（毕业设计与论文）收音机后盖注塑模设计与CAE分析.pdf

编号:据魅林电孑科技火芳GUILIN UNIVERSITY OF ELECTRONIC TECHNOLOGY毕业设计说明书题 目：收音机后盖注塑模设计与CAE分析学 院：材料科学与工程学院专 业：材料成型及控制工程学生姓名：_学 号：0801020222指导教师：_职 称：教授题目类型：匚博论研究 口实验研究 团工程设计 口工程技术研究口软件开发摘要本课题以收音机后盖为例子，在传统模具设计的基础上，利用UG4.0辅助设计软件 完成本产品实体模型的建立。通过注射模CAD/CAE相结合的技术，运用Moldflow对 设计的注塑模具进行浇口、温度、压力、冷却、填充、流动等分析，将分析结果结合现 实模具设计的经验和实际要求对设计的模具进行修改，找出最佳的模具设计方案，完善 设计参数,然后在UG4.0 MOLD WIZARD(专家模架系统)模块下进行产品的模具结构设 计。本设计过程着重于塑件的工艺性分析、浇注系统的设计、成型零件的设计、各参数 的校核，CAE(Moldflow)分析，标准模架选择等。最后通过Aut oCAD软件绘制产品图，模具装配工程图及主要零件工程图。注射成型方法可直接一次成型形状复杂的塑料产品，是一种高效率、大批量的生产 方式。注射成型模具是这种生产方式中的关键工艺设备。注塑模CAE技术，作为提升 模具设计效率和质量的手段，也就日渐受到重视。关键词：注塑模；Moldflow软件；CAE模拟分析；注射成型AbstractThis t opic t o t he radio bac k c over for ex ample,in t he t radit ional mold design,and on t he basis of using UG4.0 aided design soft ware t his produc t ent it y model.Injec t ion-CAD/CAE int egrat ion of t ec hnology,used of Moldflow design for t he injec t ion mold gat e t emperat ure,pressure,c ooling,filling,flow analysis and so.Through t he analysis of mold design and prac t ic al ex perienc e req uirement s t o modify t he design of t he mold t o find t he best mold design,improve and perfec t t he design paramet ers.And t hen under t he UG5.0 MOLD WIZARD(ex pert Die-syst em)module added produc t s st ruc t ure of molding,t he design proc ess foc uses on t he plast ic part s of t he proc ess of analysis,t he gat ing design of syst em,forming part of t he design paramet ers of t he verific at ion,CAE(Moldflow)analysis,c hoic e t he st andard-mode.Then produc t plans,mold assembly projec t plans and major part s of plans by drawing Aut oCAD soft ware.The injec t ion molding met hod c an be direc t ly shape onc e c omplex shape of plast ic produc t s,it is a kind of high effic ienc y and mass produc t ion.Injec t ion molding is t he key proc ess eq uipment produc t ion mode.As asc ending CAE,injec t ion molding mould design effic ienc y and q ualit y,also inc reasingly at t ent ion.Key words：Injec t ion Molding；CAE simulat ion analysis；Moldflow soft ware；Injec t ion Molding目 录引言.11 绪论.21.1 我国塑料工业的现状和发展趋势.21.2 塑料注射成型及其工艺的概述.41.2.1 注射成型工作原理.41.2.2 注射成型的必要条件.41.2.3 注射成型工艺过程.41.3 注塑模的概述.61.3.1 注塑模的结构组成.61.3.2 注塑模的分类.71.4 注塑模CAE技术的发展和在注塑模设计中的应用.71.4.1 注塑模CAE技术的发展.71.4.2 注塑模CAE技术在注塑模设计中的应用.82塑件三维实体设计及其成型工艺的确定.82.1 塑件模型建立.82.2 