畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于CAECAD技術(shù)的塑料模具設(shè)計(jì)

1、第一章 緒 論11本設(shè)計(jì)的目的及意義在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門中都廣泛地使用著各種塑料制品。特別在辦公用品、照相機(jī)、汽車、儀表儀器、機(jī)械制造、交通、通信、輕工、建筑業(yè)產(chǎn)品、日用品以及家用電器行業(yè)中的電視機(jī)、收錄機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經(jīng)向塑料化方向發(fā)展。近幾年來由于工程塑料制作的強(qiáng)度和精度等得到很大提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍正在不斷擴(kuò)大。預(yù)計(jì)今后隨著微型計(jì)算機(jī)的普及和汽車的輕型化，塑料制件的使用范圍將會越來越大，塑料工業(yè)的生產(chǎn)量也將會迅速增長，塑料的應(yīng)用將會覆蓋國民經(jīng)濟(jì)所有部門，尤其在尖端科技領(lǐng)域中占有越來越重要的地位。總之隨著工業(yè)產(chǎn)品塑料化趨勢的不斷增強(qiáng)，塑料制件的應(yīng)用

2、范圍不斷擴(kuò)大，對塑料制件的數(shù)量、質(zhì)量、精度等方面均提出了越來越高的要求，并促使塑料成型技術(shù)不斷向前發(fā)展，目前塑料成型技術(shù)正朝著精密化、微型化、輕大型化和自動成型化方向發(fā)展。一副好的注射模具可以成型上百萬次，這與模具設(shè)計(jì)、模具材料以及模具的制造技術(shù)有很大關(guān)系。因此，塑料模具的設(shè)計(jì)在塑料成型技術(shù)中占據(jù)毋庸質(zhì)疑的重要地位。模具是工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備，本課題的設(shè)計(jì)目的是所設(shè)計(jì)的注塑模具具有生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，切削少，節(jié)約能源和原材料，成本低等一系列模具普遍具有的優(yōu)點(diǎn)，能高效地生產(chǎn)出外觀和性能均符合要求的制件，在生產(chǎn)實(shí)踐上能達(dá)到自動化、操作簡單等要求。而且模具零件的加工工藝性良好，選材合理，熱處理方便

3、，對實(shí)際生產(chǎn)和模具工業(yè)的發(fā)展帶來可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。1.2我國塑料模具技術(shù)的現(xiàn)狀近年來，我國塑料模有很大的進(jìn)步，在大型塑料模方面，已能生產(chǎn)34寸大屏幕彩電塑殼模具，6kg大容量洗衣機(jī)全套塑料模具及汽車保險(xiǎn)杠等塑料模具。在精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)多型腔小模數(shù)齒輪模具和600腔塑封模具，還能生產(chǎn)厚度僅為0.08nm的1模2腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等。內(nèi)熱式和外熱式熱流道得以采用，少數(shù)單位采用了具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道模具，完全消除了制件的澆口痕跡。在精度方面，塑料模型腔制造精度可達(dá)0.02nm-0.05nm（國外可達(dá)到0.005-0.01nm）分型面接觸間隙為0.0

4、2mm，模板的彈性變形為0.05mm，型面的表面粗糙度值為ra0.2-0.25微米，塑料模壽命已達(dá)100萬次（國內(nèi)可達(dá)到300萬次），模具制造周期仍比國外長2-4倍。這些都標(biāo)志著模具總體水平的參數(shù)指標(biāo)與國外尚有較大差距。注塑模具是現(xiàn)代塑料工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備。注塑模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。用注塑模生產(chǎn)成型零件的主要優(yōu)點(diǎn)是制造簡單、材料利用率高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品，更能獲得價(jià)廉物美的經(jīng)濟(jì)效果。因此，注塑模的現(xiàn)代設(shè)計(jì)與制造技術(shù)和現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有密切關(guān)系。在cad技術(shù)引入注塑模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域后，模具設(shè)計(jì)發(fā)生了根本性的變革，同時(shí)也帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，塑

5、料模cad/cae/cam技術(shù)的重要性正逐漸被模具界所認(rèn)識，其中塑料注塑模具應(yīng)用軟件的發(fā)展引人注目，形成了一枝獨(dú)秀的局面。據(jù)國外統(tǒng)計(jì)，注塑模具cad技術(shù)也在不斷地應(yīng)用和推廣中。國外二十多年來注塑模具cad技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速。70年代已開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)對熔融塑料在圓形、管型和長方形型腔內(nèi)的流動情況進(jìn)行分析。80年代初，人們成功采用有限元法分析三維型腔的流動情況，使設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，在模具制造前對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)和修改，以減少試模時(shí)間，提高模具質(zhì)量。近十多年來，注塑模具cad技術(shù)在不斷進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究的同時(shí)，十分注意向?qū)嵱没虡I(yè)化階段發(fā)展，一些商品化軟件逐步推出，并在推廣和

6、實(shí)際應(yīng)用中不斷改進(jìn)、提高和完善。我國模具工業(yè)起步晚、基礎(chǔ)差，模具技術(shù)水平總體上比工業(yè)發(fā)達(dá)國家落后，cad/cam技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用，主要集中于沖壓模和注塑模具兩大類。從cad/cam技術(shù)的應(yīng)用上說，在90年代中后期，美國和日本塑料模具行業(yè)應(yīng)用cad/cam技術(shù)的企業(yè)達(dá)75%，采用cae分析技術(shù)的企業(yè)約占60%。而我國的模具企業(yè)應(yīng)用cad/cam技術(shù)的僅占5%左右，經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的上海市模具企業(yè)中應(yīng)用模具cad/cam技術(shù)僅占16%左右，與國外差距很遠(yuǎn)。在生產(chǎn)周期方面，國外一般模具要求10-30天，大型精密模具需3-6個(gè)月;國內(nèi)一般模具需60-90天，較復(fù)雜的模具需要10個(gè)月以上。1.3塑料模具

7、設(shè)計(jì)的發(fā)展與模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的優(yōu)越性塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計(jì)與制造與現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有密切聯(lián)系，塑料模具是現(xiàn)代塑料工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，以型腔模具為代表的模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，受到政府和企業(yè)界的高度重視。發(fā)達(dá)國家有“模具主業(yè)是進(jìn)入富裕社會的原動力”之說，可見其重視的程度。當(dāng)今，“模具就是產(chǎn)品質(zhì)量”、“模具就是經(jīng)濟(jì)效益”的觀念已被越來越多的人接受。用塑料模具生產(chǎn)成形塑料制品的主要優(yōu)點(diǎn)是制造簡便、材料利用率高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致性好，特別是對大批量生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品，更能獲得價(jià)廉物美的經(jīng)濟(jì)效果。塑料模具也是成型塑料制品的主要工具，它的結(jié)構(gòu)和加工精度對塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率等有直接的關(guān)

