毕业设计（论文）moldflow软件优化塑料注射模的应用初步

1、moldflow软件优化塑料注射模的应用初步 作者姓名： 专业名称：机械设计与制造指导教师： 摘要本文介绍了moldflow软件在模拟流动过程中的操作过程，并通过实例说明moldflow流动模拟过程的应用情况。现代设计中，cad/cam已经成为一种经常被使用的工具，但cae却不如cad/cam普遍，一般将注射过程在压力下的填充到冷却至室温时的翘曲。注射成型过程中，塑料在型腔中的流动和成型与材料性能、制品形状尺寸、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。因此对于新产品试制或是一些形状复杂，质量和精度要求比较高的产品，即使经验丰富的工艺和模具设计人员，也很难

2、保证依次成功的设计出合格的模具。所以在模具设计之前，采用moldflow对产品进行依次分析，可得出合理的工艺参数和模具结构，有利于提高模具的依次试模成功率，降低成本，提高质量，缩短制模周期，提高企业竞争力。尽管应用moldflow有不可估量的优点，但遗憾的是仅有一小部分公司采用，不过cae技术应用却在逐渐扩大。关键词:moldflow 注射模 注射成型工艺 软件优化 模流分析abstractthis paper introduces the simulation flow moldflow software in the process of operation process, and us

3、ing an example to illustrate the application of moldflow flow simulation process. modern design, cad/cam has become a is frequently used tool, but less cad/cam/cae generally, generally will injection process under pressure to cooling to room temperature filled the warp. the injection molding process

4、, plastic in the flow and forming mold with materials properties, products shape size, molding temperature, molding speed and moulding pressure, molding time, cavity surface condition and mold design and so on a series of factors. therefore, as for new product trial or some complex shape, quality an

5、d accuracy is higher products, even experienced technology and die design personnel, also hard to guarantee the success of design in a qualified mould. so in the mold design, using moldflow before tests for products can be made in analysis, reasonable technical parameters and die structure, and to i

6、mprove the success rate in mold testing molds, lower costs, improve quality, shorten the molding cycle, enhance the competitiveness of enterprises. although application moldflow have incalculable advantage, but unfortunately only a small fraction of these companies to adopt, but cae technology appli

7、cation are gradually extending. keywords: moldflow injection mould injection molding process software optimizing mold flow analysis 目录摘要iabstractii目录iii前言11 注射模和注射成型工艺41.1什么是注射模41.2注射成型原理41.3 注射工艺过程52 什么叫做moldflow92.2 cae技术的应用102.3 moldflow实例应用123 注射模的作用133.1 塑件的工艺分析143.2 注射模的结构设计注射模的结构设计153.3 工艺计算1

8、74 moldflow软件优化注射模浇口位置184.1 成型工艺184.2 建模194.4模拟结果分析204.4.3剪应力分布224.5结束语22结论23致谢24参考文献25前言模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济中的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十五”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。 moldflow软件在注射模中的应用领域：塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。它需要产品设计师模

9、具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面： 1塑料制品的设计：基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良好的基础。 2结构分析：利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。 3模具结构设计：根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件会

10、提供相应的设计步骤、参数选择计算公式以及标准模架等，最后给出全套模具结构设计图。 4模具开合模运动仿真：运用cad技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。 5注射过程数值分析：采用cae方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。 大学三年学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、

11、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过三个月的毕业实习，我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，同时在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。2

12、1世纪，塑料工业以前所未有的速度高速发展。塑料，在各个领域、各个行业乃至国民经济中已拥有举足轻重的不可替代的地位。模具是工业生产的重要工艺装备。由于用模具加工成形零部件，具有生产高效、质量好、节约原材料和能源、成本低等一系列优点，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。模具制造是一个生产周期要求紧迫，技术手段要求较高的复杂生产过程。总之，模具具有结构复杂、型面复杂、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特点。应用数控加工进行模具的制造可以大幅提高加工精度，减少人工操作，提高加工效率，缩短模具制造周期。同时，模具的数控加工具有一定典型性，并比普通产品的数控加工有更高的要求。在模具的加工中