分型面设计.102.3 初步确定型腔数量以及排列方式.123塑件模流分析.133.1 导入要分析文件和模型网格处理.143.2 网格统计与修复.143.3 Mlodflow 结果分析.143.3.1 最佳浇口位置分析.153.3.2 速度/压力切换时的压力的分析.153.3.3 Flow 流动分析.163.3.4 Cool冷却系统的分析.193.3.5 Warp翘曲分析.203.4 基于 Moldflow 的 CAE 分析总结.213.5 总体分析结果数据.224注塑设备和模架选择.234.1 注塑设备选择.234.2 注塑机重要参数校核.244.3 模架选择.265浇注系统设计.275.1 分流道设计.275.2 浇口设计.295.3 冷料穴和拉料杆设计.296成型零件设计.306.1 型腔型芯的设计.306.2 成型零件钢材的选用.316.3 成型零件工作尺寸的计算6.316.3.1 各尺寸计算结果.336.3.2 滑块、导滑槽及定位装置的设计.346.4 塑模抽芯油缸的选取和使用.367冷却系统的排气系统设计.387.1 冷却系统设计的原则.387.2 冷却系统参数的确定和管道的布置.387.3 排气系统的设计.398脱模推出机构的设计.408.1 脱模力的计算.408.2 顶杆推管脱模机构.418.3 导向和定位机构的设计.429结论.43谢辞.445参考文南犬.45引言模具行业是机械制造的主要产业之一，也是国家鼓励外商投资的一大产业。模具工 业是国民经济的基础工业，受到政府和企业界的高度重视，由于模具制造的多样性、复 杂性和广泛的适用性，故而模具工业被称之为“帝王工业”。受益全球经济复苏和国内 经济快速发展，我国塑料行业持续增长，注塑模具工艺空前发展，依靠人工经验来设计 模具已经不能满足需要，企业越来越多地利用注塑模流分析技术来辅助塑料模具设计。注塑模CAE技术，作为提升模具设计效率和质量的手段，也就日渐受到重视。利用CAE 技术，设计人员可以仿真出塑料成型过程中的充填、保压、冷却及脱模后的翘曲变形等 过程，准确预测塑料熔胶在模腔内的流动状况，温度、压力、剪切应力、体积收缩等变 量在整个充填工程中某瞬间的分布情况。利用注塑模流分析分析技术，能预先分析模具 设计的合理性，减少试模次数，加快产品研发，提高产业效率。因此在注塑模中CAE 技术的应用将是我们进行模具设计的发展趋势。模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化、网络化方向发展。进入二十一世纪以后，模具基本上全部采用计算机辅助设计 和制造。用户设计的零件图形从互联网输出，先进塑件分析，再进行三维模具设计。设 计时根据用户的设备条件和成型工艺，协商讨论确定模具方案。CAD结束之后，使用 moldflow软件进行计算机模拟分析(CAE),该软件可以模拟注射过程，并在计算机显示 器上用不同的颜色显示出注射时物料流动速度、温度、压力变化，由此判断模具设计的 合理性。由于采用CAE技术大大减少了制造过程中模具的修整和试模的工作量。设计的 模具确定之后，使用CAM软件为CNC机床或加工中心编制加工用的数控程序。数控程序 编制好后，可先在计算机上模拟加工过程，以检验数控程序的正确性。在确认数控程序 没有问题时，可通过与厂内局域网连接的直接数控(DNC)计算机将数控程序传送至选定 的CNC机床或加工中心，在毛坯准备和装卡完毕之后，便可以进行加工。因此模具企业应大力普及、广泛应用CAD/CAE/CAM技术，逐步走向模具软件功能集 成化，模具设计分析制造的三维化，模具软件应用网络化，同时还应强调信息的集成，强调技术、人和管理的集成。1绪论1.1 我国塑料工业的现状和发展趋势(1)我国塑料模具工业的发展现状80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为14%,1999年我国模具工业产值为245亿至2002 年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约35%左右。在未来的模具市场中，塑料 模在模具总量中的比例还将逐步提高。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较 大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5Kg大容量洗衣 机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生 产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公 司和烟台北极星I K模具有限公司制造多腔VCD和DVD齿轮模具,所生产的这类齿轮塑 件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的 齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能 生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注 塑模型腔制造精度可达0.02mm0.05mm,表面粗糙度Ra0.2 u m,模具质量、寿命明显 提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩 短，但和国外相比仍有较大差距。