8、系。因而世界各國對塑料模具的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方向與制造技術(shù)都極為關(guān)注。按照塑料模具設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法，常常依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、技巧和現(xiàn)有的設(shè)計(jì)資料，從對塑料模具的工藝計(jì)算到塑料模具的設(shè)計(jì)制圖，全靠手工勞動，對塑料模具的制造就更需要專業(yè)人員付出大量的勞動，所以模具設(shè)計(jì)水平、交貨要求等都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了生產(chǎn)發(fā)展的要求。因此，一些先進(jìn)的工業(yè)國家對塑料的成形機(jī)理和塑料模具技術(shù)進(jìn)行了大量的研究工作。如在塑料學(xué)方面改進(jìn)塑料的成分組織，以提高其成形性能:研究材料的成形性能及其影響因素，以提高工藝分析和塑料模設(shè)計(jì)的可靠性;在模具設(shè)計(jì)制造方面針對不同批量、不同原材料、不同零件形狀尺寸和不同的生產(chǎn)條件，研制出各種特殊的塑模結(jié)構(gòu)、

9、塑模材料和塑模制造方法等，使塑模生產(chǎn)在質(zhì)量和數(shù)量上都有大的發(fā)展和提高。盡管如此，但是還是跟不上現(xiàn)代塑料工業(yè)生產(chǎn)高速度發(fā)展的形式，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了用戶對塑模行業(yè)提出的“質(zhì)量高、交貨快和價(jià)格低”的要求。塑模cad的應(yīng)用大大地提高塑模的設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量和速度。模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)無論在提高生產(chǎn)率、改善質(zhì)量方面，還是在降低成本、減輕勞動強(qiáng)度方面，都具有突出的優(yōu)越性，因而成為解決上述問題的有效途徑。采用塑模cad技術(shù)可以提高模具質(zhì)量。因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)儲存了各有關(guān)專業(yè)的綜合性的技術(shù)知識，為塑模設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)與人交互作用，有利于發(fā)揮人、機(jī)各自的特長，使塑模設(shè)計(jì)更加合理化。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用的優(yōu)

10、化設(shè)計(jì)方法可使某些工藝參數(shù)和塑模結(jié)構(gòu)優(yōu)化。不同部門都可以利用同一數(shù)據(jù)庫中的信息，因而保證了數(shù)據(jù)的一致性，減少了文件的數(shù)量。由于這些因素cad技術(shù)提高了塑模的質(zhì)量，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。利用算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模具可以節(jié)省時(shí)間，提高生產(chǎn)率。由于塑模制造精度高，塑模的可靠性增加，試模次數(shù)和裝修時(shí)間明顯減少。設(shè)計(jì)計(jì)算和圖紙繪制的自動化大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)塑模可以較大幅度地降低成本。計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算繪圖機(jī)的自動工作節(jié)省了勞動力，優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來了原材料的節(jié)省，因此較大幅度地降低了產(chǎn)品成本。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)塑模使生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間縮短，加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，從而使產(chǎn)品的競爭力加強(qiáng)。1.4我國塑料模具工業(yè)今后的主

11、要發(fā)展方向(1)提高大型 、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計(jì)水平及比例。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。(2)在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用cad/cam/cae技術(shù)。cad/cam技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共享技術(shù)，近年來模具cad/cam技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格己降低到中小企業(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

12、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。(3)推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。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。制訂熱流道元器件的國家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價(jià)廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。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。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。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。另一方面為了

13、確保塑料件精度，繼續(xù)研究開發(fā)高壓注射成型工藝與模具也非常重要。(4)開發(fā)新的成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。(5)提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。我國模具標(biāo)準(zhǔn)件水平和模具標(biāo)準(zhǔn)化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展。為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用要大力推廣。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。(6)應(yīng)用優(yōu)質(zhì)材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。(7)研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向

14、工程。采用三坐標(biāo)測量儀或三坐標(biāo)掃描儀實(shí)現(xiàn)逆向工程是塑料模cad/cam的關(guān)鍵技術(shù)之一。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。第二章 注塑模設(shè)計(jì)規(guī)劃與設(shè)計(jì)方案2.1模具的多種設(shè)計(jì)方案通過查閱國內(nèi)外有關(guān)注射模具設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)資料，較詳細(xì)的了解了塑料模具所必需的設(shè)計(jì)資料和最新的塑料模具常用模具鋼、標(biāo)準(zhǔn)件國家標(biāo)準(zhǔn)，以及設(shè)計(jì)方法和公式、規(guī)則、表格等設(shè)計(jì)資料的使用方法。塑料注射模具設(shè)計(jì)內(nèi)容包括塑料制品工藝分析，成型方法及工藝流程制定，模具類型及結(jié)構(gòu)形式確定，成型工藝條件確定，工藝計(jì)算(即注射量、注射壓力、鎖模力、成型零件工作尺寸、冷卻參數(shù)、注射溫度和注射時(shí)間等)，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分型面設(shè)

15、計(jì)，成型零件設(shè)計(jì)，導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，加熱與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，繪制模具裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)零件圖，編寫設(shè)計(jì)論文等。針對所設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)面板,可考慮到多種方案:（1）洗衣機(jī)面板澆口的確定，根據(jù)所設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)面板的工件結(jié)構(gòu)以及moldflow模擬分析出的最佳澆口來確定。（2）注塑工藝參數(shù)的確定，以往的注塑模具設(shè)計(jì)中往往通過反復(fù)的試模來確定，這樣就延長了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)效率。這次設(shè)計(jì)中，采用目前最流行的商業(yè)軟件moldflow進(jìn)行模擬來確定和優(yōu)化工藝參數(shù)。（3）模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以往的模具設(shè)計(jì)，主要通過查閱參考資料，確定標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸，而且最后采用二維圖紙反映，這樣對于復(fù)雜的洗衣機(jī)面板來說，就不直觀。這次設(shè)計(jì)采

16、用目前工廠中廣泛使用的ug中的moldwizard模塊進(jìn)行三維模具設(shè)計(jì)。本課題的關(guān)鍵問題在于通過moldflow確定和優(yōu)化塑料模具工藝參數(shù)，塑料模具結(jié)構(gòu)的選擇，塑料成型零部件的設(shè)計(jì)，脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、注塑機(jī)選用、模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及運(yùn)用auto cad進(jìn)行二維造型，利用ug進(jìn)行三維造型，以及利用moldwizard進(jìn)行三維模具設(shè)計(jì)。本課題難點(diǎn)在于通過moldflow軟件確定和優(yōu)化塑料模具工藝參數(shù),塑料模具結(jié)構(gòu)的確定,以及用moldwizard進(jìn)行三維模具設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)技術(shù)大都是依據(jù)手工的方法來設(shè)計(jì)模具的主要工作零件（凸、凹?；蚰＞咝颓?、型芯）、手工繪制圖紙。模具制作方法大都是采用原件改

