常温下不与浓盐酸，硫酸和50%的硝酸反应，能经得起20%浓度的烧碱浸泡而不会迅速破坏。（2）成型特点PVC在成型温度。ABS的分子结构和微观结构复杂，使它不易结晶而呈无定型状态，因而具有低的熔体黏度，低的收缩率和良好的成型性。ABS的热变形温度随丁二烯的含量增加而降低，一般在65-70度；绝缘性能也很好。它还具有很好的电镀性，经过特殊的前处理，与金属镀层结合很牢固，常用来制作铭牌，装饰性零件及工艺品。（2）成型特点。不同品级的原料塑化温度略有差异，机筒温度可控制在160-220度范围内，喷嘴温度在170-180度范围内；。注塑压力在60-120MPA，壁厚，浇口截面较大时，注塑压力可略低一些；而壁薄，流道较长时，注塑压力可提高至130-150MPA；。注塑熔体流速以缓防水分在成型时，高温下水解使制品产生热应力变形和鼓泡。成型收缩率为1。5%，模具设计也应预留尺寸。（2）成型特点尼龙制品可按一般热塑性塑料通用方法成型。一般情况下尼龙中还添加填料，稳定剂，防老化剂和抗此紫外线剂。尼龙具有较低的熔体黏度，熔点与分解温度相差甚远，因此加工工艺条件容易控制。它的熔体流动性好，故充模性也好。（3）主要用途由于尼龙有较好的力学性能，已广泛应用于机械，汽车，化工，电器行业，如轴承，齿轮，滚子，辊轴，滑轮，泵叶轮，风扇叶片，蜗轮，高压密封扣圈，垫片，阀座，输油管，储油容器，绳索，传动带，电池箱，电器线圈等到零件。7聚碳酸酯PCPC其密度为1。2G在机械上主要用作各种齿轮，蜗轮，蜗杆，齿条，凸轮，芯轴，轴承，滑轮，铰键，螺母，垫圈，泵叶轮，灯罩，节流阀，润滑油输油管，各种外壳，盖板，容器，冷冻和冷却装置零件等。在电气方面252热固性塑料热固性塑料的形状稳定性，绝缘性能，机械物理性能和老化性能均比普通热塑性塑料好。热固性塑料是经过特定的条件加热，使的设计方案。1 注塑喷嘴温度低 在注中的挥发成分。265熔接痕熔接痕WELD LINE属于产品表观质量缺陷，它是产品注塑过程中两股以上的熔融树脂流相汇合所产生的细线状缺陷。其产生原因及相关解决方法如下：1熔体流动性不足，料温较低在低温的情况下，聚合物熔体的流动，汇合性能降低，容易发生熔接痕现象。对此，可以适当提高料筒和注塑喷嘴的温度，同时降低冷却介质的流速，流量，保证一定的模温。一般情况下，熔接痕部位强度较差，通常可以通过局部加热的方法提高制品发生熔接痕部位的温度，从而保证塑件的整
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