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机 构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模 具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934英寸电视机外壳以及一些 厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效 果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世 界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%,与国外 的50%80%相比，差距较大。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UGII、美国 Paramet ric Tec hnology公司的Pro/Emgineer、美国 CV公司的CADS5、英国 Delt ac am公司 的DOCT5、琲 HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimat ron、羯 AC-Tec h公司的C-Mold 及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了 大量资金，但在我国模具行业中，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、华中理工大学开发的注塑 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 且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20,3Gr2Mo、PMS、SM I、SMH等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商 品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度的商品化程度一般在30%以下，和 国外先进工业国家已达到70%80%相比，仍有差距。（2）我国塑料模具工业和今后的主要发展方向将包括：提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的 制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展 成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到 中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的 CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满 足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料 制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的 作用。（3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道 技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能 源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积 极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产 品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅 助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复 杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具 也非常重要。（4）开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准 化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模 具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的 国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准 件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。（6）应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫 描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价 的检测设备是实现逆向工程的必要前提。1.2 塑料注射成型及其工艺的概述注射成型又称注射模塑或者注塑。它是热塑性塑料制品成型的一种重要方法。也已 成功地用于成型某些热固性塑料制品。起加工的制品在塑料制品总量中约占20%-30%。制品的用途已扩大到各个领域。注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模 具型腔内，塑料在其中固化成型。1.2.1 注射成型工作原理注射成型过程是指将颗粒或粉状塑料从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热 熔融塑化成为粘流态熔体后，由注射机柱塞或螺杆以一定的压力与速度推动，以很大的 流速通过喷嘴和模具的浇道注入温度较低的闭合的模具型腔各处，经一定时间的保压冷 却、硬化定型得到所需形状的塑料制品。然后开模，由顶出杆顶出制品，完成一个注射 成型周期。1.2.2 注射成型的必要条件注射成型必须满足以下三个必要条件：（1）塑料必须以熔融的状态被注入到模具的型腔中；（2）注入的塑料熔体必须具有足够的压力和流动速度以完成充满模具模腔；（3）需要有符合制品形状和尺寸并满足成型工艺要求的模具。1.2.3 注射成型工艺过程注射成型工艺过程包括注射前的准备、注射过程和制品的后处理三个主要阶段，各 个阶段又可分为多个小阶段，如图1-1所示。图1-1注射成型工艺过程 I首先是注射前的准备阶段，为了使注射成型顺利进行，呆证塑凭质量，一解在注射 之前要进行原料预处理、清洗料筒、预热嵌件和选择脱模剂等准备工作。原料由预处理 包括原料的检验、着色和预热干燥等过程。生产中如果需要改变塑料品种、更换物料、调换颜色，或者发现成型过程中出现勒热分解或降解反应，均应对注射机的料筒进行清 洗。注射成型前对嵌件进行预热可以避免嵌件周围塑料层强度下降而出现裂纹缺陷，不 过对于小嵌件在模内易被塑料熔体加热，所以可不预热。选择脱模剂是为了便于脱模，常用的脱模剂有硬脂酸锌、液态石蜡和硅油。其次是注射过程阶段，完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模 等几个步骤。所谓塑化是指塑料在料筒中经加热达到粘流状态并具有良好可塑性的全过 程。塑化之后熔体内的组分、密度、粘度和温度分布都比较均匀，这样才能保证塑料熔 体在下一注射充型过程中具有良好的流动性。注 射充型过程是指是指柱塞或螺杆从料筒内的计量 位置开始，通过注射液压缸和活塞施加高压，将 塑化好的塑料熔体经过喷嘴和浇注系统快速进入 封闭型腔的过程。如图1-2所示是注射成型周期 内用压力传感器测得的压力随时间变化的曲线 图。曲线1是料筒计量室中注射压力随时间变化 的曲线；曲线2是喷嘴末端的压力曲线；曲线3 图1-2注射成型压力随时间变化的是型腔始端（浇口处）的压力曲线；曲线4是型 曲线腔末端的压力曲线。图中CD时间段是保压阶段,在这一阶段中熔体仍处于螺杆所提供的注射压力之下，熔体会继续流入型腔内以弥补熔体因冷却收缩而产生的空隙。EF 时间段是冷却定型阶段，在模具冷却系统的作用下制品逐渐冷却到具有一定的刚度和强 度时脱模，脱模时制品内存在着残余压力，若残余压力过大，会造成制品开裂、损伤和 卡模等弊病。最后是制件的后处理阶段，塑件成型过程中，由于塑化不均匀，或由于塑料在型腔 中的结晶、定向以及冷却不均匀而造成塑件各部分收缩不一致，或因其他原因使塑件不 可避免地存在一些内应力而导致在使用过程中变形或开裂，因此应该设法消除掉。消除 内应力的方法有退火处理和调湿处理。1.3 注塑模的概述1.3.1 注塑模的结构组成注塑模是指注塑成型所有的模具。注塑模的结构是由注塑机的形式、制品的复杂程 度及模具内的型腔数目所决定的，所以注塑模的结构形式多种多样，但大体上都是由定 模和动模两大部分组成的，定模安装在注塑机的固定模板上，动模安装在注塑机移动模 板上。本文主要介绍的是典型的单分型面注塑模结构，如图1-3所示。图1一3典型单分型面注塑模结构 a）合模b）开模1-定位圈；2-浇口套；3-凹模；4-型芯；5-推杆；6-拉料杆；7-推杆固定板；8-推板；9-动模座板；10-复位杆；11-动模垫板；12-动模板；13-导柱；14-导套；15-冷却通道；16-定模板；17-定模座板根据模具中各零件所起的作用，又可细分为以下基本的组成部分：（1）定模机构。定模机构是安装在注射机的固定模板上的部分型腔。由定位圈1、浇口套2、定模座板17、定模板16和凹模3组成一体，在注射机上固定不动。浇口套 入口与注射机的喷嘴相联，引入熔融塑料。（2）动模机构。动模机构是安装在注射机的动模板上的部分型腔。由型芯4、动模 板12、导柱13、动模座板9和动模垫板11等组成一体，在注射机的锁模装置的驱动下 往复运动。（3）浇注系统。浇注系统是将熔融塑料引向闭合模腔的通道。通常由主流道、冷 料穴、分流道和浇口等组成。（4）导向装置。导向装置是用以保证动模和定模闭合时位置准确。它由导柱13和 导套14组成。（5）顶出机构。顶出机构是实现制品脱模的装置。常见有顶杆式、顶管式和推板式等。（6）抽芯机构。当制品上带有侧孔或侧凹结构时，在顶出机构工作前，先要将作 侧向运动的型芯从制品中抽出，该侧向运动是由抽芯机构实现的。该机构只在部分注塑 模中才有设置。（7）冷却和加热装置。加热是为满足注射成型工艺对模具温度的要求，冷却为使 熔料能在模具内冷却定型。一般凹模、型芯中通冷却水、热水、热蒸汽等。（8）排气系统。排气系统是为了把型腔内原有的空气以及塑料受热过程中产生的 气体排出，而在模具分型面（凹模、型芯相配合的接触面又称合模面）处开设排气槽。