17、制或人工敲制、手工刻制，工藝落后，精度很低，制造周期長，直接影響了模具的制造精度和生產(chǎn)效率。人們常認(rèn)為模具制作精度低、生產(chǎn)周期長，只能應(yīng)用于精度要求較低和批量少的生產(chǎn)場合。近年來,隨著市場全球化和競爭的不斷加劇，注塑模具的型腔形狀和模具結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，模具精度要求越來越高,生產(chǎn)周期要求越來越短。為了適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，cad/ cam 技術(shù)被逐漸應(yīng)用于模具工業(yè)，收到了良好的效果。與其他工業(yè)相比,模具工業(yè)有其自身的特點(diǎn)，模具的設(shè)計(jì)制造是從產(chǎn)品模型到生產(chǎn)裝配的逆向過程。為了滿足模具工業(yè)專業(yè)性要求，各大軟件廠商針對各類模具的特點(diǎn)推出了功能完善、操作簡便的專用cad/ cam 系統(tǒng)。比如，美國ugs公司

18、，針對注塑模推出了注塑模設(shè)計(jì)向?qū)ad 系統(tǒng)(moldwizard) ，該系統(tǒng)無縫地集成于ugs拳頭產(chǎn)品三維機(jī)械cad/ cam 系統(tǒng)ug中，為用戶提供了注塑模設(shè)計(jì)環(huán)境和工具，封裝了模具設(shè)計(jì)的專家知識,提供了標(biāo)準(zhǔn)化的模架庫、零件庫和嵌件庫。2.2最佳模具方案的選定經(jīng)過以上的分析，本模具設(shè)計(jì)采用的方案如下：模擬分析優(yōu)化：通過moldflow模擬分析出的最佳澆口，使用moldflow成型工藝分析功能確定初始工藝參數(shù)，如注射量、注射壓力、鎖模力、獲得優(yōu)化的模具溫度和推薦熔體溫度等，并對工藝參數(shù)進(jìn)行分析，包括填充，流動，冷卻，翹曲變形，然后根據(jù)分析結(jié)果對澆注系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。模具設(shè)計(jì)：采用ug中的mold

19、wizard模塊進(jìn)行工件布局，分型線、分型面的確定，型芯、型腔分型，模架的加載，澆道設(shè)計(jì)，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)（冷卻系統(tǒng)）和頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。最終獲得優(yōu)化的注塑模工藝規(guī)劃與模具設(shè)計(jì)方案，指導(dǎo)模具加工和塑料制品生產(chǎn)。第3章moldflow 數(shù)值模擬31 moldflow軟件介紹311moldflow軟件的作用該軟件是美國moldflow公司的產(chǎn)品，該公司自1976年發(fā)行了世界上第一套塑料注塑成型流動分析軟件以來，一直主導(dǎo)塑料成型cae軟件市場。2000年4月，收購了另一個(gè)世界著名的塑料成型分析軟件cmold。 moldflow軟件在注塑模設(shè)計(jì)中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面。1、優(yōu)化塑料制品 運(yùn)用moldflo

20、w軟件，可以得到制品的實(shí)際最小壁厚，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。2、優(yōu)化模具結(jié)構(gòu) 運(yùn)用moldflow軟件，可以得到最佳的澆口數(shù)量與位置，合理的流道系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)，并對型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸和冷卻系統(tǒng)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試模、修模，大大提高模具質(zhì)量，減少修模次數(shù)。3、優(yōu)化注塑工藝參數(shù) 運(yùn)用moldflow軟件，可以確定最佳的注射壓力、保壓壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時(shí)間、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間，以注塑出最佳的塑料制品。3.1.2 mpi3.1軟件的主要模塊1、模型輸入與修復(fù) mpi3.1有三種分析方法：基于中心面的分析、基于表面的分析與三維

21、分析。中心面既可運(yùn)用mpi軟件的造型功能完成，也可從其它c(diǎn)ad模型中抽取，再編輯；表面分析模型與三維分析模型直接讀取其它c(diǎn)ad模型，如快速成型格式（stl）、iges、step、pro/e模型、ug模型等。模型輸入后，軟件提供了多種修復(fù)工具，以生成既能得到準(zhǔn)確結(jié)果，又能減少分析時(shí)間的網(wǎng)格。2、塑料材料與注塑機(jī)數(shù)據(jù)庫 材料數(shù)據(jù)庫包含了超過4000種塑料材料的詳細(xì)數(shù)據(jù)，注塑機(jī)數(shù)據(jù)庫包含了290種商用注塑機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，而且這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫對用戶是完全開放的。3、流動分析 分析塑料在模具中的流動，并且優(yōu)化模腔的布局、材料的選擇、填充和保壓的工藝參數(shù)。4、冷卻分析 分析冷卻系統(tǒng)對流動過程的影響，優(yōu)化冷卻管道

22、的布局和工作條件，與流動分析相結(jié)合，可以得到完美的動態(tài)注塑過程。5、翹曲分析 分析整個(gè)塑件的翹曲變形，包括線形、線形彎曲和非線形，同時(shí)指出產(chǎn)生翹曲的主要原因以及相應(yīng)的改進(jìn)措施。6、纖維填充取向分析 塑件纖維取向?qū)Σ捎美w維化塑料的塑件性能（如拉伸強(qiáng)度）有重要影響。mpi軟件使用一系列集成的分析工具來優(yōu)化和預(yù)測整個(gè)注塑過程的纖維取向，使其分布合理，從而有效地提高該類塑件的性能。7、優(yōu)化注塑工藝參數(shù) 根據(jù)給定的模具、注塑機(jī)、塑件材料等參數(shù)以及流動分析結(jié)果自動產(chǎn)生控制注塑機(jī)的填充保壓曲線，從而免除了在試模時(shí)對注塑機(jī)參數(shù)的反復(fù)調(diào)試。8、結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析 分析塑件在受外界載荷情況下的機(jī)械性能，在考慮注塑工藝的

23、條件下，優(yōu)化塑件的強(qiáng)度和剛度。9、確定合理的塑料收縮率 mpi3.1通過流動分析結(jié)果確定合理的塑料收縮率，保證模腔的尺寸在允許的公差范圍內(nèi)，從而減少塑件廢品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。10、氣體輔助成型分析模擬氣體輔助注射成型過程，對整個(gè)成型過程進(jìn)行優(yōu)化。11、特殊注塑成型過程分析 mpi3.1可以模擬共注射、反應(yīng)注射、微芯片封裝等特殊的注射成型過程，并對其進(jìn)行優(yōu)化。3.2模擬分析過程 321 前處理生成有限元網(wǎng)格圖3.1為洗衣機(jī)面板二維圖，本節(jié)將介紹moldflow軟件進(jìn)行分析的操作基本流程。根據(jù)圖3.1的二維圖采用ug2.0對洗衣機(jī)面板塑料件進(jìn)行三維造型如圖3.2所示,通過ug造型出的工件格式為pr