13、，各种数控加工均有用到，应用最多的是数控铣床及加工中心，数控线切割加工与数控电火花加工在模具数控加工中的应用也非常普遍，线切割主要应用在各种直壁的模具加工，如冲压加工中的凹凸模，注塑模中的镶块、滑块，电火花加 工用的电极等。对于硬度很高的模具零件，采用机加工办法无法加工，大多采用电火花加工，另外对于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用电火花加工。自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导塑料成型cae软件市场。moldflow一直致力于帮助注塑厂商提高其产品设计和生产质量，moldflow的技术和服务提高了注塑产品的质量，缩短了开发周期，也降低了生产成本，moldflow已成为

14、世界注塑cae的技术领袖。利用cae技术，可以在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压和冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题并及时进行修改，而不是等到试模后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方 法的一次突破，而且在减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等方面，都有着重大的技术、经济意义。塑料模具的设计不但要采用cad技术，而且还要采用cae技术，这是发展的必然趋势。同传统的模具设计相比，cae技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面。都具有无可比拟

15、的优越性。美国上市公司moldflow公司是专业从事注塑成型cae软件和咨询公司，moldflow公司是塑料成型分析软件的创造者，自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导着塑料成型cae软件市场。在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，恳请各位老师指正修改。1 注射模和注射成型工艺1.1什么是注射模所谓注射模，就是注射成型生产中使用的模具的简称。它是实现注射成型生产的工艺装备。预先在两块或者多块模具专用金属上面挖出一个空的腔体。然后通过高压，将融化的塑料粒子注入腔内

16、，冷却后取出得到塑料制品就为所需要的模具。注射模、塑料原材料和注塑机通过注射成型工艺联系在一起形成注射成型生产。当塑料原材料、注塑机和注射工艺参数确定后，塑件的质量优劣与生产率的高低就基本取决于注射模的结构类型和工作特性。1.2注射成型原理 注射成型是 利用塑料的可挤压性与可模塑性，根据金属压铸成型原理而来的，其基本原理是首先将松散的颗粒或粉状型物料从注射机的料斗送入高温的料筒加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的逼和模具中，经过一段保压冷却定型时间后开启模具，便可从型腔中脱出，具有一定形状和尺寸的塑料制件。 在注射成型

17、生产中，塑料原料，注射设备和注射所用的模具是三个必不可少的物质条件，必须运用一定的方法，这种方法叫做注射成型工艺，这样，在操作上就完成了一个成型周期，以后不段的重复上诉周期的生产过成。通常，一个成型周期从几秒到几分钟不等，时间的长短取决于塑件的大小、形状、厚度和模具的结构、注射机的类型及塑料的品种和成型工艺条件等因素，每个塑件的重量可从小于一克到数千克不等，视注射机的规格及塑件的需要而异。注射成型是热塑性塑料成型的一种重要方法。到目前为止，除氟塑料外，几乎所以的热塑性塑料都可以采用此法成型。它具有成型周期短，效率高、能一次成型外型复杂、尺寸精确、带有金属和非金属嵌件的塑件；对成型各种塑料的适应

18、性很强、生产效率高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此，广泛的运用于塑件的生产中，小到精密仪表的配件（重量可不到1g），大到工程机械、汽车构件（重到几千克或几十千克）。我们日常生活中的许多家用电器，其外壳、外罩等部件，都可以用注塑成型方法生产。但应当注意的是，注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较少的塑件的生产。目前，注射成型工艺发展很快，也是塑料成型的重要方法之一，几乎所有的热塑料都可以通过注射成型，某些热固性塑料也可注射成型，且具有效率高，产品质量稳定的特点；低发泡塑料（密度0.20.9g/cm3的发泡塑料）注射成型提供了缓冲、隔音、隔热等优良性能的塑件；双色和多色注

