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編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目： 膠水瓶蓋注塑工藝及模具設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 2016 年 6 月 3 日 摘 要 近年來，隨著塑料工業(yè)制品在社會(huì)發(fā)展當(dāng)中的各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日漸普及，使得人 們對(duì)各類型塑料用品的需求與日俱增，雖然使得市場(chǎng)對(duì)塑料制品的提出了新的要求， 但與此同時(shí)也擴(kuò)展了塑料制品的市場(chǎng)規(guī)模。 本論文詳細(xì)的論述了塑料膠水瓶蓋分注塑模設(shè)計(jì)及其工藝分析。首先對(duì)膠水瓶蓋 塑件的結(jié)構(gòu)和成型工藝進(jìn)行充分的分析，了解其整個(gè)成型過程，并通過相關(guān)計(jì)算機(jī)軟 件進(jìn)行工藝參數(shù)模擬分析實(shí)驗(yàn)，確定最佳工藝方案，為模具設(shè)計(jì)階段提供相關(guān)的數(shù)據(jù) 支持。接著確定型腔的數(shù)量和分型面，針對(duì)塑件設(shè)計(jì)成型零件的型腔和型芯，設(shè)計(jì)合 理的澆注與排氣系統(tǒng),根據(jù)型腔的尺寸與形狀特征，設(shè)計(jì)模具冷卻系統(tǒng)。然后根據(jù)塑件 的特點(diǎn)設(shè)計(jì)合理的脫模與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，依據(jù)塑件的尺寸選擇模架，并對(duì)模具中主要的零 部件進(jìn)行產(chǎn)品制造的工藝分析。最后模具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。此外，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)模具主 要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了工藝分析和參數(shù)方面的校核。 設(shè)計(jì)中參考了以往注塑模具的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)瓶蓋內(nèi)螺紋的自動(dòng)旋 轉(zhuǎn)脫螺紋功能，解決方案是使用齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)抽芯，通過軸承旋轉(zhuǎn)型腔來 實(shí)現(xiàn)脫螺紋。設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用 Moldflow 軟件進(jìn)行工藝參數(shù)的模擬分析以及運(yùn)用 AutoCAD、UG 等軟件進(jìn)行二維和三維的繪圖，通過計(jì)算軟件輔助設(shè)計(jì)，不僅能縮短 生產(chǎn)周期，而且能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞：膠水瓶蓋；模擬分析；模具設(shè)計(jì)；脫螺紋 Abstract In recent years, with the increasing popularity of the application of plastic industrial products in the social development in various fields, making peoples demand of various types of plastic activities increasing, while making the market of plastic products put forward new requirements, but at the same time, it also extends the market size of plastic products. This paper