24、t格式,而moldflow中不識別這種格式,首先在ug中將文件轉(zhuǎn)化為moldflow識別的iges格式,并將其導(dǎo)入moldflow中。圖3.1洗衣機(jī)面板二維圖在進(jìn)行分析前首先要對工件進(jìn)行網(wǎng)格劃分, moldflow可以劃分的網(wǎng)格類型有三種:midplane(中面網(wǎng)格)、fusion （表面網(wǎng)格）、3d（實(shí)體網(wǎng)格）。由于所要模擬分析的洗衣機(jī)面板壁厚為2mm，而fusion技術(shù)是基于moldflow的獨(dú)家專利分析技術(shù)，我們可以直接采用fusion技術(shù)進(jìn)行薄壁實(shí)體模擬分析。 圖3.2 洗衣機(jī)面板三維圖在導(dǎo)入模型之后，需要進(jìn)行前處理，對網(wǎng)格進(jìn)行劃分，檢驗(yàn)以及修改。網(wǎng)格劃分后的模型如圖3.3所示該模型的

25、網(wǎng)格劃分采用的global edge length（柱面長）為0.6mm。通常，隨著模型的尺寸增大，復(fù)雜程度加深和網(wǎng)格密度增大，網(wǎng)格數(shù)目也相應(yīng)增加。圖3.3模型的有限元網(wǎng)格劃分網(wǎng)格后，緊接著需要進(jìn)行網(wǎng)格信息統(tǒng)計(jì)，然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)信息依次進(jìn)行診斷，如果診斷結(jié)果存在不合理的網(wǎng)格，可以運(yùn)用mesh tool網(wǎng)格工具進(jìn)行修改，直到診斷結(jié)果合理為止。網(wǎng)格狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，網(wǎng)格信息包括實(shí)體個(gè)數(shù)，節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，連通域個(gè)數(shù)，單元邊信息，自由邊信息，交疊邊，非交疊邊信息，單元定向，單元交叉信息，最大，最小縱橫比，平均縱橫比，匹配率等。其中網(wǎng)格信息中的幾個(gè)參數(shù)必須滿足一定的要求才能使注塑過程模擬分析合理，其中統(tǒng)計(jì)模型網(wǎng)格劃分后模

26、型內(nèi)獨(dú)立的連通域，其值應(yīng)為1。在fusion和3d類型網(wǎng)格中不允許存在自由邊，在fusion類型網(wǎng)格中，只存在交疊邊而不允許存在非交疊邊，統(tǒng)計(jì)沒有定向的單元數(shù)，該值一定為0，并且表格中不允許存在相互交叉的單元，另外最大最小縱橫比不能次相差太大，在網(wǎng)格匹配率方面，對于fusion表格，在flow（流動）分析中，單元匹配率應(yīng)大于85%才可以接受，對于warp（翹曲）分析，單元匹配率也應(yīng)該超過85%。網(wǎng)格信息如圖3.4所示，修改后的網(wǎng)格經(jīng)分析其中的各個(gè)參數(shù)均滿足。 圖3.4網(wǎng)格信息統(tǒng)計(jì)表針對網(wǎng)格診斷分析結(jié)果和網(wǎng)格信息統(tǒng)計(jì)結(jié)果，當(dāng)診斷出的網(wǎng)格存在問題是就需要利用moldflow提供的網(wǎng)格工具進(jìn)行修補(bǔ)，

27、moldflow提供了18種網(wǎng)格處理工具。其中最常用的就是自動修補(bǔ)，合并節(jié)點(diǎn)，交換共用邊，對某區(qū)域重新劃分網(wǎng)格等。網(wǎng)格缺陷診斷，應(yīng)用moldflow對網(wǎng)格有限元進(jìn)行診斷，網(wǎng)格診斷包括縱橫比診斷，重疊單元診斷，連貫性診斷，自由邊診斷，厚度診斷，出現(xiàn)次數(shù)診斷等。（1）網(wǎng)格縱橫比診斷如圖3.5，可以看出最大縱橫比為5.349,最小的為1.164，兩者相差不是很大，可以滿足模擬分析的要求。這是經(jīng)過網(wǎng)格工具修改后的結(jié)果，如果所顯示的最大最小縱橫比相差很大，則需要重新對網(wǎng)格進(jìn)行修補(bǔ)，直到所顯示的網(wǎng)格縱橫比達(dá)到分析需要的程度。圖3.5網(wǎng)格縱橫比診斷結(jié)果 （2）定向診斷入圖3.6所示，可以看出塑件上的網(wǎng)格定向

28、一致，分析是可以達(dá)到要求，如果網(wǎng)格定向不一致，可能是流動分析不準(zhǔn)確，達(dá)不到用數(shù)值模擬代替理論計(jì)算的目的。圖3.6 網(wǎng)格定向診斷結(jié)果 (3)網(wǎng)格連通性診斷如圖3.7所示，其診斷是通過任意選取一個(gè)單元，moldflow則從選取的單元開始檢查整個(gè)網(wǎng)格的連通性，如果網(wǎng)格不連通則可能使有些單元無法填充，使分析無法進(jìn)行。從圖中看出該網(wǎng)格是連通的，分析可以順利進(jìn)行。 圖3.7 網(wǎng)格連通性診斷結(jié)果（4）網(wǎng)格厚度診斷如圖3.8所示，從圖中可以看出網(wǎng)格厚度基本均勻，如果厚度圖3.8網(wǎng)格厚度診斷結(jié)果相差太大，則可能使流體在流動填充分析時(shí)造成流體滯留，過保壓，和不平衡流動的錯(cuò)誤分析。（5）出現(xiàn)次數(shù)診斷結(jié)果如圖3.9所

29、示，從圖中可以看出各個(gè)網(wǎng)格的出現(xiàn)次數(shù)都為1，不會出現(xiàn)重復(fù)流動的現(xiàn)象。圖3.9 網(wǎng)格出現(xiàn)次數(shù)診斷結(jié)果（6）網(wǎng)格匹配率診斷如上圖3.10所示，只針對fusion網(wǎng)格，對于flow分析，網(wǎng)格匹配率應(yīng)大于85%，對于warp分析，網(wǎng)格匹配率也應(yīng)該大于85%，否則影響分析的準(zhǔn)確性，從圖中可以看出網(wǎng)格基本匹配，明顯大于85%，可以保證模擬分析的準(zhǔn)確性。圖3.10網(wǎng)格匹配率診斷通過以上的診斷，數(shù)值分析模型滿足計(jì)算精度的要求，可以對洗衣機(jī)面板進(jìn)行模擬分析，下一節(jié)將針對洗衣機(jī)面板注塑成型過程進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)值計(jì)算，分析注塑工藝中的洗衣機(jī)面板最佳澆口位置，流動、填充、冷卻、翹曲以及工藝參數(shù)。進(jìn)而獲得優(yōu)化的工藝方案、