19、射成型提供了多种颜色、美观实用的塑料商品。此外应用热流道注射成型工艺在获得大型塑件和减少或消除浇注系统凝料等方面具有明显优点。注射成型还是获得中空吹塑塑件性坯的重要工艺方法。1.3 注射工艺过程在注射成型生产中，根据制品的使用要求和形状，选择最适合的原材料与生产方式，选用最合适的生产设备，设计最合理的成型模具，然后使它们联系起来形成生产能力所运用的技术方法的过程，称为注射成型工艺过程。为了使注射过程得以顺利进行，保证注射产品的质量、降低生产成本，在生产前要做一系列的生产准备工作，其中包括：成型前的准备、注射过程和制品的后期处理。1成型前的准备为了确保注射成型过程的顺利进行以及制品的质量，在成型

20、前应作好以下准备工作： (1)选定注射成型所用的设备 根据注射制品的重量、所用材料的性能和模具大小，选择合适的注塑机。选定用来生产注塑料制品的注塑机，主要考虑该机的容模量（应能在模板之中安装下模具）、最大注塑能力（塑化和注射量能满足塑料制品加上浇口、流道凝料的重量）、最大开模行程以及最大的锁模力等。总之，所选用的注塑机应能用该制品的模具及材料顺利生产出合格的塑料制品。选用过大的注射机会造成浪费，而选用小的注射机则无力完成注射成型。(2)原材料的检验与预处理原材料的检验。原材料的检验包括三个方面：一是所用原材料是否正确(品种、规格、牌号等)；二是外观检验(色泽、颗粒度及其均匀性、有无杂质等)；三

21、是物理上艺性能检验(熔体流动性、收缩率等)。原材料的预处理。若原料是粉料，则有时还需进行混炼、造粒；如果制品有着色要求，则还要对原料进行染色；另外，为确保塑料在高温下不会因水分及其他易挥发的低分子化合物的存在而产生降解及银纹、气泡等缺陷，还应在成型前对吸湿性塑料(如pa，pc，psu等)和对水有粘附性的塑料(如aus等)进行干燥处理。(3)料筒的清洗在生产过程中需要更换原料，当调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都应对注射机料筒进行清洗或拆换。螺杆式注射机料筒町直接换料清洗，通过连续对空注射，直至排尽筒内残料；柱塞式注射机料筒，因料筒内残料量大且有分流梭，其清洗较为困难，必须拆卸清洗或更换专用料

22、筒。(4)加料加料是指塑料原料由注射机料斗落入到料筒或加料室内的过程。通常小型注射机的加料装置是一个锥形料斗直接与料筒相连，而大型注射机、精密注射机在料斗与料筒之间还设计有计量器，在一定时间内定量地将塑料加到料筒中，以保证操作稳定，塑料塑化均匀，最终获得良好的制品。若加料过多、受热的时间过长，容易引起物料的热降解，同时注射机功率损耗增多；加料过少，料筒内缺少传压介质，型腔中塑料熔体压力降低，难于补塑，容易引起制品出现收缩、凹陷、空洞以及机械强度低等缺陷。此外，还有嵌件(在塑料内镶入的金属零件或玻璃或已成型的塑料制什)的预热与安放、脱模剂的喷涂等。2注射过程塑料在注射机料筒内经过加热、塑化(指塑

23、料在料筒内加热由固体颗粒转换成粘流态，并具有良好可塑性的全过程)达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔，其过程可以分为充模、保压、冷却定型、脱模等几个阶段。(1)充模。将塑化好的塑料熔体在活塞或螺杆的推挤下，经注射机喷嘴及模具浇注系统而注入模具型腔并充满型腔，这一阶段称为允模。(2)保压。保压是自熔体充满模具型腔起到柱塞或螺杆开始回退止的这一阶段的施压过程。其目的除了防止模内熔体倒流外，更重要的是确保模内熔体冷却收缩时继续保持施压状态以得到有效的熔料补充，确保所得制品形状完整而致密。(3)倒流。如果在保压结束，柱塞或螺杆开始后退刊，浇口处熔料还未冻结，则会因型腔内压力高于流道内压力而发生

