(毕业论文)CAEMOLDFLOW分析(2013年优秀毕业设计论文)

昆明理工大学研究生硕士学位论文 摘要 木论文在简 单介绍国外和我国模具丁业的现状和发展趋势、注塑件的常见缺陷 及C A 6 的 从木原 理后， 主要 对注塑 模C A E 如 下几个方面进行了 较详细的分析和研究: 一、 通过 一 个具体实例探讨了如何利用 M o l d f l o w软件进行最佳冷却系统的设计 的般过程和步骤， 从而也比较详细的介绍了 M o l d f l o *的主要功能和作用。 并且对 : 其它更加复 杂的塑 料件， M o l d f l o w 在模具设计、 :1 = 艺参数的 确定等方面表 现出的 优越性史为明显， 无论塑料于 4 复杂程度如何， 用 M o l d f l o w 分析的过程和步骤与木论 文所述基木相同， 使用的原 理和分析方法也基木相似。 木论文也就为 一般塑 料零 件 进行流动分析提供了较通用的方法。 二. 通过几个典型实例阐述了在浇 口位置选择时除了利用 M o l d f l 、 分析结果 外，还必须根据实际情况进行具体综合考虑。浇口位置的选择是设计模具前的一个 吸要步骤， 对模共的设计好坏起相当关键的作用。 利用M o l d f l o w 可以分析出零件的 最 仕浇日位 , 但其分析出的 结果是 根据此零件的儿何形状来得出的，主要是让 塑 料能比较均匀平稳的到达零件的 各个点。 而在实际设计时却还要考虑许多 其它因 素口 从水 沦文通过列出的儿个典型实例来说明， 在利用 M o l d f l o w 得到的零件最佳浇日位 背分析图时， 虽然还必须综令考虑其它因素， 但 M o l d f l o w的分析结果仍然为设计者 提供了非 常重要的参考依据， 特别对于复杂的零件， 由于塑料的流动过程十分复杂， 设计r i- 很难准确把握注射成型时塑料如何流动 此时具体的分析图能发抨熏要作用， 大大减少设计者产生失误的可能。 三 . 根据 M o l d f l o w对塑料的流动过程的分析结果进行考虑时是假定注塑时模具 本身不变形， 似在实际中，模具木身山 于受到强大 注射力的影响 而发生 较大变形， 在不少惜况下 对产品质量造成很大影响，必须充分考虑模具木身的变形量，但 M o I d I o w 却 无法对此进行分析， 而A n s y s 的 结构分析功能很强。 木论文通过一 个实 例详细介绍了如何将M o l d f l o w 的分 析结果 进行简 化， 其中 包括简化的 基木原理 和详 细 过程， 然后输入A n s y s 中，并 分析出 模具中型芯的 详实变形情况，帮 助确定 最佳 浇I l 位置。 并H . 通过实际 验证说明， 利用M o l d fl o w和A N S Y S 的 结合比较真实 和全 If i f l川莫 拟了汁别过 程中塑 料的 流动 情况和模具变形 情况，为 模具设计提供了更为有 价值的参考依据。 关键词: C H, 泪 一 塑 模、 M o ， 。曰O W 、 八 。 s y s 、 系 统 集 成 塑料注射成型工艺模拟 A b s t r a c t Mo u l d i n d u s t r y i s a b a s i c e s t a t e i n ma n u f a c t u r i n g i n d u s t r y , i s a l s o t h e i m p o r t a n t f i e l d o f h i g h n e w t e c h n i c a l e s t a t e . N o w , t h e m o u l d t e c h n o l o g y o f C A D / C A M h a s d e v e l o p e d t o b e c o m e t h e c o m p a r a b l y r i p e a n d g e n e r a l t e c h n o l o g y , h a s p o p u l a r i z e d i n t h e m e d i u m a n d S m a l l C o r p o r a t i o n e s p e c i a l l y i n r e c e n t y e a r s . A n d C A E t e c h n o l o g y s d e v e l o p m e n t p o w e r i s t h e r a i s i n g o f t h e t e c h n i c a l h .v e l o f C A D / C A M, C A E t e c h n o l o g y s d e v e l o p m e n t c o n d i t i o n i s t h e e x t r u s i o n o f th e h i g h p e r f o r m a n c e c o m p u t e r a n d g r a p h s h o w e q u i p m e n t , C A E t e c h n o l o g y i s t h e n e w t e c h n o l o g y t h a t b a s e d o n t h e t h e o r y t