30、模具設(shè)計(jì)方案和工藝參數(shù)。 322模擬分析過程首先利用moldflow來分析塑件的最佳澆口，將分析類型設(shè)為最佳澆口，材料采用 abs塑料，（模具表面溫度為50，熔體溫度為240），進(jìn)行分析，圖3-11為分析出的最佳澆口，從圖可以看出，澆口的最佳位置應(yīng)在洗衣機(jī)面板的中部側(cè)面藍(lán)色區(qū)域。 圖3.11 moldflow分析出來的最佳澆口考慮到洗衣機(jī)面板的日常應(yīng)用，我們不能將澆口設(shè)在面板表面，只能設(shè)在側(cè)面（采用側(cè)澆口）或是底面（采用潛伏式澆口），考慮到模具設(shè)計(jì)的問題和模具加工的可行性和方便性，將澆口設(shè)在側(cè)面（即圖中的藍(lán)色側(cè)面區(qū)域）。主要參數(shù)如下：同時(shí)也考慮到設(shè)計(jì)多澆口的模具，由于采用多澆口比較容易產(chǎn)生熔接

31、痕，影響塑件質(zhì)量，并且兩種方案產(chǎn)生的氣孔分布如圖3.12和3.13,采用單澆口和多澆口的熔接痕情況如圖3.14和3.15所示，圖 3.12為單澆口塑件氣孔分布情況，圖3.13為多澆口塑件氣孔分布情況，圖3.14為單澆口的熔接痕分布情況，圖3.15為多澆口的熔接痕分布情況。從兩圖形的比較可以明顯看到，單澆口的塑件熔接痕少，并且分布在洗衣機(jī)面板受力較少區(qū)域，不影響洗衣機(jī)面板的使用性能。因此，我們就確定采用單澆口，并將澆口設(shè)計(jì)在塑件的側(cè)面，moldflow分析的最佳澆口位置，如圖3.12所標(biāo)的位置。圖 3.12 單澆口塑件氣孔分布情況圖3.13多澆口塑件氣孔分布情況 從上面的兩圖比較可以發(fā)現(xiàn)單澆口的

32、塑件氣孔明顯少于多澆口，且多澆口的氣孔分布較集中，對塑件質(zhì)量有很大影響，從這個(gè)方面看采用單澆口比多澆口有優(yōu)勢。圖3.14 單澆口的熔接痕分布情況圖3.15 多澆口的熔接痕分布情況從上面兩幅的不同澆口方案熔接痕比較可以看出，單澆口的熔接痕比多澆口的少，而且分布在使用時(shí)受力少的部分，從這個(gè)方面看單澆口也有優(yōu)勢。 由以上結(jié)論分析確定了采用單澆口和最佳澆口位置，然后在上述分析地基礎(chǔ)上進(jìn)行澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)建，冷卻管道直徑為10mm,采用冷卻水為冷卻劑，流量為6.2立方米/分鐘。澆注系統(tǒng)采用moldflow的建模功能畫直線，并編輯直線屬性來完成。冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)如圖3.16所示圖3.16澆注系統(tǒng)和

33、冷卻系統(tǒng)圖利用moldflow的molding window功能來分析軟件所推薦的分析工藝參數(shù)，同時(shí)molding window還分析出了注射壓力與模具溫度的關(guān)系如圖3.17，從圖中可以看出隨著模具溫度的提高，注射壓力逐漸下降，即模具溫度越高，注射壓力越小，但模具溫度過高，對塑件又有一定的影響。流動前沿最小溫度與模具溫度的關(guān)系如圖3.18，從圖中看出，隨著模具溫度下降，流動前沿最小溫度也下降，即模具溫度越低，流動前沿溫度越小，要提高流動前沿溫度，就要適當(dāng)提高模具溫度。以及最大冷卻時(shí)間與模具溫度的關(guān)系如圖3.19，從圖中可以看出，隨著模具溫度下降，冷卻時(shí)間也跟著下降，即模具溫度越低，冷卻時(shí)間越短

34、，但冷卻時(shí)間越短，可能造成冷卻不均勻等問題，影響塑件質(zhì)量，在對注塑工藝進(jìn)行優(yōu)化的過程中，這些分析結(jié)果都有一定的價(jià)值。要達(dá)到注塑工藝的合理優(yōu)化，就要考慮這些工藝間的關(guān)系。圖3.17注射壓力與模具溫度的關(guān)系圖3.18 流動前沿最小溫度與模具溫度的關(guān)系圖 3.19最大冷卻時(shí)間與模具溫度的關(guān)系從圖3.20可以分析出moldflow采用的工藝參數(shù)為最大設(shè)計(jì)鎖模力為7000.22toone,最大設(shè)計(jì)注射壓力為180mp,推薦的模具溫度為55.56,推薦的熔體溫度為260，推薦注射時(shí)間為2.85s。圖 3.20molding window分析推薦的工藝參數(shù)接下來針對塑件進(jìn)行fill+cool+flow+wa

35、rp分析，動態(tài)分析結(jié)果顯示了分析過程和各個(gè)參數(shù)的變化情況，可以根據(jù)觀察得知分析的詳細(xì)情況。flow(流動)分析包括填充和保壓分析結(jié)果，主要有填充時(shí)間、壓力、熔體前沿溫度、熔接痕、體積收縮率、冷凝層因子等。(1)填充時(shí)間如圖3.21為填充時(shí)間分布圖,從圖中可以看到:填充時(shí)間為2.759s,熔體基本同時(shí)達(dá)到模腔兩端,可以滿足要求。在分析填充時(shí)間分布圖時(shí)，應(yīng)遵循的原則是： 充滿，防止出現(xiàn)短射。 平衡填充，各填充末端在壓力相同下同時(shí)充滿。 均勻填充，流動速度前鋒保持一致，等值線間距保持一致。圖3.21 填充時(shí)間分布圖（2）壓力如圖3.22為模腔內(nèi)填充結(jié)束時(shí)壓力分布圖，從圖中可以看出，填充結(jié)束后，最大壓

36、力集中在澆口附近，為79.6mp，最小壓力在流體最后到達(dá)的地方，壓力基本為0，其他部分壓力分布較均勻。在分析填充壓力分布圖時(shí)，應(yīng)遵循： 壓力等值線均勻分布，間距相等；防止出現(xiàn)在填充完成時(shí)，壓力突然增高。 不能達(dá)到注射壓力。 一腔多模時(shí)，某一模腔的壓力不能高于其他的模腔壓力。圖3.22壓力分布圖（3）熔體前沿溫度如圖3.23所示為熔體前沿溫度分布圖，從圖中可以看出，前沿溫度基本上都為241.3,相差無幾，小于允許值20，在分析熔體前沿溫度時(shí)，應(yīng)遵循的原則： 避免前沿溫度下降過快，防止發(fā)生短射，滯留。 再模腔填充完畢時(shí)，應(yīng)盡可能均勻分布。 防止在模腔填充過程中，溫度低于材料的轉(zhuǎn)換溫度。 在填充完成