1.3.2注塑模的分类注塑模的分类方法很多，按所用注塑机的类型可分为卧式（或立式）注塑机用注塑 模和直角式注塑机用注塑模；按模具型腔数目可分为单型腔和多型腔注塑模；按模具总 体结构特征分类，通常分为单分型面、双分型面、带活动镶件、带侧向抽芯、自动脱螺 纹、推出机构在定模一侧以及热流道凝料等注塑模，本课题采用的是带内侧向抽芯的注 塑模。1.4注塑模CAE技术的发展和在注塑模设计中的应用1.4.1 注塑模CAE技术的发展80年代注塑模CAE技术开始从理论研究进入实用化阶段，开展了三维流动与冷却 分析并把研究扩展到保压、纤维分子取向以及翘曲预测等领域。进入90年代后开展了 流动、保压、冷却和应力分析等注塑工艺全过程的集成化研究。CAE技术的出现，为注 塑模设计提供了可靠的保证。传统的注塑模具设计主要依靠设计人员的经验，而注塑成 型过程非常复杂，塑料熔体的流动性能千差万别，制品和模具的结构千变万化，工艺条 件各不相同，成型缺陷各式各样，模具设计往往需要反复的试模、修模才能投入生产，很少有一次成功的，发现问题后，不仅要重新调整工艺参数，甚至要修改塑料制品和模 具，不但费时费力，而且降低了产品的开发速度。利用注射模CAE技术可在模具制造 之前，在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟来代替实际的试模，预测设计中潜在 的缺陷，突破了传统的在注塑机上反复试模、修模的束缚，为设计人员修改设计提供科 学的依据。随着人们对塑料制品的需求范围不断扩大，各种大型的高精度、形状复杂塑 料制品在生产过程中也出现了反复试模、修模各种问题，这就需要我们不断的发展CAE 技术，用CAE技术来解决在分模过程出现的问题，提高生产效率，减少废品率。注塑模CAE技术是根据塑料加工流变学和传热学的基本理论，建立熔体在模具型 腔中的流动、传热的物理、数学模型，利用数值计算理论构造其求解方法，利用计算机 可视化技术形象、直观地模拟出实际成型中熔体的动态填充、冷却过程的一门分析技术。利用注塑模CAE技术可以在模具制造前，模拟注塑过程（包括充填、保压及冷却）并 及早发现问题，优化模具设计和工艺条件设定，减少试模次数以提高生产效率，现已成 为注塑加工技术的一个重要发展方向。1.4.2 注塑模CAE技术在注塑模设计中的应用注塑模CAE技术借助于有限元法、有限差分法和边界元等数值计算方法，分析型 腔中塑料的流动、保压和冷却过程，计算制品和模具的应力分布，预测制品的翘曲变形,由此分析工艺条件、材料参数及模具结构对制品质量的影响，达到优化制品、模具结构、优选成型工艺参数的目的，如通过对浇注系统的平衡、浇口的数量和位置、浇口的大小、熔接痕位置的预测，根据型腔各部分温度变化差异，测定注塑时的注塑压力以及塑料在 充填型腔时的压力损失、熔料的温度变化、注塑变化、剪切应力、剪切速率等系列参数。注塑模的CAE分析在注塑模设计中可应用于型腔设计、浇口设计、流道设计、制品变 形预测和冷却系统设计，实现优化塑料制品设计、塑料模具设计和注塑工艺参数等功能。Moldflow软件在注塑模设计中的作用主要体现在以下三个方面，首先可以优化塑料制 品，得到制品的实际最小壁厚，从而优化制品结构，降低材料成本，缩短生产周期，保 证制品能全部充满。其次可以优化模具结构，可以得到最佳的浇口数量与位置、合理的 流道系统与冷却系统，并对型腔尺寸、浇口尺寸、流道尺寸和冷却系统尺寸进行优化，在计算机上进行试模修模，提高模具质量，减少修模次数；最后优化注塑工艺参数，确 定最佳注射压力、保压压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压时间和冷 却时间，注塑出最佳的塑料制品。本课题采用Moldflow软件对外壳制件进行流动模拟 分析，预测存在气泡的位置、熔接线位置以及锁模力的大小，分析出浇口的最佳位置。2塑件三维实体设计及其成型工艺的确定2.1塑件模型建立本毕业设计的塑料件设计原型是空气过滤器盖板，通过UG4.0并且绘制出这个零件 的3D图和2D图。（1）制件3D模型的创建：模型绘制采用UGS公司的产品UG4.0，最终绘制出来的3D结构图如图2-1所示：图2-1 塑件3D图本模型2D图由UG3D图转换而来，并在软件Aut oCAD 2007上进行整理绘制出来的,2D图如图2-2所示：SECIN A-A%。一月6 CD 6,SECTION B-B9AI图2-2塑件2D图塑件成型材料的确定及其收缩率的确定1塑料选择ABS(1)ABS的注塑工艺参数如表2-1所示：表2-1 ABS的注塑工艺参数1、注塑机类型：螺杆式7、保压力50-70MPa2、喷嘴形式直通式8、注射时间35s3、螺杆转速(r/min)30-609、保压时间1530s4、喷嘴温度180-19010、模具温度50705、成型温度料筒:前150170中 165-180后 180-20011、冷却时间1530s6、注射压力60-100 MPa12、成型周期40论文流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是47mm。建议使用的通体 为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇 口直径范围是11.5mm,但也可以使用小到0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口 宽度应至少为壁厚的两倍。