h a t c a l c u l a t e m e c h a n i c s i n c l u d i n g t h e m e t h o d s s u c h a s b o u n d a ry E l e m e n t , F i n i t e E l e m e n t , s t r u c t u r a l o p t i m i z a t i o n d e s i g n a n d m o d e a n a l y s i s a n d s o o n . T h i s a r t i c l e c a r r i e s o u t s o m e r e s e a r c h e s a b o u t th e p l a s t i c m o u l d C A E . C a r r y o u t p l a s t i c fl o a t i n g s i m u l a t e d a n a l y s i s u s i n g M o l d fl o w s o f t w a r e , c a r ry o u t t h e s i m u l a t e d a n a l y s i s o f m o u l d d e f o r m a t i o n u s i n g A n s y s s o f t w a r e , a n d ma k e t h e t w o s o f t w a r e o r g a n i c c o m b i n e d , a l t e r t h e h a n d l i n g s i m p l i f y i n g t h e a n a l y s i s r e s u l t o f M o l d f l o w , i n p u t t h e s i m p l i fi e d r e s u l t t o A n s y s t o a , a l y z e , s o , m a k e t h e r e s u l t o f a n a l y s i s m o r e t r u e a n d r e l i a b l e , t h e c o n t e n t i s mo r e f u l l a n d a c c u r a t e a n d o v e r a l l A f t e r s i m p l e i n t r o d u c i n g t h e w o r l d a n d o u r c o u n t r y s m o u l d i n d u s t ry a n d t h e p l a s t i c p a r t s o r d i n a r y fl a w a n d t h e b a s i c t h e o r y p r i n c i p l e o f C A E , t h e a r t i c l e fi r s t i s m u c h d e t a i l e d t o i n t r o d u c e t h e b a s i c s t e p t h a t a n a l y z e u s i n g M o l d fl o w t h r o u g h a e x a m p l e t h a t c o o l s y s t e m d e s i g n ; T h e n t h r o u g h s o m e e l a b o r a t e e x a m p l e s c a r r y o u t s p e c i f i c a l l y c o m p r e h e n s i v e c o n s i d e r a t i o n b y u s i n g t h e r e s u l t o f M o l d f l o w a n a l y s i s a n d p r a c t i c a l c o n d i t i o n i n b e s t g a t e l o c a t i o n o p t i o n ; a g a i n i n t r o d u c e i n d e t a i l t h r o u g h a e x a m p l e h o w t o s i m p l i 勿t h e r e s u l t o f Mo l d fl o w a i d i n p u t th e s i m p l i f i e d res u lt t o A n s y s , t h e n a n a l y z e m o u l d f u l l a n d a c c u r a t e d e f o r m i n g c o n d i t i o n , h e l p t o d e t e r m i n e w h i c h i s t h e b e s t l o c a t i o n ; F i n a l l y a c c o r d i n g t o t h e c o n d i t i o n t h a t a p p e a r s i