24、腔内熔体的倒流现象。倒流将一直持续到浇口冻结或浇口两侧压力相等为止。如果在保压结束时浇口已冻结，则倒流现象不会出现。(4)浇口冻结后的冷却。浇口冻结后通过冷却介质对模具的进一步冷却，使模内塑料制品的温度低于该塑料的热变形温度，达到工艺所要求的脱模温度。实际上冷却过程从塑料注入型腔起就开始了，它包括从冲模完成、保压到脱模前的这一段时间。(5)脱模。当制品在模内冷却到定温度以后，在注射机开合模机构的作用下，开启模具，并在模具推出机构作用下，将制品从模具小推出。3制品的后处理在制品脱模后，通常还需进行适当的后处理，以消除制品内存在的内应力，改善制品的性能、提高制品的尺寸稳定性。后处理的方法主要是指退

25、火和调湿处理。(1)退火处理退火处理是将制品放在定温的加热液体介质(如水、热矿物油、甘油、乙二醇等)或热空气循环箱中静置一段时间，然后，再缓慢冷却的过程。其目的是减小由于塑化不均或制品在型腔中冷却不均而带来的制品内应力。存在内应力的制品在贮存和使用过程中常会发生力学性能下降，表面出现裂纹，甚至产生变形而开裂等。退火温度应控制在制品使用温度以上1020，或者控制在塑料的热变形温度以下1020。温度过高会使制品发生翘曲或变形；温度过低又达不到日的。退火时间取决于塑料品种、介质温度、制品的形状、尺寸及其成型条件等。退火处理后冷却速度不能太快，以避免重新产生内应力。退火后应使制品缓冷至室温。(2)调湿

26、处理聚酰胺（pa俗称尼龙）类塑料制品脱模时温度还较高，制品脱模后，若不及时处理。极易氧化而变色，而且会吸湿变形。为克服此类现象，可将脱模后的聚酰胺制品立刻放入一定温度的水中进行湿处理,一方面隔离制品与空气接触，避免氧化变色，另一方面，制品在水中吸湿平衡，使制品在较短的时间内得到稳定的尺寸。经过吸湿处理的聚酰胺制品，其韧性得到改善，拉伸和冲击强度都有所提高。2 什么叫做moldflow二十多年以来，moldflow的软件解决方案始终承诺向全世界各个行业的大公司提供“更好、更快、更省”的塑料产品。mold flow设计的模具和产品多种多样，从玩具到汽车，从飞机组件到医疗零件再到其他很多部件，这些产

27、品在生产之前已经进行了模拟和优化，这样每年就可为制造商节省几十万美元。 moldflow长期致力于研究和创新的信念推动，为提供完全掌控从塑料设计到制造工艺整个流程的方法。致力于满足整个塑料注塑成型行业的需要，这已经拓展到了设计环境中。这使得 cad 用户能更方便地访问 moldflow 的增值模拟产品，从而使多年的注塑成型专业知识更方便使用。模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶、汽车等工业的推广品更新换代和提高质量的应用，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适应产要求。计算机辅助工程（cae）技术已成为塑料产品开发

28、、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。 同传统的模具设计相比，cae技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面。都具有无可比拟的优越性。美国上市公司moldflow公司是专业从事注塑成型cae软件和咨询公司，moldflow公司是塑料成型分析软件的创造者，自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导着塑料成型cae软件市场。2.1 cae技术的作用利用cae(moldflow)技术，在模具加工之前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况

29、，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量、降低成本等，都有着重大的技术经济意义。塑料模具的设计不但要采用cad技术，而且还要采用cae技术，这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计、模具制造）；生产阶段（包括购买材料、试模、成型）。传统的注塑成型方法基本步骤如图1所示，图2为现代模具cae开发步骤。用传统的注塑方法，在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数

30、，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必会增加生产成本，延长产品开发周期。而采用cae技术，则可以完全代替试模。现代注塑成型cae技术的作用在于： 1. 优化塑料制品设计塑件的壁厚、浇口数量、位置及流道系统设计等对于塑料制品的成败和质量关系重大。以往全凭制品设计人员的经验来设计，往往费力、费时，设计出的制品也不尽合理。利用moldflow软件，可以快速地设计出最优的塑料制品。 2. 优化塑料模设计由于塑料制品的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性，传统的模具设计往往要经过反复试模、修模才能成功。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