37、時(shí)和剛?cè)肟诘臏囟炔钚∮?0。 開模之前，應(yīng)降低到材料的轉(zhuǎn)換溫度以下，并且使制件表面均勻分布。圖3.23熔體前沿溫度分布圖(4)腔體溫度 如圖3.24為腔體溫度分布圖，該結(jié)果為型腔剛充滿時(shí)的溫度分布，其值為厚度方向的平均值。從圖中可以看出，型腔剛充滿時(shí)，腔體溫度分布較均勻，都為27.1。圖3.24腔體溫度分布圖(5)氣穴如圖3.25為氣穴分布圖，從圖中可以看到，氣穴主要分布在塑件的邊縫處和分型面處，容易將氣體排出，因此不必要在模具中添加排氣孔。在分析氣穴分布圖時(shí)，應(yīng)遵循的原則： 應(yīng)發(fā)生在制件的外部邊緣，利于排氣。 避免被熔體包圍。圖3.25 氣穴分布圖（6）熔接痕如圖3.26為熔接痕分布圖，熔接

38、痕應(yīng)避免發(fā)生在應(yīng)力集中和結(jié)構(gòu)較弱處，同時(shí)考慮熔接痕形成的熔體結(jié)合溫度，溫度越高，熔接痕強(qiáng)度越大。從圖中可以看出，熔接痕出現(xiàn)的部位，不用設(shè)計(jì)逃氣，因其分布在分型面附近。圖3.26 熔接痕分布圖在分析熔接痕分布圖時(shí)，應(yīng)遵循的原則： 在高溫下形成（大于材料的轉(zhuǎn)換溫度）。 在熔接痕兩端可以設(shè)置逃氣。 避免在結(jié)構(gòu)較弱或應(yīng)力集中處。 避免出現(xiàn)在制件面上無法逃氣的地方。 避免出現(xiàn)在溫度低于轉(zhuǎn)換溫度處。（7）鎖模力圖3.27為鎖模力曲線，從圖中可以看出，在整個(gè)填充階段，鎖模力穩(wěn)定增加，保壓力完成后，鎖模力變?yōu)?。從圖中可以分析出最大鎖模力為250.0tonne=2500kn，這個(gè)結(jié)果在后面注塑機(jī)校核中鎖模力確

39、定中代替理論計(jì)算。圖3.27 鎖模力曲線在分析鎖模力曲線時(shí)，應(yīng)遵循的原則： 應(yīng)足夠大，防止因熔體的作用被撐開。 所需力應(yīng)小于機(jī)械上限的70%。 從開始填充，鎖模力應(yīng)穩(wěn)定的增加。（8）注射點(diǎn)壓力圖3.28為注射點(diǎn)壓力分布曲線，在工藝條件設(shè)置時(shí)，發(fā)現(xiàn)v/p轉(zhuǎn)換時(shí)的保壓壓力為注射壓力的80%，保壓時(shí)間為10s,成型周期為35s,這些工藝參數(shù)在曲線中可以清楚的顯示。圖3.28 注射點(diǎn)壓力分布曲線（9）體積收縮率圖3.29為體積收縮率分布圖，從圖中可以看出，體積收縮率比較均勻。在分析體積收縮率分布圖時(shí)，應(yīng)遵循的原則： 體積收縮率盡可能低，整個(gè)制件均勻分布。 避免在保壓壓力釋放后有增加現(xiàn)象和出現(xiàn)負(fù)值（即膨

40、脹）情況。圖3.29體積收縮率分布圖（10）冷凝層因子圖3.30為冷凝層因子分布圖，從圖中可以看出，冷凝層因子都為1，比較均勻。當(dāng)冷凝層因子為1時(shí)，應(yīng)停止保壓，所以冷凝因子決定保壓時(shí)間的長短。在分析冷凝層因子分布圖時(shí)，應(yīng)遵循的原則: 在多澆口系統(tǒng)中，各澆口的冷凝層因子應(yīng)相同 整個(gè)制件應(yīng)有均勻的冷凝層。圖3.30冷凝層因子分布圖cool（冷卻）分析主要包括：制件上側(cè)溫度分布、制件下側(cè)溫度分布、制件上下溫度差、制件平均溫度分布、制件最大溫度分布、制件冷凍時(shí)間、冷卻劑溫度、冷卻劑流速、冷卻管道溫度等。注意：制件定模側(cè)溫度分布、制件動模側(cè)溫度分布、制件上下表面溫度差只針對midplane網(wǎng)格模型，對于

41、所模擬的洗衣機(jī)面板采用的是fusion網(wǎng)格，對于fusion網(wǎng)格模型，只有制件上側(cè)溫度分布。制件上側(cè)溫度分布如圖3.31為制件上側(cè)溫度分布圖，從圖中可以看出制件上側(cè)的溫度分布比較均勻，基本為43.17。圖3.31 制件上側(cè)溫度分布圖冷卻劑溫度如圖3.32為冷卻劑溫度分布圖，冷卻劑進(jìn)出口溫度差應(yīng)小于3，而從圖中可以看出進(jìn)出口溫差溫度大于3，說明冷卻劑的冷卻能力沒有問題。圖3.32 冷卻劑溫度冷卻管道溫度如圖3.33所示為冷卻管道溫度分布圖，冷卻管道的管壁溫度與模壁溫度的差應(yīng)小于5。從圖中可以看出冷卻管道的溫度差為3.49，滿足要求。圖3.33 冷卻劑溫度分布圖制件凍結(jié)時(shí)間如圖3.34為制件凍結(jié)時(shí)

42、間分布圖，制件凍結(jié)時(shí)間應(yīng)盡量小，從而實(shí)現(xiàn)均勻冷卻。從圖中可以看出，制件的冷卻時(shí)間大部分為8.005s,冷卻時(shí)間較長，說明冷卻系統(tǒng)存在問題，需要改進(jìn)。圖3.34制件凍結(jié)時(shí)間改進(jìn)冷卻系統(tǒng)可以通過增加冷卻管道、更換冷卻劑和增加冷卻劑雷諾數(shù)來改進(jìn)，我們用增加冷卻管道來改進(jìn)（考慮到更換冷卻劑會增加生產(chǎn)成本，增加冷卻劑雷諾數(shù)會增加功耗）.因此將原來才采用的三組冷卻管道改為四組，增加冷卻管道的數(shù)量，并改變冷卻管道的布局。改進(jìn)后的制件凍結(jié)時(shí)間分布圖如圖3-35所示從圖中可以看出改進(jìn)后的制件凍結(jié)時(shí)間基本上是7.788s,比原來有所改進(jìn)，且改進(jìn)后洗衣機(jī)面板的最小冷卻時(shí)間比以前的冷卻方案時(shí)間短，有利于實(shí)現(xiàn)均勻冷卻。