n s p e c i f i c a n a l y s i s p u t f o r w a r d s o m e s i m p l e c o n c e p t i o n s o f t h e m o u l d s y s t e m i n t e g r a t i o n o f C A D / C A M/ C A E . K e y w o r d ; C A E , P l a s t i c m o u l d , M o l d f l o w , A n s y s , s y s t e m i n t e g r a t i o n 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师的指导下 ( 或 我 个 人 一 )行 研 究 工 作 所 取 得 的 成 果 吮 文 中 已 经 注 明 引 用 的 内 容外， 本 论文 不 含任何其 他个 人或集 体已 经 发表或撰写 过的 研究成 果。 对 本文 的 研究 做出 重要 贡 献的 个 人和 集 体， 均已 在 论文中 作了 明 确的A明并表示了 谢意。本声明的法律结果由 本人承担。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 阵 洛 竹 期: ,q 4 - 年 4 - 月 t o日 关于论文使用授权的说明 本人完 全了 解昆明 理工大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即: 学校有权保留、 送交论文的复印 件， 允许论文被查阅， 学校可以公布 论文的 全部或部分内容，可以 采用影印 或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导 师 签 名:论 文 作 者 签 名 :陈 志寻 日期: 0 4 口 络 年 举 月， 0 日 昆明理 工大学 研究生 硕士学位论 文 第一章绪论 模其工业的概况 在讨论注塑模C A D / C A E 之前， 我们应该对国 外的 塑料模具工业的 状况、 我国的 塑料模具工业现状、 塑料模具工业的 发展方向 有一个较清晰了 解， 这也就使我们对 本课题的意义有所了解。 我们首先要对模具要有一个 整体的认识。 模具是机械、 汽车、电 子、 通讯、 家 电 等L 业产品的基础 工艺 装备之一。 作为工业基础， 模具的质量、精度、寿命对其 他工业的发展起着十分重要的 作用，在国际上被称为 “ 工业之母” ，对国民 经济发 展起着不容质疑的作用。 模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的墓础，同时本身又是 高新技术产业的重要领域，主 欧美等工业发达国家被称为 “ 点铁成金”的 “ 磁力工 业，。 美国 工业界 认为“ 模具工业是美国 工业的 基石” : 德国 则认为是所有工业中 的 “ 关键工业，:日 本模具协会也认为 “ 模具是促进社会繁荣富裕的动力” ，同时也 是 “ 整个工业发展的 秘密” ， 是 “ 进入富裕社会的原动力” 。日 本模具产业年产值 达到 1 3 0 0 0 亿日 元， 远远超过日 本机床总产值9 0 0 0 亿日 元。 如 今， 世界模具工业的 发展 甚 至已 超过了 新兴的电 子工业。 在模具工业的总产值中，冲压模具约占5 0 % , 塑料 模具约 占3 3 % ，压铸模具约占6 % ，其它各类模具约占1 1 % 0 塑料模具工业是随塑 料工 业的发 展而发 展的。 塑料工业是一门新兴工业。自 塑 料问世后的 几十 年以来，由 于其原料丰富、 制作方便 和成本低廉，塑 料工 业发展 很 快它在某些方 面己 取代了浮 种有色金属、 黑色金属、 水泥、 橡胶、 棉皮、皮 革、 陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。 月 前在国民 经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。 特别是在 办公设备、 照相机、 汽车、 仪器仪表、 机械制造、 交通、电 信、 轻工、 建筑业产品、 日 用品以 及家 用电器行业中的电 视机、 收录机、 洗衣机、电冰 箱和手表的壳体等零 件， 都已 经向塑料化方向 发展。 近几 年来由于工 程塑 料制件的强度和精度等得到很 大的 提高， 因而各种工程塑料零件的使用范围 正在不断扩大， 预计 今后随着微型电 子计算机的 普及和汽车的 微型 化， 塑料制件的使用范围将会越来越大， 塑料工业的 生产量也将迅速增长， 塑料的应用将覆盖国民 经济所有部门， 尤其 在国防和尖端 科 塑料注射成型工艺模拟 学技术领域中占有越来越重要的地位。目前，世界的塑料产量己超过有色金属产量 的总和 。 塑料模就是利用特点形状 去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础 装备。塑料模是现代塑料工业生产中的重要工艺装备。塑料工业是国民经济的基础 工业。用塑料模生产成形零件的主要优点是制造简便、材料利用高、 生产率高、 产 品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效 果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料 工业的飞速发展，塑料模工业也就随之迅速发展。 