31、机上进行试模、修模，可大大提高模具质量，减少试模次数。3. 优化注塑工艺参数由于经验的局限性，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数，选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。moldflow软件可以帮助工程技术人员确定最佳的注射压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力和保压时间、冷却时间等，以注塑出最佳的塑料制品来。2.2 cae技术的应用近年来，cae技术在注塑成型领域中的重要性日益增大，采用cae技术可以全面解决注塑成型过程中出现的问题。cae分析技术能成功地应用于三组不同的生产过程，即制品设计、模具设计、注塑成型。1. 制品设计制品设计者能用流动分析解决下列问题：制品

32、能全部注满吗？这一古老的问题仍为许多制品设计人员所注目，尤其是大型制件如盖子、容器、家具等的设计者。制件实际最小壁厚是多少？如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本。减小壁厚还可大大降低制件的循环时间，从而提高生产效率，降低塑件成本。浇口位置合适吗？采用cae分析可使产品设计者在设计时具有充分的选择浇口位置的余地，确保设计的审美特性。2. 模具设计和制造 cae分析可在以下诸方面辅助设计者和制造者，以期得到良好的模具设计。良好的充填形式。对于任何的注塑成型来说，最重要的是控制充填的方式，以使塑件的成型可靠、经济。单向充填是一种好的注塑方式，它可以提高塑件内部分子单向和稳定的取向性。这种填充

33、形式有助于避免因不同的分子取向所导致的翘曲变形。最佳浇口位置与浇口数量。 为了对充填方式进行控制，模具设计者必须选择能够实现这种控制的浇口位置和数量，cae分析可使设计者有多种浇口位置的选择方案并对其影响做出评价。流道系统的优化设计。实际的模具设计往往要反复权衡各种因素，尽量使设计方案尽善尽美。通过流动分析，可以帮助设计者设计出压力平衡、温度平衡或者压力、温度均平衡的流道系统，还可对流道内剪切速率和摩擦热进行评估，如此，便可避免材料的降解和型腔内过高的熔体温度。冷却系统的优化设计。通过分析冷却系统对流动过程的影响，优化冷却管路的布局和工作条件，从而产生均匀的冷却，并由此缩短成型周期，减少产品成

34、型后的内应力。减小返修成本。提高模具一次试模成功的可能性是cae分析的一大优点。反复地试模、修模要耗损大量的时间和金钱。此外，未经反复修模的模具，其寿命也较长。3.注塑成型注塑者可望在制件成本、质量和可加工性方面得到cae技术的帮助。更加宽广和更加稳定的加工“裕度” 流动分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要注塑加工参数提出一个目标趋势，通过流动分析，注塑者便可估定各个加工参数的正确值，并确定其变动范围。会同模具设计者一起，他们可以结合使用最经济的加工设备，设定最佳的模具方案。减小塑件应力和翘曲。选择最好的加工参数使塑件残余应力最小。残余应力通常使塑件在成型后出现翘曲变形，甚至发生失效。 省

35、料和减少过量充模。流道和型腔的设计采用平衡流动，有助于减少材料的使用和消除因局部过量注射所造成的翘曲变形。最小的流道尺寸和回用料成本。流动分析有助于选定最佳的流道尺寸，以减少浇道部分塑料的冷却时间，从而缩短整个注射成型的时，并减少变成回收料或者废料的浇道部分塑料的体积。2.3 moldflow实例应用制件为一汽车通风饰罩，采用气体辅助注射成型，要求：确定出浇口、气口位置与数量，预测气体在气道中的穿透情况及工艺参数。1. 建模：moldflow通过图形接口直接读入cad模型。模型及浇注系统如图1所示，浇注系统初始设计使用一个侧浇口，两个气口位置。2. 输入工艺条件： 最大注射压力为55mpa，气

36、体注射压力为20mpa，模温50，熔体温度为230，延迟时间为2.5s，气道的等效直径为9.6mm。冷却时间: 22s。3. 分析计算通过熔体流动前峰推进图，我们可动态观察熔体流动情况，该充填平衡，也可通过该等值线图来判断流动是否均匀，该流动均匀。图2为4.91s时的塑料表皮层比分布图，此时型腔已充满，开始保压，保压压力为气体压力。此外，还可从塑料表皮层比分布图、压力曲线变化图、锁模力曲线图等获得有益的帮助。通过moldflow分析，可以确定出合理的浇口与气口位置，预测气体沿加强筋的穿透情况，以及气体压力、锁模力等。3 注射模的作用模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展，