discusses in detail the plastic injection mold design and analysis of glue bottle technology. First of all to glue bottle cover plastic parts of the structure and forming process of full analysis, understand the whole process, and through the relevant computer software for process parameter analysis of simulate experiment and determine the optimal process plan, provide data support for die design stage. then determine the number and parting surface of the cavity, for plastic parts design molding parts of the cavity and core, design a reasonable casting and exhaust system, according to the size and shape characteristics of the cavity, the design of mold cooling system. Then according to the characteristics of the plastic parts of the design and reasonable demoulding and guide mechanism, according to the size of the plastic parts choice mold, and analysis of the main components of the mold manufacturing process. Design of Die process analysis; injection mold design; screw thread 目 錄 引言 .1 第 1 章 塑件的分析 .3 1.1 塑件的介紹 .3 1.2 塑料的基本知識(shí) .4 1.3 塑件材料的分析 .4 1.3.1 PP 塑料的概述 .5 1.3.2 PP 塑料成型特性 .6 1.3.3 PP 塑料各項(xiàng)性能 .6 1.4 塑件的脫模斜度 .7 1.5 塑件的壁厚 .7 1.6 塑件的圓角 .8 第 2 章 注塑機(jī)的選擇 .9 2.1 參數(shù)的確定 .8 第 3 章 型腔數(shù)目的決定 .10 3.1 型腔數(shù)量 .12 3.2 型腔分布 .12 第 4 章 分型面的選擇 .12 第 5 章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .12 5.1 主流道的設(shè)計(jì) .13 5.1.1 主流道的參數(shù) .13 5.2 分流道的設(shè)計(jì) .14 5.3 澆口的設(shè)計(jì) .14 5.3.1 澆口的參數(shù) .14 5.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) .18 5.5 澆口套的設(shè)計(jì) .18 第 6 章 模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).20 6.1 概述 .20 6.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .21 6.2.1 冷卻系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì) .21 6.2.2 冷卻水管位置設(shè)計(jì)原則 .21 第 7 章 基于 Mlodflow 的膠水瓶蓋的 CAE 分析 .21 7.1 CAE 技術(shù)概述及其在注塑成型中的應(yīng)用 .22 7.2 Mlodflow 軟件的概述 .22 7.3 Mlodflow 分析流程 .22 7.3.1 塑件建模 .22 7.3.2 建立澆注系統(tǒng) .24 