在我国， 随 着国民经济的高 速发展， 模具工业的 发展也 就十分迅速。 1 9 9 9 年中 国大陆制造工业对模具的总 市场需 求量约为3 3 0 亿元， 今后几年仍将以 每年 1 0 % 以 上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年 1 0 % 的增幅。汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。1 9 9 9 年，国 内汽车年产量为 1 8 3万辆， 。保有量为 1 5 0 0万辆，预计到 2 0 0 5 年汽车年产量将达 6 0 0万辆。仅汽车行业就将需要各种塑料件 3 6万吨，而目前的生产能力仅为 2 0 多 万吨，因此发展空间 十分广阔。 家用电 器， 如彩电、 冰箱、 洗衣机、 空调等，在国 内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量已超过 3 2 0 0万台，电冰箱、洗衣机和 空调的年产量均超过了 1 0 0 0万台。家 用电 器行业的 飞速发展使之对模具的 需求量 极大。到2 0 1 0 年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为 3 0 % ,塑料管的普 及率 将达到 5 0 % ， 这些都会大大增加对 模具的 需求量。 其它发展较快的行业， 如电 子、 通讯和建筑材料等行业对模具的 需求， 都将对中国 模具工业和技术的 发展产生 巨大的推动作用。 1 . 2 我国塑料模具工业和技术现状 在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技 术水平的 高低，已 成为衡量一个国 家制造业水 平高低的重要标志， 并在很大 程度上 率 决定 着产品 质量、 效益和新产品的 开发能力。 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 18 英寸大 屏幕彩电 塑壳注射模具、 6 . 5 k g 大容 量洗 衣 机全套塑料模具以 及汽车保险 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 昆明理工大学研究生硕士学位论文 电有限公司和烟台北极星 1 . K 模具有限公司制造的多腔 V C D 和 D V D 齿轮模具，所生 产的这类齿轮塑件的尺寸精度、 !司轴度、 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的齿形误差， 达到了 标 准 渐开线齿形要求。 还能生产岸 度仅为 0 . 0 8 二 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 . 0 2 -0 . 0 5 m m ，表面粗糙度 R a O . 2 u m ， 模具 质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达 1 0 3 0万次， 淬火 钢模达 5 0 -1 0 0 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 创新设计方面也取得 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 2 9 -3 4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 - M O L D 气辅软件，取得较好的效果。如 I .- 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 2 0 % 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1 0 % ,与 国外的5 0 8 0 % 相比，差距较大。 在制造技术方面，C A D / C A M / C A ; 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C A D / C A M 系统， 如美国E D S 的U G 1 1 、 美 国 P a r a m e t r i c T e c h n o l o g y公司的 P r o / E n g i n e e r 、美国 C V公司的 C A D S S 、英国 D e l t a c a m公司的 D O C T 5 ,日 本 i z S公司的 C R A D E 、以 色列公司的 C i m a t r o n 、美国 A C - T e c h 公司的C - M o l d 及澳大利亚M o l d f l o w 公司的M P A 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C A D / C A M的 集 成， 并能支持C A E 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C A D / C A M 技术的发 展。 