43、 圖3.35 改進(jìn)后的冷卻系統(tǒng)制件凍結(jié)時(shí)間分布圖warp（翹曲）分析包括總體變形、冷卻因素導(dǎo)致變形、收縮因素導(dǎo)致變形、分子取向?qū)е伦冃?，每一類又分為總體變形量和x、y、z各個(gè)方向上的變形量。收縮因素主要影響總體變形，冷卻和分子取向因素影響較小。我們在這里只分析總體變形量和x、y、z各個(gè)方向上的變形量。所謂翹曲，就是不均勻的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致的塑件缺陷。注塑過程中，塑件翹曲產(chǎn)生的原因主要是注射過程中塑件收縮率不均勻,其表現(xiàn)在以下方面:(1) 塑件不同部位的收縮率不一樣。(2) 沿塑件厚度方向收縮率不同。(3) 與分子取向平行和垂直方向收縮率不同。mf/ warp 模塊把翹曲產(chǎn)生的原因歸結(jié)為以下3點(diǎn): 冷

44、卻不均勻。 收縮不均勻。 分子取向不一致。從圖3.36到圖3.39可以看出總體變形及各個(gè)方向上的變形情況，從圖中可以看出最大變形量為1.920mm,其中在x方向的變形量為1.664mm,其他兩個(gè)方向上的變形量相對較小。圖 3.36為洗衣機(jī)面板的總體翹曲變形，從圖中可以看出，最大翹曲量為1.920mm，發(fā)生在塑件的兩個(gè)末端，最小翹曲量發(fā)生在塑件中間部分，不影響外形美觀。圖3.36 總體變形量圖3.37為洗衣機(jī)面板x方向的變形量，從圖中可以看出，塑件的最大變形翹曲量為1.664mm，發(fā)生在洗衣機(jī)面板左側(cè)末端，最小變形量為-1.007mm。圖3.37 x方向的變形量圖3.38為洗衣機(jī)面板y方向的變形

45、量，從圖中可以看出，該方向上的變形量較小，圖中可以很明顯地看到洗衣機(jī)面板的變形最大為1.17mm,且分布在塑件的兩個(gè)末端，其他部分變形量很小。圖3.38 y方向上的變形量圖3.39為洗衣機(jī)面板z方向的變形量，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，該方向的變形量也比較小，最大的才為0.4900mm，且分布在塑件末端?？梢哉J(rèn)為塑件在該方向上不發(fā)生翹曲。圖3.39 z方向上的變形量第四章 模具設(shè)計(jì) 近年來,隨著市場全球化和競爭的不斷加劇，注塑模具的型腔形狀和模具結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，模具精度要求越來越高,生產(chǎn)周期要求越來越短。為了適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，cad/ cam技術(shù)被逐漸應(yīng)用于模具工業(yè)，收到了良好的效果。與其他工業(yè)相比,模具

46、工業(yè)有其自身的特點(diǎn)，模具的設(shè)計(jì)制造是從產(chǎn)品模型到生產(chǎn)裝配的逆向過程。為了滿足模具工業(yè)專業(yè)性要求，各大軟件廠商針對各類模具的特點(diǎn)推出了功能完善、操作簡便的專用cad/ cam系統(tǒng)。比如，美國ugs公司，針對注塑模推出了注塑模設(shè)計(jì)向?qū)ad 系統(tǒng)(moldwizard) ，該系統(tǒng)無縫地集成ugs拳頭產(chǎn)品三維機(jī)械cad/ cam 系統(tǒng)ug中，為用戶提供了注塑模設(shè)計(jì)環(huán)境和工具,封裝了模具設(shè)計(jì)的專家知識，提供了標(biāo)準(zhǔn)化的模架庫、零件庫和嵌件庫。41 ug軟件moldwizard介紹moldwizard是ug軟件用于注塑模具自動化設(shè)計(jì)的專業(yè)應(yīng)用模塊,運(yùn)用知識嵌入的基本理念，只需根據(jù)產(chǎn)品的三維實(shí)體造型( so

47、lid) ，按照模具設(shè)計(jì)的流程建立一套與產(chǎn)品造型參數(shù)相關(guān)的三維實(shí)體模具。moldwizard是ug軟件中的一個(gè)模具設(shè)計(jì)模塊，它可以指導(dǎo)模具的設(shè)計(jì)過程，應(yīng)用模具向?qū)Ъ夹g(shù)一般能夠?qū)⑸a(chǎn)力提高110倍乃至更多。moldwizard提供給用戶一個(gè)邏輯過程,指導(dǎo)用戶一步步地完成模型設(shè)計(jì)。在這個(gè)優(yōu)化的環(huán)境中提供了很多自動化的功能:如數(shù)據(jù)的讀入和零件建模、家族模具、縮放控制、自動的模腔布局、分模功能、模架工具和庫及標(biāo)準(zhǔn)件工具和庫。分別對應(yīng)于moldwizard 工具條中的各個(gè)圖標(biāo),并且圖標(biāo)的排列順序與實(shí)際的模具設(shè)計(jì)過程相似。模具的三維設(shè)計(jì)是依據(jù)模具加工工藝和產(chǎn)品的三維模型,通過分模,獲得模具的型腔、型芯、滑

48、塊、鑲塊等,并與模架和其他零件進(jìn)行裝配,最后制成模具。在注塑模具三維設(shè)計(jì)中,其關(guān)鍵技術(shù)是分模。注塑模具的分模過程為: （1）建立產(chǎn)品的模具狀態(tài)模型(即添加產(chǎn)品的收縮率等) 。（2）確定模具的開模方向。（3）設(shè)置毛坯(workpiece) 。（4）分析產(chǎn)品,尋找分模線( parting lines) 。（5）對靠破孔部分進(jìn)行修補(bǔ)。（6）對分模線采用拉伸或延拓等方法,構(gòu)建分模曲面。（7）縫補(bǔ)面,共同組合成模具型腔或型芯零件表面。（8）利用分模面分割型腔或型芯模塊。（9）對于必須側(cè)向分型抽芯的產(chǎn)品,相當(dāng)于模具開模方向產(chǎn)生變化,可借助以上方法設(shè)計(jì)側(cè)型芯分模面來完成型腔和側(cè)型芯模塊分割。完成了分模，就需