7.3.3 建立冷卻系統(tǒng) .26 7.3.4 條件設(shè)定 .26 7.3.5 仿真結(jié)果分析 .27 7.4 MLODFLOW 分析流程 .28 7.4.1 正交分析法簡介 .28 7.4.2 試驗(yàn)方案的確定 .28 7.4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的確定 .29 7.4.4 仿真數(shù)據(jù)的處理 .29 7.4.5 最優(yōu)工藝方案的驗(yàn)證 .29 第 8 章 成型零件的設(shè)計(jì) .30 8.1 成型零件工作尺寸的計(jì)算 .31 8.2 型腔側(cè)壁與底板厚度的設(shè)計(jì) .32 第 9 章 齒輪脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .33 9.1 相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì) .34 9.2 傳動(dòng)齒條的設(shè)計(jì) .35 9.3 推出機(jī)構(gòu) .35 第 10 章 合模導(dǎo)向和定位機(jī)構(gòu) .36 10.1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) .36 10.2 導(dǎo)套的設(shè)計(jì) .37 第 11 章 模具排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .38 11.1 推桿排氣 .39 11.2 分型面排氣 .40 第 12 章 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 .40 12.1 模架的選用 .40 12.2 其他零件的選用 .40 第 13 章 模具的總裝圖以及運(yùn)動(dòng)順序、及其特點(diǎn) .40 第 14 章 模具的安裝、調(diào)試 .40 第 15 章 工藝卡片 .40 結(jié)論 .40 謝辭 .40 參考文獻(xiàn) .40 第 0 頁 共 46 頁 引言 塑料制品擁有眾多的優(yōu)良性能，在機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)、汽車工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、 建筑工業(yè)、航天航空工業(yè)以及日常用品等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如家用電子器件 如洗衣機(jī)、熱水器、照相機(jī)等都采用了塑料制品；為減輕總體重量，飛機(jī)的氣動(dòng)外殼、 儀表儀器、內(nèi)飾件等采用了塑料制造；軍艦的塑料浮筒、雷達(dá)罩等也采用了塑料制造。 總之從天上飛的，地上跑的，水中游的，都有塑料制品的足跡。 塑料制品的發(fā)展與塑料模具的設(shè)計(jì)制造關(guān)系密切。可以說，塑料模具的發(fā)展水平 不僅決定了塑料制品的質(zhì)量工藝水平，還決定了塑料制品的應(yīng)用范圍。塑料制品的模 具設(shè)計(jì)過程主要包括制品的設(shè)計(jì)、材料的選擇、成型工藝確定、模具的設(shè)計(jì)與制造， 在這四個(gè)流程中，模具的設(shè)計(jì)制造是實(shí)現(xiàn)塑料制品工業(yè)化的最重要一環(huán)。 塑料制品的模具是非常重要的生產(chǎn)工藝裝備，模具根據(jù)塑料制品的形狀按照一定 的成型方式使原料成型為制品。在模具注塑工藝中，不同的塑料成型方法有著不同注 塑模工藝。塑料制品質(zhì)量的好壞以及生產(chǎn)效率的高低取決于模具的設(shè)計(jì)是否合理，質(zhì) 量好的注塑?？梢猿尚蜕习偃f次。在現(xiàn)代的注塑模的生產(chǎn)中，合理的注塑工藝、高效 的注塑設(shè)備、先進(jìn)的塑料模具和制造技術(shù)，是提高塑料制品質(zhì)量與生產(chǎn)料率的關(guān)鍵因 素，尤其是塑料模具對(duì)于實(shí)現(xiàn)塑料制品的加工工藝要求、塑料制品的功能要求起著重 要的影響作用。