近年来， 我国自 主开发的塑料模 C A D / C A M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C A X A 系统、 华中理工大学开发的 注塑 模H S C 5 . 0 系统及C A E 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C A D / C A M 技术 创造了良 好乍 件。 近年来，国内己 较广泛地采用一些新的塑料模具钢， 如:P 2 0 , 3 C r 2 M o , P M S , S M I 、 S M I I 等， 对模具的 质量和使用寿命有着直接的 重大的 影响， 但总 体使用量仍 较少。塑 料模标准模架、 标准排杆和弹簧等越来越广泛地得到应用， 并且出 现了 一 些国产的商品化的热流道系统儿件。 但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般 3 塑料注射成型工艺模拟 在 3 0 % 以下，和国外先进工业国家已达到 7 0 % - 8 0 % 相比，仍有很大差距。 国内外塑料模具技术比较表: 项 目 国外国内 注塑模型腔精度 ) 0 05 0 0 . Ol m m 0 . 0 2 0 . 0 5 m m 型腔表面粗糙度 R a O . 0l - 0 . 05 u m R a O . 2 0 u m 非淬火钢模具寿命1 0 6 0万次 1 0 3 0万次 淬火钢模具寿命1 6 0 3 0 0 万次 5 0 -1 0 0 万次 热流道模具使用率8 0 % 以上总体不 足 1 0 % 标准化程度7 0 - 8 0 % 小于 3 0 % 中型塑料模生产周期一个月左右 2 -4 个月 目 前， 全世界 模具的年产值约为6 5 0 亿美元， 我国模具工业的产值在国 际上排 名位居第三位，仅次于日本和美国。 虽然近几年来， 我国模具工业的技术水平己 取 得了 很大的 进步， 但总体上与工业发达的国家 相比仍 有较大的差距。 纵观发达国家对模具工业的认识与重视， 我们感受到制造理念陈旧则是我国模 具工业发展滞后的 直接原因。 模具技术水平的 高低， 决定着产品的质量、 效益和新 产品开发能 力， 它已 成为 衡量一 个国 家制造业水平高低的重要标志。 因此， 模具是 国家重点鼓励与支持发展的技术 和产品， 现代模具是多学科 知识集聚的高新技术产 业的一部分， 是国 民经济的装备产业， 其技术、 资金与劳动 相对密 集。 提高模具 标 准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具 设 计制造周期， 同时 也显著提高模具的制 造精度和使用性能， 大大地提高 模具质量。 早在 1 9 8 9年，在国 务院 颁布的 关于当 前产业政策要点的决定中， 模具 被 列为 机械工 业技术改造序列的首位。 1 9 9 7 年以 来， 又相继把模具及其加工技术和设 备列 入 当 前国家重点鼓 励发展的产业、 产品 和技术目 录 和 鼓励外商投资产业 目 录 。经国务院批准，从 1 9 9 7 年开始对 部分模具企业实 行了 增值税返还7 0 % 的 优 惠政策。所有这些国家对模具工业采取的 优惠 政策也 将对其发 展提供有力支持。 在科技发展中， 人是第一因素，因 此我们要 特别注重对知识的更新与学习， 实 昆明理工大学研究生硕士学位论文 现产、 学、 研相结合， 培养更多的 模具 人刁， 搞好技术创新， 提高 模具设计制造水 平。在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实 现模具企业的敏捷制造、 动态联盟与系统集成。 我国模具工业一个完全信息 化的、 充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。 1 . 3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向 1 、提高大型、 精密、复杂、长寿命模具的设计制 造水平及比 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 。 2 、 在塑料模设计制 造中全面推 广应用C A D / C A M / C A E 技术。 C A D / C A M 技术已 发展成 为一项比 较成熟的 共性技术， 近年来模具C A D / C A M 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了良 好的条件;基于网 络的 C A D / C A M / C A E一 体化系 统结构 初见端 倪，其 将解决 传统混合型 C A D / C A M 系统无法满 足实际生产过程分工 协作要求的问 题; C A D / C A M软 件的 智能 化程度将逐步提高;塑 料制件及模具的3 D 设计与成型过程的3 D 分 析将在我国 塑料模具工业中发挥越来越 重 要的作用。 而随着大量模具C A E 软件的出 现及其不断完善， 在模具设计过程中C A E 软 件的使用也就越来越重要了。 