ABS材料完全可以使用热流道系统。(2)化学和物理特性ABS是由丙烯月青、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ABS具有 良好的综合力学性能。丙烯盾使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚 韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件较 好的光泽。密度为1.021.05。ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良 好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无 机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代燃中会溶解或形成乳浊液，不溶 于大部分醇类及煌类溶剂，但与燃长期接触会软化溶胀。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等 化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过色 可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70度左右，热变形温度约为93度 左右。耐气侯性差，在紫外线作用下易变硬发脆。根据ABS中三种组分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的应用。根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。其主要用途有ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池、冷藏库和冰霜衬里等。汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节管、加热器等，还有用ABS夹层板 制小轿车车身。ABS还可用来制作水表壳、纺织器材、电器零部件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。ABS在升温时粘度增高，所以 成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产 生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在5060度，要求塑件光 泽和耐热时，应控制在6080度。查资料得ABS的收缩率为1.0041.006,这里选取1.005。2.2 分型面设计分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触面。在模具设计阶 段，应首先确定分型面的形状和位置，然后才能选择模具的结构。分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具设计制造都有很大的影响。分型面的选择原则除了必须开设在制件界面轮廓的最大的地方才能使制件顺利地 从型腔中脱出外，还应考虑以下因素：(1)因为分型面处不可避免的会在塑件上留下溢料痕迹或拼合不准确的痕迹，故分 型面最好不选在制件光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。从制件的推出装置设置方便 考虑，分型时要尽可能的使制件留在动模一边，当制件上有多个型芯或形状复杂、锥度 小的型芯时，制件对型芯的包紧力特别大，这种型芯应设在动模一边，而将凹模放在定 模一边。论文(2)从保证制件相关部位同轴度的角度出发，同轴度要求高的塑件，取分型面时最 好把要求同轴的部分放在模具分型面的同一侧。当制件上要求互相同轴的部位不便设在 分型面的同一侧时，则应设计特殊的定位装置，提高合模时的对中性。(3)有侧凹或侧孔的制件，当采用自动侧向分型抽芯时，除了液压抽芯能获得较大 的侧向抽拔距离外，一般分型抽芯机构侧向抽拔距离都较小。取分型面时应首先考虑将 抽芯或分型距离长的一边放在动、定模开模的方向上，而将短的一边作为侧向分型或抽 芯。对有顶出机构的模具，采取动模边侧向分型抽芯，模具结构较简单，能获得的抽拔 距离也比较长，故选分型面时应优先考虑把制件的侧凹或侧孔放在动模边。若设在动模 边，则模具结构较复杂。此外当分型面作为主要排气面时，料流的末端应在分型面上以 利排气。综合考虑分型面的选择受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构 工艺性及精度、嵌件的位置、形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种 因素的影响，因此我们在选择分型面时应该综合分析比较，然后再选出正确的分型面。根据各个制约因素，最终确定分型面如图2-3所示图2-3实际分型面论文2.3 初步确定型腔数量以及排列方式模具中每增加一个型腔，制品的尺寸精度要降低4%,但该产品对外观的质量没有 太高的要求，再就是为了提高生产效率，本次模具设计采用的是一模两腔，型腔的分布 如图2-4所示：一-图2-4型腔排列论文3塑件模流分析Moldflow Plast ic s Insight注塑流动模拟MPI的流动分析模拟了塑料熔体在整个注塑 过程中的流动情况，确保用户获得高质量的制件。