37、以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求也越来越高，传统的模具设计方法已无法适应当今的要求. 与传统的模具设计相比，计算机辅助工程（cae）技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有极大的优越性。美国moldflow上市公司是专业从事注塑成型cae软件和咨询公司，自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导塑料成型cae软件市场。moldflow一直致力于帮助注塑厂商提高其产品设计和生产质量，moldflow的技术和服务提高了注塑产品的质量，缩短了开发周期，也降低了生产成本，moldflow已成为

38、世界注塑cae的技术领袖。利用cae技术，可以在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压和冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题并及时进行修改，而不是等到试模后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方 法的一次突破，而且在减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等方面，都有着重大的技术、经济意义。塑料模具的设计不但要采用cad技术，而且还要采用cae技术，这是发展的必然趋势。21世纪，塑料工业以前所未有的速度高速发展。塑料，在各个领域、各个行业乃至国民经济中已拥有举足轻重的不可替代的地位

39、。模具是工业生产的重要工艺装备。由于用模具加工成形零部件，具有生产高效、质量好、节约原材料和能源、成本低等一系列优点，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。模具制造是一个生产周期要求紧迫，技术手段要求较高的复杂生产过程。总之，模具具有结构复杂、型面复杂、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特点。应用数控加工进行模具的制造可以大幅提高加工精度，减少人工操作，提高加工效率，缩短模具制造周期。同时，模具的数控加工具有一定典型性，并比普通产品的数控加工有更高的要求。在模具的加工中，各种数控加工均有用到，应用最多的是数控铣床及加工中心，数控线切割加工与数控电火花加工在模具数控加工中的应用也非

40、常普遍，线切割主要应用在各种直壁的模具加工，如冲压加工中的凹凸模，注塑模中的镶块、滑块，电火花加 工用的电极等。对于硬度很高的模具零件，采用机加工办法无法加工，大多采用电火花加工，另外对于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用电火花加工。而数控车床主要用于加工模具杆类标准件，以及回转体的模具型腔或型芯，如瓶体、盆类的注塑模具，轴类、盘类零件的锻模。在模具加工中，数控钻床的应用也可以起到提高加工精度和缩短加工周期的作用。模具应用广泛，现代制造业中的产品构件成形加工，几乎都需要使用模具来完成。因此，凡制造业发达的国家，模具市场均极为广阔；凡模具发达国家，制造业也必定很发达和繁荣，也必定拥有国内、国

41、外两个市场。所以，模具产业是国家高新技术产业的重要组成部分，是重要的、宝贵的技术资源。优化模具系统结构设计和型件的cad/cae/cam，并使之趋于智能化，提高型件成形加工工艺和模具标准化水平，提高模具制造精度与质量，降低型件表面研磨、抛光作业量和制造周期；研究、应用针对各种类模具型件所采用的高性能、易切削的专用材料，以提高模具使用性能；为适应市场多样化和新产品试制，应用快速原型制造技术和快速制模技术，以快速制造成型冲模、塑料注射模或压铸模等，应当是未来5-20年的模具生产技术的发展趋势。 3.1 塑件的工艺分析1形工艺性分析塑件名称：产品材料：abs(抗冲) 塑件质量： 1.3g 塑件要求：

42、mt8级 零件图塑件材料特性 abs是在聚苯乙烯分子中 导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体后成为的改性共聚物，也可称为改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯更好的使用和工艺性能。abs是一种常用的具有良好的综合力学性能的工程材料。abs塑料为无定形料，一般不透明。abs无毒、无味，成形塑件的表面具有较好的光泽。abs具有良好的机械强度，特别是抗冲击强度。abs还具有一定的耐磨性、耐旱性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电性能。abs的缺点是耐热性不高，并且耐气候性较差，在紫外线作用下易变硬发脆。 塑件材料成形性能 abs易吸水，使成形塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。为此，成型加工前应进行干燥处理;在正常的成型条件