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， 而且其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 究发展高压注射成型工艺与模具以 及 注射压 缩成型工艺与模具也非常重要。 4 、 开发新的塑料 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 塑料注射成型工艺模拟 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、降低戊本:再次是要进一步增加标准件规格品种。 6 、应用优质 模具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C A D / C A M 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 . 4 注塑制品的几种常见缺陷 模具C A E 主要是对各种注塑制品 的缺陷进行预测，以 便进行改进，因 此对注塑 制品的常见缺陷应有较深了解。 注射成型质量分为内 部质量和外部质量两方面的内容。内 部质量也称为性质质 量， 它包括制品内部的组织结构形态 ( 如结晶和取向) 、制品的物理力学性能和熔 接痕强度，以 及与塑 料收缩有关的制品尺寸和 形状精度: 外部质量主要就是表面质 量， 它包括表面 粗糙 度和表观缺陷 状况等。 最常见的 表观缺陷 有凹陷、 缩孔、 气孔、 流纹、暗斑、暗纹、银纹、发白、剥层、烧焦、变形翘曲、没有光泽、颜色不均、 浇口 裂纹、 表面龟裂以 及溢料飞边等等。 而内 外部质量 之间并不是互相独立无关的 问题，例如，制品表观的凹陷或缩孔往往也就是塑料内部收缩不均造成的结果。 注塑 过程中塑料需经过受热软化、 熔融、 注塑、 保 压和冷却定型等五个阶段的 物理变化过程。 塑料内部产生大分子定向、 结晶以 及残余应力等。由 于注射成型过 程中的 成型条件 ( 如注射压力、 螺 杆背压、 注射速度、 注射量、 锁模力、 料筒温度、 模具温度)的 选择不当或模具本身存在的问 题， 因而会 使注塑制品出 现许多不良 现 象和缺陷。 缺陷的 种类很多，而在工厂实际中， 主要考虑气泡、熔接缝、 填充不 满、 翘曲 等几种主要情况，本论文也是主要针对此进行考 虑的， 对这几种主要缺陷的特征、 产生原因进行了讨论并提出了预防和解决措施。 4 . 1 凹 痕及气泡 产品凹痕通常由于制品上受力不足、物料充模不足及制品设计不合理，凹痕常 昆明 理工大学研究生 硕士学位论文 出现在与薄壁相近的厚壁部分。 气泡的造成是由于模腔内塑料不足，外圈塑料冷却固化，内部塑料产生收缩形 成真空。 多半由 于吸湿性材科未干燥好， 以及 物料中残留单体及其它化合物而造成 的。判断气泡造成的原因，只要观察塑料制品的气泡在开模时瞬时出现还是冷却后 出现，如果开模时出现，多半是物料问题;如果是冷却后出现的则属于模具或注塑 条件问题。其具体解决措施为: 1 )物料方面 塑料中的水分及挥发物来 自两个方面:其一是塑料在制造中未能全部除净水 分，或在储存、运输过程中，由于包装及储存条件不当而吸收的水分;另一方面则 是来 自 成型过程中化学反应或热敏分解等的副产物。 这些水分及挥发物在成型中变 成气体，影响塑件质量，因此，在注塑前降低物料中的挥发物，干燥物料。 2 )注塑条件方面 从注塑条件方面考虑，会引起四痕的因素有:注射量不足、注射压力和保压压 力太低、 注射时间 和保压时间及 注射周期过短、 注射速度慢。 为避免制品出 现凹 痕 缺陷， 应增加装料 量、 提高 注射压力和 保压压力、 增加注塑时间 和保压时间、 提高 注射速度。 3 ) 模具方面 浇口过小或流道尺寸太小，流动阳力大，物料充模不足，冷却后就形成凹痕。 所以 要增大浇口、 主流道、 分流道、 喷嘴孔的 尺寸， 还要考虑 浇口 的位置设置， 满 足平衡充模速率的要求，避免填充不足引起的凹痕，另外，如果可能，减少制品壁 厚差异， 将浇口 进料设置在制品 壁厚部 位。 4 )温度方面 物料太热会造成过量收缩;物料太冷造成充料压实不足;模温太低造成充模不 足， 这些因 素都会引 起凹痕的出 现。 模温太高 造成模壁处物料不能很快固 化; 模温 太低，会引起气泡的产生。 物料温度和模具温度过热或过低都会产生缺陷，为 此， 应根据物料特性及产品结构适当控制温度。 5 ) 冷却条件原因 在冷却 阶段， 接触塑 料的 面过热， 冷却效果不好， 产品在脱模后继续收缩， 形 成凹痕。模具的关键部位应有效设置冷却水道，或将制件在热水中冷却对消除或减 塑料注射成型工艺模拟 少凹痕有着很好 的效果 。 1 . 4 . 2 熔接绝 在注塑 制品中常遇到接合缝， 制品受到外 力等环 境作用时， 常在接合 缝处发生 破坏。这个接合缝是怎样形成的Il e ?当制品采用多浇口或有孔、锻件 ，或设计的制 品厚度不均时，熔体在模具内发生两个方同以上的流动，在两股料流的汇集处就形 成接合缝，又称熔接线。熔接线的强度依赖于流动前沿熔体之间互相结合的特性。 在大多数情况下无法消除熔接线，只能通过改变模具结构、制品设计以及工艺条件 来将熔接线移动到不影响制品外观或容易处理的地方。克服熔接线的方法有: 1 ) 设备方面 如果是注塑机塑化不良导致熔体温度不均，可延长模塑周期，使塑化更完全， 必要时更换塑 化容量大的机器。 