然而，傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能很好地適應(yīng)時(shí)代的需要，計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì)與制造的效果卻是立竿見影的，在本課題中，利用 Mlodflow 模流分析軟件可 以在模具設(shè)計(jì)前，通過專業(yè)性軟件對(duì)注塑成型過程進(jìn)行類比分析，準(zhǔn)確分析熔體的填 充過程、保壓壓時(shí)間、冷卻時(shí)間、翹曲變量等情況，使得設(shè)計(jì)者能夠在生產(chǎn)之前發(fā)現(xiàn) 塑料制品存在的問題，并能夠及時(shí)的修改塑料制品的設(shè)計(jì)，從而合理規(guī)劃模具的設(shè)計(jì)。 通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)傳統(tǒng)注塑模具的設(shè)計(jì)方法的一次創(chuàng)新，而且實(shí)踐表明 通過計(jì)算機(jī)軟件輔助設(shè)計(jì)的模具質(zhì)量高、設(shè)計(jì)成本低，有效的正常的模具的使用壽命， 在提高成型塑料制品的質(zhì)量的同時(shí)還相對(duì)降低了實(shí)際的生產(chǎn)成本。這對(duì)于塑料制品的 設(shè)計(jì)與制造有著重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)層面上的意義。本次課題所設(shè)計(jì)的膠水瓶蓋塑料制品 面向家庭日常用品，生產(chǎn)量大，市場(chǎng)投放范圍廣，因此，本課題的設(shè)計(jì)有一定的應(yīng)用 價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 第 1 頁 共 46 頁 第 1 章 塑件的分析 1.1 塑件的介紹 如圖 1-1 為 UG 建模軟件制作的膠水瓶蓋。塑件的材料為 PP（聚丙烯）。 （a） （b） 圖 1-1 塑件三維圖（a）(b) 第 2 頁 共 46 頁 本次設(shè)計(jì)的塑件為膠水瓶蓋。膠水的市場(chǎng)應(yīng)用定位為日常辦公用品，主要使用對(duì) 象為辦公人員、學(xué)生等。膠水材料為 PVA，主要用于紙質(zhì)類的粘合。瓶蓋外觀要求美感 且具有實(shí)用性，選用塑件材料化學(xué)性質(zhì)要求穩(wěn)定，不與膠水材料其化學(xué)反應(yīng)。為了在 日常使用中防止膠水流出，塑件型腔內(nèi)還設(shè)計(jì)了止流圓柱，用于與膠水出口處的配合。 塑件的具體尺寸參數(shù)如圖 1-2： 圖 1-2 塑件尺寸圖 本次的設(shè)計(jì)定位非精密塑件，所以精度選擇一般精度，查表 1-1 的推薦公差等級(jí) 為 MT5。 表 1-1 塑件材料收縮率對(duì)應(yīng)公差等級(jí)表 收縮 01%的常用材料有：ABS,PC,PC/ABS,PA+玻纖填充物，PP+填料; 收縮 12%的常用材料有：PA,尺寸150mm 的 POM; 收縮 23%的常用材料有：PP,尺寸150mm 的 POM，PE; 公差等級(jí) 一標(biāo)注公差尺寸收縮特性值(%) 高精度 一般精度 未注公差尺寸 0 MT2 MT3 MT5 MT3 NT4 MT6 MT4 MT5 MT7 MT5 MT6 MT7 第 3 頁 共 46 頁 收縮3% 的常用材料有：軟 PVC。 1.2 塑料的基本知識(shí) 塑料是以樹脂為基本成分，在加入增塑劑、穩(wěn)定劑、著色劑、填料等一些添加劑 后，在一定的時(shí)間、壓力和溫度的作用下，在模具中制成具有特性形狀特征的塑料制 品的一種高分子材料，是工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中非常重要的的材料。 塑料的一般性能： （1）塑料的密度為鋼的 1/71/4，鋁的 1/2 左右，密度較小。 （2）塑料有著良好的抗腐蝕能力，對(duì)于酸、堿、鹽以及有機(jī)溶劑等化學(xué)藥物來說。 （3）塑料絕緣性能好。幾乎所有的塑料，都具有良好的電絕緣性和耐電弧性，可 與絕緣性能優(yōu)異的陶瓷、橡膠媲美。 （4）塑料具有優(yōu)異的減震、耐磨、自潤滑性能。 （5）塑料的比強(qiáng)度高。比如玻璃纖維增強(qiáng)塑料，它的比強(qiáng)度達(dá) 170400Mpa， 而普通鋼材僅為 160Mpa 左右。 （7）塑料的著色性能。電鍍性能與裝飾性能十分優(yōu)良 （8）塑料的加工性能好，生產(chǎn)過程簡單，可以實(shí)現(xiàn)塑件自動(dòng)化生產(chǎn)與無人化管理、 生產(chǎn)效率高，同時(shí)生產(chǎn)成本低。 1.3 塑件材料的分析 1.3.1 PP 塑料概述 PP 化 學(xué) 名 稱 ： 聚 丙 烯 ； 英 文 名 稱 :Polypropylene； 密 度 :0.9-0.91g/cm-3 成 型 收 縮 率 :1.0-2.5%； 成 型 溫 度 ： 160 220 。 聚丙烯是一種優(yōu)良的樹脂品種，它是一種高密度、無側(cè)鏈、高結(jié)晶的線性聚合物， 具有優(yōu)良的綜合性能。未著色時(shí)呈白色半透明，蠟狀，比聚乙烯輕，透明度也較聚乙 烯好，比聚乙烯剛硬。聚丙烯對(duì) 大 多 數(shù) 酸 、 堿 、 鹽 、 氧 化 劑 都 不 會(huì) 發(fā) 生 化 學(xué) 反 應(yīng) ， 只 有 少 數(shù) 強(qiáng) 氧 化 劑 才 可 能 使 其 出 現(xiàn) 反 應(yīng) ， 因 此 化 學(xué) 性 能 穩(wěn) 定 。 聚 丙 烯 材 料 屬 于 非 極 性 化 合 物 ， 與 極 性 溶 劑 接 觸 能 保 持 穩(wěn) 定 ， 如 醇 、 酚 、 醛 、 酮 和 大 多 數(shù) 羧 酸 都 不 會(huì) 使 其 溶 脹 ， 但 在 部 分 非 極 性 有 機(jī) 溶 劑 當(dāng) 中 容 易 溶 解 或 溶 脹 。 1.3.2 PP 塑料成型特性 成型特性： （ 1） 結(jié) 晶 料 ,吸 濕 性 小 ,長 期 與 熱 金 屬 接 觸 易 分 解 。 （ 2） 流 動(dòng) 性 好 ,收 縮 范 圍 及 收 縮 值 大 ,易 發(fā) 生 縮 孔 、 凹 痕 、 變 形 。 第 4 頁 共 46 頁 （ 3） 冷 卻 速 度 快 ,要 注 意 控 制 成 型 溫 度 ,當(dāng) 模 具 溫 度 低 于 50時(shí) ,塑 件 不 光 滑 ,易 產(chǎn) 生 熔 接 不 良 、 流 痕 ,90以 上 則 易 發(fā) 生 翹 曲 變 形 。 （ 4） 塑 料 的 壁 厚 應(yīng) 該 設(shè) 計(jì) 均 勻 ,為 防 止 應(yīng) 力 集 中 ， 所 以 避 免 有 尖 角 等 。 1.3.3 PP 塑料各項(xiàng)性能 各項(xiàng)性能如表 1-2 所示。 表 1-2 聚丙烯的各項(xiàng)性能 1.3.4 PP 塑料注塑成型條件 PP 塑料注塑成型條件如下表 1-3 所示。 表 1-3 聚丙烯的注塑成型條件 1.4 塑件的脫模斜度 塑件冷卻時(shí)的收縮會(huì)使它包緊住模具的型芯，為了使得塑件中從型腔中脫出，同 時(shí)防止脫模時(shí)損傷塑件，應(yīng)該讓塑件內(nèi)外表面的沿脫模方向，設(shè)計(jì)有足夠的斜度。查 表 1-4 取 301 表 1-4 常用塑料脫模斜度 性能 指數(shù) 性能 指數(shù) 密度 （g/cm -3） 0.9-0.91 硬度（R） 95-105 吸水率(%) 0.03-0.04 熱變形溫度 （C） 56-67 成型收縮率（%） 1.0-2.0 拉伸強(qiáng)度（Mpa） 30-39 脆性溫度（C） -35 彎曲強(qiáng)度（Mpa） 42-56 伸長率(%) 200 壓縮強(qiáng)度（Mpa） 39-56 注射成型機(jī)類型 螺桿式 密度（g/cm -3） 0.90.91 收縮率(%) 1.02.5 注射壓力(Mpa) 70100 噴嘴溫度(C) 170180 螺桿轉(zhuǎn)速 (n/min) 48 模具溫度(C) 8090 適用注射機(jī)類型 螺桿式 預(yù)熱 溫度 （C） 時(shí)間（h） 80100 12 料筒 溫度 （C） 前段 中段 后段 160180 180200 200220 成型 時(shí)間 （s） 注射時(shí)間 高壓時(shí)間 冷卻時(shí)間 總周期 2060 03 2090 50160 后處理 - - 第 5 頁 共 46 頁 1.5 塑件的壁厚 合理地確定塑件的壁厚是很重要的。