43、下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小；要求塑件精度较高时，模具温度可控制在5060摄氏度 ，要求塑件光泽和耐热，应控制在60-80摄氏度;abs 比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成形周期短，abs的表观黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式。2形工艺参数确定查有关手册得到abs（抗冲）塑件的成形工艺参数：密度 1.011.04g/cm3 收缩率 0.3%0.8% 预热温度 8085摄氏度，预热时间23h 料筒温度 后段150170摄氏度，中段165180摄氏度，前段180200摄氏度，喷嘴温度 170180摄氏度，模具温度 5080摄氏度，注射压力 60100mpa 成型

44、时间 注射时间2090s 保压时间05s 冷却时间20150s 3.2 注射模的结构设计注射模的结构设计主要包括：分型面的选择、模具行腔数目的确定及型腔的排列、浇注系统设计、型心、型腔结构的设计、推件 方式、侧抽心机构设计、模具零件设计等内容。模具的基本结构 塑件采用注射成型法生产。为保证塑件表面质量，使用点浇口成型，因此模具应为双分型面注射模（三开式）。 我们采用标准模架：100l/a2 型腔布置型腔分为单型腔和多型腔，多型腔又有平衡式排布、非平衡式排布两种。在这里我们选择但型腔，因塑件体积质量较小，形状相对比较复杂，生产批量不大的特点，综合考虑，所以采用一模一腔注射模具。考虑到塑件的两侧均

45、有内凹圆孔，须侧向抽心，采用一模一腔，这样模具尺寸较小，制造加工方便，节省材料。确定分型面影响选取分型面的因素很多，比如分型面应选在塑件的最大轮廓处；分型面的选取应有利于塑件的留模方式，便于塑件的顺利脱出 塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，本实例中塑件的分型面有两种选择；1.分型面在工件的对称中心处，因塑件表面质量要求较高，影响其表面质量，侧抽心行程相对大，不容易达到侧抽心的目的。此方案不可行。2.分型面在底部，对塑件的外观影响不大，侧抽心行程不大，比较容易达到侧抽目的，此方案可行。关于塑件的分型面我们还有多种方案，由于那些方案不是很理想，为了节省时间，我们不做介绍了。浇注系统的设计原则：

46、浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。主流道设计；根据手册查得xs-zs-22型注射机喷嘴的有关尺寸。喷嘴球半径：r0=12mm 喷嘴口直径：d0=2mm 根据模具主流道与喷嘴

47、的关系：r=r0+(12)mm,d=d0+1.5mm 取主流道球面半径：r=14mm 取主流道小端直径：d=3.5mm 为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥度为1030。经换算得主流道大端直径d=6mm。 （1）浇口套设计：主流道浇口套的设计，主流浇口套取t8a，热处理淬火硬取55hrc。浇口套预定模固定板的连接形式为螺钉连接。配合为h7/m6。 (2) 推件方式的选择： 根据塑件的形状特点， 模具型腔在定模部分，型心在动模部分。其推出机构可采用推杆推出机构、推件板推出机构。由于分型面有台阶，为了便于加工，降低模具成本，我们采用推杆推出机构，推杆推出机构结构简单，推出平稳可

48、靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件底部装配后使用时 不影响外观，设立三个推杆平衡布置，既达到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。注：推杆推出塑件，推杆的前端应比型腔或型心平面高出0.1-0.2mm （3）侧抽心机构的设计 ：该塑件上有内凹结构，并且两边对称，它垂直于脱模方向，阻碍成型后塑件从模具中脱出。因此，我们在这里给它设计侧向抽心，把塑件两端的内凹结构做成活动的滑块形式的侧型心，即侧抽心。我们选用滑块导滑的斜滑块分型抽心机构。（4）模具排气槽的设计当塑料熔体充填型腔时，必须顺序地排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热而产生的气体。如果气体不能被顺利排出，塑料会由于填充不足而出现气泡