2 ) 模具 方面 对于由模具温度过低产生熔接线缺陷， 应适当提高模具温度或有 目的地提高熔 接缝处的局部温度;如果是流道细小、过狭或过浅，冷料井小引起的，应增加流道 的尺寸， 提高流道 效率，同时增加冷料井的容 积。 此外， 熔 接线的产生还与浇口 位 置的开设有关，浇口开设要尽量避免熔体在嵌件、孔洞的周围流动。发生喷射充模 的浇口 要设 法修正、 迁移或加挡块缓冲。 尽量不用或少用多浇口 。 排气不良 或没有 排气孔也会导 致熔接线的产生， 此时， 应该开 设、 扩张或疏 通排气通道， 其中包括 利用镶件、顶针缝隙排气。 3 )注塑工艺方面 实际生产经验表明，注射压力内提高有助于克服流道阻力，把压力传递到流动 前峰， 使接合缝处在高压下熔合， 增加了 接合 缝处的 密度， 使熔合缝强度得到提高; 高速注射可使熔料来不及降温就到达汇合处， 低速注 射可让型腔内的空气有时间排 出，所以调好注射速度也非常重要。机筒和喷嘴的温度高，塑料的乳度小，流态通 畅， 熔接痕变细; 机筒 和喷嘴的 温度低， 可以 减少气态物质的分解，因 此， 调节好 注塑机喷嘴和机筒的温度对克服熔接线缺陷也有帮助。 4 )物料方面 物料应干燥并尽量减少配方中的 液体添加剂， 对 流动性 差或热敏性高 的塑料适 昆明理工大学研究生硕士学位论文 当添加润滑剂及稳定剂，必要时改用流动性好的或耐热性高的塑料。 5 )制品设计方面 应适当增加塑件壁厚， 这将有利于压力传递， 还要使塑料熔体保持较高的温度。 此外还要注意嵌件的位置，如果嵌件位置不当，应以调整。 1 ， 4 . 3 坡充不满 填充不满是指材料未完全充满模具型腔而导致的制品不完整现象。它一般发生 在薄 壁区 域或远离浇口的区域， 主要表现为 制品 整体有缩瘪倾向、 多型腔模具部分 型腔局部充填不足等。从理论上讲，任何增加塑料熔体流动阻力或者阻止足够材料 流入到型 腔的因素都会引起填充不满， 如浇口 、流 道尺寸 太小: 塑件壁太薄; 过低 的熔体温度和模具温度导致的熔体粘度过大， 而流动性降低:注射压力低和螺杆转 速小都会使熔体的流速过慢;注塑机控制阀门的破损导致压力损失和材料泄漏;由 于 熔体滞流或注 射时间太长引起的熔体流动前锋过早凝固 等。 针对这些问题， 应从 以下几方面考虑，以期解决问题。 t )设备方面 若是注塑机容量太小，应选用容量更大的注射机:如果由于料斗或喷嘴部分被 堵塞引起填充不满现象， 应清理料斗或喷嘴内 的堵塞物。此外， 还应检查 注塑 机加 料 控制系统操作是否正常及设备注射周期是否正 常。 2 )注塑工艺条件 注塑工艺参数主要为时间、压力、温度三要素。若填充不足是由工艺参数设置 不合理引起的，应适当调整工艺参数，提高注射压力或提高温度;提高注射速度， 增加注射时间及预塑时间。朽 3 )模具方面 模具设计不合理或浇注系统有缺陷都会引起填充不满。为此，应适当增加流道 及浇口 尺寸， 对于多 型腔模具要 仔细考虑 流道及 浇口 大小尺寸，以确 保流动平衡， 避免填充不满的 缺陷发生。 此外， 还要合理布置浇口的 位置及数目， 在确定浇口 位 置和数目时，应针对塑件的几何形状特征及技术要求，来分析塑件的流动状态、填 充条 件及排气条件等因素。 对于可能由 于排气不 足引 起的 填充不 满， 要开设排气孔 或排气槽。 4 )物料方面 塑祠廷射成型工艺模拟 主要是物料的流动性太差引起的， 因此根据工艺及技术要求， 选择流动性好， 又能满足工艺技术要求的材料。 1 . 4 . 4 妞曲 翘曲 变形是指注塑制品的 形状偏离了 模具型腔的形状， 它是塑料制品常见的 质 量缺陷之一。 翘曲变形与塑件的收缩有关。 一般均匀收缩只引起塑件体积上的变化， 只有不均匀收缩才会引起翘曲变形 引 起收缩变 化的主要因素有: 沿流动方向和垂直于流动方向的分子和纤 维取 向。 如果成型塑料件具 有较高的分子 取向， 分子链会在取向方向上产生很大程度的 收缩而导致各向异性的 收缩， 对于纤维增强塑 料件，由 于收缩率的不一 致 ( 增强纤 维收缩率 较小) 会造成沿纤维排列方向收 缩较小， 而在横向收缩较大; 沿制件厚 度方向的 非均匀 冷却。 从模壁到制件中心材 料的 冷却与收缩的不一致， 将导 致制件 在脱模后产生翘曲; 由于制 件厚度 变化引 起的非一致冷却速率。 塑料制件壁厚不 同 ，冷却速度也不相同。 非 对称的 制件几何形状，如一平板上有许多 肋排列 在一 个方向 上或处于制件的一侧， 也会导致不 一 致的 冷却; 成型制件内 部的 温度和保 压状态的 变化等，如浇口 附近的压力过大和远离浇口 位置的 压力不足。 为了减少或控制翘曲变形的发生，应该考虑以下的方法: 1 )注塑工艺方面 在工艺方面， 要快速充模， 这样 会使熔体热传递时间 缩短，能 够用充分的 物 料来补偿热收缩。此外， 可以 提高注射压力和保压时间，能 使翘曲减至最小。 2 ) 物料方面 在物料方面，聚合物分子量分布越窄则翘曲越小，因此，选用结晶型聚合物其 制品易收缩或翘曲，而结晶度高，密度大的制品翘曲倾向会减小。 s 模具设计方面 在模具方面，由 于冷却部位rM 度控制不均匀会 使制件取向和结晶度产生差异， 从而引起内 应力不均， 最终导 致翘油。 脱模力不均匀 或脱模顶出面积不当 也会引起 翘曲 发生。 对于浇注系 统的设 计， 如果浇口 太小而不能 使物料在浇口 封闭 之前填满 模腔将会引 起翘曲变形;另外， 在薄的断面处开 浇口 也会造成较高的内 应力而导致 翘曲 发生， 所以应在厚断面处开浇臼。 