使用流动分析用户可以优化浇口位置 和加工参数、预测制件可能出现的缺陷、自动确定取得流动平衡的流道系统尺寸。冷却模拟注塑和保压过程得到了优化后，可以进行冷却系统造型：包括流道、模具 外形、镶块等，并进行冷却分析。结构模拟MPI的翘曲分析可以预测塑料制件的收 缩和翘曲。可以使用线性和非线性方法来精确预测翘 曲的变形量，并指出引起翘曲的主因。MPI的模内残 余应力修正算法（CRIMS）使用户可以精确分析 Moldflow数据库中500种材料的翘曲情况。MPI应力 分析功能可以分析塑件的在外力状态下的结构性能，它提供一个线性分析方法在概念设计阶段，快速预测 制件是否符合设计的结构要求。采用非线性方法来确 定由于外载荷而导致的永久变形。纤维取向分析塑料的纤维取向对注塑制件的机械 和结构性能有着重大影响，MPI先进的可视化工具使 客户可以清晰的看到纤维取向在制件的各个部位的分 布，从而获得制件的刚度信息。注塑参数优化MPI的注塑工艺优化功能对于每一 特定制件，自动的确定其最优加工工艺参数和注塑机 参数。它的分析结果可以作为MPX的输入参数使试模 快捷高效。气辅工艺模拟使用MPI可以模拟体积控制 和压力控制气程辅工艺。它首先模拟聚合物在模具中 的流动，然后模拟气体在型腔内的穿透情况。热固性材料注塑模拟MPI提供工具进行热固性塑 料成型的模拟：如注塑成型、IC卡成型、树脂模塑成 型、BMC材料模塑成型和反应注塑成型等。MPI的分析步骤:如下列的流程图如图3-1所示。图3-1 Moldflow分析流程图论文3.1 导入要分析文件和模型网格处，如图3-2ItM(70 mm)Autodesk 屋MOLD F I 0 W INSIGHT图3-2网格划分3.2 网格统计与修复修复参数全部为系统默认值，修复有关信息如图3-3所示。实i一形区鲁雪 一由受 13i st bbb i i ibkb.16UOOOA.5At3OOO2-0-18000-匕匕-upb 芬分 比集 第互 Eta交 用 相-元图3-3网格统计数3.3 Mlodflow结果分析在进行分析结束后将有大量的有关流动、冷却和翘曲等的分析过程和分析结果的 息，这些信息包括文字、图片和动画。在分析结果中可分为三大部分，一部分是How 论文流动分析结果，一部分是Cool冷却分析结果，另一部分是Warp翘曲分析结果。分析前的一些工艺和设置：材料选择：种类：ABS;牌号：HAG5210FR;制造商：东莞市鑫煜塑胶有限公司；工等级：注射；典型特征：流动性好、高刚性、抗冲击;主要用途：电子用品壳体。流道直径6mm,冷却水道直径为10m；下面分析中没具体说明的为设置为软件默认设置值。3.3.1 最佳浇口位置分析通常情况下，分析所得的最佳浇口位置不是我们所要的位置，我们只是通过分析所 得云图来考虑实际的浇口位置时尽量靠近最佳浇口位置，如图3-4所示。3.3.2 速度/压力切换时的压力的分析 各方案的速度/压力切换时的压力分析结果如图3-5所示。Autodesk*MOLD FLO W*I M I O M T球盛，小力5提酎nth力=71.07MPa)IMP.I17.77比例 1100 mm)图3-5压力分析论文3.3.3 Flow流动分析（1）充填时间如图3-6所示。图3-6充填时间图3-7制件平均温度（2）制品的流动前沿处的平均温度如图3-7所示。（3）锁模力：XY图比较制品的锁模力XY图的分析结果如图3-8所示。论文图3-8锁模力XY（4）气穴的分布分布在分型面处较合理的，有些许气困在孔处，这时我们只需在此设置排气槽即可。要尽量避免在零件内部产生集气。通过改变产品壁厚、浇口位置和填充速度可以有效的 避免集气的发生。如图3-9所示。图3-9气穴的分布（5）熔接痕熔接线发生在两个料流前锋相遇的地方，或者是料峰分开又汇合的地方，例如有孔 的位置。有时熔接线会在跑道效应产生时形成，材料在厚的地方流的快，薄的地方流 的慢，厚薄相接的地方就形成了熔接线，熔接线对网格密度很敏感，有时会出现在实际 并不存在的地方，有时实际存在，而又显示没有。熔接线应该和填充时间一起使用来确 论文定熔接线是否存在，和温度、压力结果结合起来确定熔接线的质量。减少浇口的数量可 以避免熔接线，改变浇口的位置或改变产品的壁厚能够移动熔接线的位置。从本制品来 看，温度低对熔接痕影响较大，低温熔料的分流汇合性能较差，容易形成熔接痕。如果 说塑件的内外表面在同一部位产生熔接细纹时，往往是由于料温太低引起的熔接不良。对此，可适当提高料筒及喷嘴温度或者延长注射周期，促使料温上升。同时，应节制 模具内冷却水的通过量，适当提高模具温度。一般情况下，塑件熔接痕处的强度较差，如果说对模具中产生熔接痕的相应部位进行局部加热，提高成型件熔接部位的局部温 度，往往可以提高塑件熔接处的强度。本设计的模具熔接痕分析如图3-10所示。图3-10熔接痕分析（6）缩痕指数比较缩痕指数给出了制件上产生缩痕的相对可能性，其值越高，表明缩痕或缩孔出现的 可能性越大。本制件的缩痕指数如图3-11所示。图3-11缩痕指数论文（7）顶出时的体积收缩率比较制品的顶出时的体积收缩率如图3-12o出时的体积收缩率，该结果为单一数据结果,显示在顶出时刻的体积收缩。整个产品的收缩应该均匀一致。但通常收缩都是不一致的,整个制品来说，影响不大，可以接受。5.379体校收筹室 司=30.00|s|图3-12