49、、接缝或表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑料焦化。特别是对大型塑件、容器类和精密塑件，排气槽将对它们的品质带来很大的影响，对于在高速成行中排气槽的作用更为重要。我们的塑件并不是很大，而且不属于深型腔类零件，因此本方案设计在分型面之间、推杆预模板之间及活动型芯与模板之间的配合间隙进行排气，间隙值取0.04。 (5) 冷却系统的确定 冷却水回路布置的基本原则：a) 冷却水道应尽量多，b) 截面尺寸应尽量大； c) 冷却水道离模具型腔表面的距离应适当；d) 适当布置水道的出入口；e) 冷却水道应畅通无阻；f) 冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位； 由以上原则我们可以确定冷却水道

50、的布置情况，以及冷却水道的截面积。3.3 工艺计算1、注射压力的确定由塑料的要求可知：此塑料的材料为abs，abs的表观黏度和剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式。由塑料模具设计与制造表1-3可查得：abs塑料的注射压力为7090mpa 2、锁模力的确定由于熔体塑料是在高温上充满型腔，一定会对注射机的轴向产生很大的后推力，因此需要对模具加有一定的锁模力，否则就会产生溢料、飞边、塑件形状发生改变等缺陷，造成不应有的损失。型腔内的塑料容体的压力可由p=kpo计算，k为压力损耗系数，一般可取：0.20.4。 所以：p=（0.20.4）（7090）=1436mpa 取p为35mpa，

51、a为分形面上的投影面积。则fo 远远大于pa=35118.256=4138.96n 3、注射量的确定经测量计算塑件的体积为1.29cm3 模具设计时，必须使得塑件在一个注射成型周期所需塑料容体的容量或质量在注射机额定容量的80%以内，并且由表可查得abs塑料的密度为1.011.04g/cm3所以估算质量为m=v=1.011.29=1.3g 保证塑件良好质量前提的条件下，主流道l应尽量短，否则将多流道凝料，并且压力损失会显著提高，通常主流道凝料长度由模板厚度确定，一般应l60mm，可取l=50mm。估算凝料的容积: v凝=1/3（sin1/2 l2）l=0.333.140.008750=1.13

52、cm3m凝=1130*1.01=1.1g 所以：v=1.29+1.13cm3=2.42cm3=2420mm3 m=2420/0.8=3025mm3 mg=m/0.8=3.9g 所以可初步确定注塑机额定注射量为3025mm3 额定注射量质量为3.9g 3.4 选择注射设备注射机规格的确定主要是根据塑件制品的大小及生产批量以及现有的设备特点来确定。 1、根据注射机额定注射量为3.9g，可由塑料模具设计与制造中表2-8选择确定注射机型号为：xs-zs-22 2、校核注射压力注射机的注射压力为75、115mpa,我们所选的塑料的注射压力在70-90mpa之间，70-90 mpa 75-115 mpa得

53、结论：可行。 3、校核注射机的锁模力 由以上计算可知：注射机的锁模力为：250000n4138.96n符合要求，因此可选用xs-zs-22 4 moldflow软件优化注射模浇口位置4.1 成型工艺 所制塑件为一塑料连接件，材料为abs，外表面质量要求较高，模具设计为一模四腔。采用moldflow的mpi模块3-4对该塑件的熔体流动过程进行模拟，确定了浇口位置，并对填充、冷却、翘曲等过程进行分析，预测填充时间、型腔压力分布、温度分布等状况，为实际注塑成型提供工艺参数。 4.2 建模1建模:在proengineer软件中创建实体模型并转换保存为stl模型，通过stl文件格式将其导入moldflo

54、w软件，在mpi的前处理器中生成用于数值计算的有限元网格模型。图l所示93.766.56.84.3工艺参数设置根据所选材料工艺要求，工艺参数设置为：1. 热传导:0.240000 w/m/ deg.c 2. 比热:2449.999756 j/kg/ deg.c 3. 熔胶密度:1040.800049 kg/cu.m 4. 最大剪应力:0.500000 mpa 5. 最大剪应率:40000.000000 1/s 6. 流动速率:no data 7. 止流温度:162.899979deg.c8. 顶出温度:140.000000deg.c9. 熔融温度最小值:260.000000 deg.c10.熔融温度最大值:300.0