昆明理 丁大学研究生硕士学位 沦文 总 括起来，减少翘曲 的办法是:减小取向， 增大浇口 尺寸，适当降低熔体和模 具温度，加快注射速度，增大注射压力，延长注射时间和保压时间，减小浇口处的 压力，增加壁厚，增加筋和圆角处的补强。 1 . 5 注塑模 C A E 的现状及本论文的主 要研究内容 从8 0 年代开始， 注塑模C A E 技术从实验室阶段进入实用化阶段，目前国际上具 有代表性的商棍 、 化软件有:美国 A c T e c h 公司推出的注塑模 C A E 软件C - M O L D ;澳大 利亚M O L D F I.O W 公司 的注塑模C A F 软 件M F : 德国1 K V 研究所的C A D / C A E 软件C A D M O U L D ; 关国S D (it. 公司的 t- D F A S 软件: 国内有华中理工大学模具技术国 家重点实验室自 行 开发了国内第一个注塑模C A D / C A E / C A M 集成系统H S C 2 . 0 等等。 在我国众多注塑模生产厂家中，购买 M O L D F L O W软件的最多。 但在实际 运用过 程中， 由于人们对注塑模C A E 的重视不够( 人们更习惯于依赖设计人员的丰富经验) ， I-a.技术分析人员的水平有限， 也包括商品 化软 件无论在功能 上还是精 度上， 至今仍 未达到较完美的程度等原因，造成此软件发挥的作用有限。 本人就足根掘我国的 注塑模C A E 的具体现状沪 对相关方面进行一些探索和研究， t :- 要; 亡 : 针对利用M O L D F L O W 进行分析时没有一般的方法和过程， 本论文将通过具体 实 例提川种较通用的分析方法。 一y 对M O L D F L O W 软件分析时有很多实示清 况没有考 虑进去， 本论 文将较系统 的探讨在浇l- 1 位置选择方面如何在实际设计中充分利用 M O L D F L O W的分析结果。 三. 由于M O L D F L O W 软件分 析时没 有考虑 模具本身的变形，而 在很多时候模具 本 身的变形 对产品质量影响很大， 因而必须利用其它C A E 软件进行综合分析， 以 保证 模拟分析结果的可 靠真实性。 本论文将提出 一种新的分析方法， 将M O L D F L O W 和A N S Y S 进行有机的综合运用，互相利用对方的分析结果，从而使塑料的流动模拟和模具的 变形模拟相辅相成，使模拟分析的结果和实际情况尽可能相符。 木论文 根州 模具工业发 展的趋势，对注塑模设 计的 C A E进行了 一些探讨， 对 在塑 料件的沈射 过程和 模具的变形进行模拟分祈， 本人希望自己 的一些研究能 有助 ! 几 汁塑模设计质量的提高，对我国模具工业的发展起微薄之力。 塑料注射成型工艺模拟 第二章C A E 技术简介 C A F 技术是一门以C A D / v A Gt 技术水平的提高为发 展动力，以 高性能计算机及图 形显示设备的推出为发展条件，以计算力学中的边界元、有限元、结构优化设计及 模态分析等方法为理论基础的新技术。 C A E技术的基本方法，就是将某一项设计或者加工作为初值，然后通过计算机 利用预先规定的方法对具备这一特点的设计进行模拟或描述。经过计算机的快速运 算，对输入条件和模拟的模型进行评估，并确定修正措施，进行修正。上述过程反 复进行 ，直到取得一个成功的设计方案。 目前常用 于注塑成型过程进行理论分析、建立与实际比较吻合的理想的数学模 型的方法是有限元法。 2 . 1 有限元分析简介 有限 单元法是随 着电子计算机的发展而迅速发展 起来的一种现代计算方法。 它 是5 D 年代首 先在连续体力学领域( 飞机结构 静、 动态特性分析) 中应用的 一种有效的 数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问 题。有限元法分析计算的思路和做法可归纳如下: )物体离故化 将某个 工程结构离散为由 各种单元组成的计算模型， 这一步 称作单元剖分。离 散后单元d 二 单元之间利用单元的节点相互连接起来; 单元节点的设置、性 质、 数目 气 等应视问题的性质， 描述变形形态的需要和计算进度而定 一般情况单元划分越细 则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量越大) 。所以有限元中分析 的结构 已不是原有的物体或结构物，而是由众多单元以一定方式连接成的离散物 体。这样，用有限元分析计算所获得的结果只是近似的。如果划分单元数 目 足够多 而又合理，则所获得的结果就与实际情况就更加相符。 2 ) 单元特性分析 A、选择位移模式 在有限单儿法中，选择节点位移作为基本未知量时为位移法;选择节点力作为 基本未知量时称为力法; 取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量时称为 混合法。 位移法易于实现计算自动化， 所以， 在有限单元法中位移法应用范围最广。 昆明理工大学研究生硕士学位论文 当采用位移法伟 扛 物体或结构物离散化之后，就可把单元总的一些物理童如位移， ) 、认 变和应力等I I I i 7 点位移米表示。 这时可以对单k I 位移的分布采用一些能逼近原 函数的近似函 数予以 描述。 通常， 有限 元法我 们就将 位移表示为坐标变量的 简单