塑件的使用要求決定了塑件的厚度，即滿足 強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、電氣性能、尺寸穩(wěn)定性以及裝配等各項(xiàng)要求。塑件的壁厚通常在 16mm，而常用的數(shù)值為 23mm。表 1-5 為根據(jù)塑件外形尺寸推薦的一般熱塑料制品 的最小壁厚及常用壁厚推薦值。根據(jù)表 1-5 的推薦與實(shí)際情況選取主體 1.5mm 壁厚。 表 1-5 部分熱塑性塑料制品的最小壁厚及常用壁厚推薦值 1.6 塑件的圓角 設(shè)計(jì)成圓角的好處：在塑料成型時(shí)流動(dòng)阻力小，有利于改善沖模特性；防止因塑 料收縮而導(dǎo)致的塑件變形，或者因銳角而引起的應(yīng)力集中；延長模具的使用壽命；使 塑件外觀美觀；使得模具成型零件在熱處理時(shí)不易產(chǎn)生裂口，增強(qiáng)強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)中塑 件的圓角都取 R=0.5mm，主要集中在塑件花紋頂端處。 脫模斜度 塑料名稱 型芯 型腔 ABS 351 40120 PS 301 35130 PC 3050 351 PP 2550 301 塑件材料 最小壁厚 （mm） 小型塑件推薦 值（mm） 中型塑件推薦 值（mm） 大型塑件推薦 值（mm） 聚丙烯 0.85 1.45 1.75 2.43.2 聚乙烯 0.6 1.25 1.6 2.43.2 有機(jī)玻璃 0.8 1.50 2.2 46.5 尼龍 0.45 0.76 1.5 2.43.2 第 6 頁 共 46 頁 第 2 章 注塑機(jī)的選擇 2.1 參數(shù)的確定 （1）塑件的體積與質(zhì)量計(jì)算 通過 UG 分析功能算出體積 V=4072.70mm，據(jù)表 1-1 所提供的密度 =0.90g/cm-3 （2-gVG7.390.472塑 件 1） 因?yàn)槌醪竭x定為一腔四模，所以塑件總質(zhì)量為： （2-8.3塑 件總 2） ()注塑機(jī)的選擇 由于塑件為大批量生產(chǎn)，綜合考慮應(yīng)選用 ZSZY60 型臥式注塑機(jī)。如下表 2-1 所示注塑機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)。 表 2-1 XS-Z-60 型注塑機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù) 第 7 頁 共 46 頁 （4）注塑機(jī)參數(shù)的校核 最大注射量的校核 塑件連同澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的質(zhì)量一般不應(yīng)大于注塑機(jī)公稱的 80%，注塑機(jī)多以公 稱容量來表示，可采用下列公式校核： （2-Gcmax 3） max G注塑機(jī)可注射的最大注射量； c料筒溫度下塑料的體制膨脹率的校正系數(shù)，參照模具手冊(cè)資料取 0.93； 注塑機(jī)公稱注射量，根據(jù)表 2-1 取 60g （2-gGc2.5069.30max 4） （2-總ax 5） 注塑機(jī)型號(hào) XS-Z-60 額定注射量 60cm3 螺桿（柱塞）直徑 38mm 注射壓力 122Mpa 注射行程 170mm 注射方式 柱塞式 鎖模力 500KN 最大成型面積 130 最大開合模行程 180mm 模具最大厚度 300mm 模具最小厚度 70mm 噴嘴圓弧半徑 R12mm(可調(diào)整型) 噴嘴孔直徑 3mm 頂出形式 兩側(cè)設(shè)有頂桿，機(jī)械頂出 動(dòng)、定模固定板尺寸 330X440mm 拉桿空間 190X300mm 合模方式 液壓-機(jī)械 液壓泵 流量 70、12L/min 壓力 6.5Mpa 電動(dòng)機(jī)功率 11KW 第 8 頁 共 46 頁 由上式對(duì)比結(jié)果可以判斷出注塑機(jī)的注射量滿足本次設(shè)計(jì)要求。 