49、要進(jìn)行模架的選用和加加載標(biāo)準(zhǔn)件，包括定位圈，澆口套、澆道，冷卻管道，頂桿等。42 模具的三維設(shè)計(jì)421零件介紹（1）零件名稱：洗衣機(jī)面板（2）材料： abs （3）三維零件圖：如圖4.1和圖4.2所示圖4.1 三維零件圖正面圖4.2 三維零件圖反面422塑性工藝分析（1）塑件使用材料的種類及工藝特性分析本零件源于工廠的實(shí)際產(chǎn)品中，abs塑料為通用的熱塑性塑料，成型性能較好，流動性好；成型收縮率較小一般為（0.30.8）；比熱容較低，密度為1.031.07g/cm3，在料筒中塑化效率高，成型周期短，缺點(diǎn)是吸水性較大，因此，成型前必須充分干燥。（2）塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析塑件尺寸較大，外部結(jié)構(gòu)較為復(fù)

50、雜，除了外形不規(guī)則外，塑件上沒有側(cè)孔或側(cè)凹，塑件內(nèi)部也沒有倒扣，因此不需要安排側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)和斜頂機(jī)構(gòu)，其它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征要符合塑件的設(shè)計(jì)要求423制定工藝方案1產(chǎn)品質(zhì)量：根據(jù)塑件的形狀在ug中可得到單件產(chǎn)品的體積v263.3cm3，abs的密度取1.05g/cm3，得到產(chǎn)品質(zhì)量為：m1.05263.3=276.465g。2分型面的確定如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時(shí)

51、一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則：（1）分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處。（2）便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時(shí)留在動模一邊。（3）保證塑件的精度要求。（4）滿足塑件的外觀質(zhì)量要求。（5）便于模具加工制造。（6）對成型面積的影響。（7）對排氣效果的影響。（8）對側(cè)向抽芯的影響?？紤]到以上因素，采用與注塑機(jī)開模方向垂直的平面分型面，沿著零件的邊緣作分型面。我們采用通過ug的moldwizard自動分模。3模具型腔、型芯及其工作部位尺寸的確定：abs的收縮率取為0.5，因此在ug中，將零件尺寸放大1.005倍后，用一毛坯如圖4.3所示，將零件包在其中然后沿分型面分模，即可得到模具初步的型腔和型芯尺寸。圖4.

52、3 包羅零件毛坯由于零件尺寸較大，采用的方法是將型芯型腔部分做成兩個(gè)鑲塊單獨(dú)加工，然后在將鑲塊固定在模板上，這樣既節(jié)省模具鋼和又方便了加工。為便于安裝和分模，根據(jù)零件尺寸，鑲塊四邊長度和厚度方向比零件尺寸大4050mm，厚度比零件總高度大45mm，然后再將鑲塊從中間一分為二。模具的前模部分應(yīng)包含型芯鑲塊組成的型腔部分，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，為了滿足強(qiáng)度和安裝要求，型腔的側(cè)壁厚度應(yīng)比型腔大7090mm，高度方向的壁厚大于50mm，因此前模寬度取200mm，長度750mm，厚度取120mm。這樣模具的前模和后模部分組成的長方體可確定為700mm200mm240mm。根據(jù)以上計(jì)算將此長方體分模并經(jīng)過修改后，建立

53、的型芯、型腔鑲塊部分如圖4.4和圖4.5所示：圖4-4 型芯圖4-5 型腔424澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)1主流道設(shè)計(jì)主流道是一端與注射機(jī)噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動通道。主流道小端尺寸為3.54mm。2澆口套設(shè)計(jì)主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對材料要求較嚴(yán)，因而模具主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套，以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理。澆口套都是標(biāo)準(zhǔn)件，只需去買就行。澆口套規(guī)格12，16，20等幾種。由于注射機(jī)的噴嘴半徑為20，所以澆口套的為r21，如圖4.6所示。圖4.6 澆口套用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是標(biāo)準(zhǔn)件，外徑為120mm，內(nèi)徑35

54、mm。具體固定形式如圖4.7所示，如圖4.8為定位圈的三維圖 圖4.7定位圈固定 4.8 定位圈的三維圖 3分流道及澆口設(shè)計(jì)（1）主分流道。該塑件尺寸較大，應(yīng)設(shè)置分流道，分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段。因此分流道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài)，并在流動過程中壓力損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個(gè)型腔。為了便于加工及凝料脫模，分流道大多設(shè)置在分型面上，分流道截面形狀一般為圓形、梯形、u形、半圓形及矩形等，工程設(shè)計(jì)中常采用梯形，因?yàn)榻孛婕庸すに囆院?，且塑?/p>

55、熔體的熱量散失流動阻力均不大。梯形的側(cè)面斜角a常取50150，這里取100。梯形大底邊寬度取10mm，高度為7mm。另外由于使用了水口板，分流道必須做成梯形截面，便于分流道和主流道凝料脫模。分流道要盡可能短，且彎折要少，便于注射成型過程中最經(jīng)濟(jì)地使用原料和注射機(jī)的能耗，減少壓力損失和熱量損失。在這里考慮注塑機(jī)的澆口和塑件中心不一致，因此，將分流道設(shè)計(jì)成直的總長60mm。（2）副分流道設(shè)計(jì)豎直方向上的副分流道為有錐度的流道，其錐度為單邊20，其最頂部直徑為3mm，這些都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值，然后根據(jù)模具上模長度確定其總長度，如下圖4.9所示：圖4.9副分流道（3）水平方向上副分流道以及澆口的設(shè)計(jì)水平方

56、向上，為提高熔體的流動性，副分流道設(shè)為u型。考慮到塑件表面質(zhì)量的要求，本模具中采用側(cè)澆口的形式。側(cè)澆口又稱邊緣澆口，國外稱之為標(biāo)準(zhǔn)澆口。側(cè)澆口一般開設(shè)在分型面上，塑料熔體于型腔的側(cè)面充模，其截面形狀多為矩形狹縫，調(diào)整其截面的厚度和寬度可以調(diào)節(jié)熔體充模時(shí)的剪切速率及澆口封閉時(shí)間。這種澆口加工容易，修整方便，并且可以根據(jù)塑件的形狀特征靈活地選擇進(jìn)料位置，因此它是廣泛使用的一種澆口形式。具體到這套模具，其澆口形式及尺寸以及水平方向上副分流道結(jié)構(gòu)如圖4.10所示。澆口各部分尺寸都是取的經(jīng)驗(yàn)值。圖4.10副分流道與澆口（4）澆口位置的選擇模具設(shè)計(jì)時(shí)，澆口的位置及尺寸要求比較嚴(yán)格，初步試模后還需進(jìn)一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設(shè)位置對塑件成型性能及質(zhì)量影響很大，因此合理選擇澆口的開設(shè)位置是提高質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)澆口位置的不同還影響模具結(jié)構(gòu)。總之要使塑件具有良好的性能與外表，一定要認(rèn)真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項(xiàng)原則：1）盡量縮短流動距離。