最大注射壓力的校核 注塑機(jī)的公稱注射壓力要大于塑件成型的壓力，即： （2-注公 P 6） 公P注塑機(jī)的最大注射壓力，根據(jù)表 2-1 取 122Mpa; 注 塑件成型所需的實(shí)際注射壓力，根據(jù)表 1-2 取 100Mpa （2-102注公 P 7） 由上式對(duì)比結(jié)果可以判斷出注塑機(jī)的注射壓力滿足本次設(shè)計(jì)要求。 鎖模力的校核 塑料熔體充滿型腔時(shí)，因高壓會(huì)產(chǎn)生很大的推力，這個(gè)推力的大小應(yīng)該小于注塑 機(jī)的鎖模力，不然將可能出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，即： （2-分鎖 pAF 8） 鎖F 注塑機(jī)公稱鎖模力，根據(jù)表 2-1 取 500KNp 注射時(shí)型腔內(nèi)注射的壓力，根據(jù)表 2-2 取 15Mpa分A 塑件和在分型面上的垂直投影面積之和，由 UG 軟件計(jì)算得 2837.16 2m （2- 9） 表 2-2 常用塑料可選用的型腔壓力 由上式對(duì)比結(jié)果可以判斷出注塑機(jī)的鎖模力滿足本次設(shè)計(jì)要求。 開模距離的校核 因?yàn)樽⑺軝C(jī)的開模行程是有限的，所以塑件從模具中取出時(shí)所需的開模距離必須 小于注塑機(jī)的最大開模距離，否則塑件無法從模具中取出.可以根據(jù)下列公式進(jìn)行校核： 塑件材料 型腔平均壓力 （ Mpa） 塑件材料 型腔平均壓力 （Mpa ） 高壓聚乙烯 1015 聚苯乙烯 1520 低壓聚乙烯 20 AS 30 中亞聚乙烯 35 ABS 30 聚丙烯 15 有機(jī)玻璃 30 KNKNpAF57.4216.8350分鎖 第 9 頁 共 46 頁 （2-mHS10521 10） S 注塑機(jī)的最大開模行程，根據(jù)表 2-1 取 180mm；1H 塑件脫模距離，根據(jù)塑件高度取 30mm；2 包括流道在內(nèi)的塑件的高度，根據(jù)相關(guān)資料取 70mm。 （2-mHS10521 11） 7380 由上式對(duì)比結(jié)果可以判斷出注塑機(jī)的開模距離滿足本次設(shè)計(jì)要求。 第 3 章 型腔數(shù)量與分布 第 10 頁 共 46 頁56.7814/2068./8.0( ）（） 件澆 gmGN3.1 型腔數(shù)量 為了合理地確定了型腔的數(shù)目，需檢查注射容量，根據(jù)注塑機(jī)的最大注射量的 80%進(jìn)行計(jì)算，即： （3-1） N型腔數(shù)； G注射機(jī)注射量（g）,根據(jù)表 2-1 取 60g； 澆m澆注系統(tǒng)的重量，根據(jù)相關(guān)資料取 20g； 件 塑件重量，根據(jù)公式 2-1 得 3.7g. （3- 2） 由上式的計(jì)算結(jié)果得知本次設(shè)計(jì)最多可布置的型腔數(shù)量為 7 個(gè)，但考慮到實(shí)際與 設(shè)計(jì)的要求，將型腔數(shù)量確定為 4 個(gè)。 3.2 型腔分布 型腔分布原則: （1）型腔分布一般采用平衡式排列，可確保塑件的質(zhì)量。 （2）型腔分布和澆口開設(shè)部位應(yīng)保持對(duì)稱，防止模具承受偏載產(chǎn)生溢料，影響塑 件質(zhì)量。 （3）型腔分布應(yīng)緊湊，可減小模具的外形尺寸。 本設(shè)計(jì)中由于采用四腔，設(shè)計(jì)成平衡式排列方式，采用排列方式如圖 3-1 所示。 型腔中心之間的距離 A=40mm，B=56.5mm。 圖 3-1 型腔分布 件澆 ） mGN/8.0( 第 11 頁 共 46 頁 第 4 章 分型面的選擇 模具上用以取出塑件和凝料,可分離的接觸表面稱為分型面。分型面的設(shè)計(jì)在注塑 模的設(shè)計(jì)中占有重要的位置，分型面的設(shè)計(jì)對(duì)塑件的質(zhì)量、模具的整體結(jié)構(gòu)、工藝操 作的難易程度以及模具的制造等都有很大的影響。 在選擇分型面時(shí)，應(yīng)保證塑件的質(zhì)量要求，在一般情況下選分型面是以塑件精度、 脫模的難易度作為前提的，如圖 4-1（a）(b)所示，在圖 4-1（a）中分型面的選擇在 軸線上這樣會(huì)使塑件的表面留下分型面的痕跡，并會(huì)產(chǎn)生毛刺狀起伏物，影響塑件的 表面質(zhì)量，同時(shí)還會(huì)造成分型面的側(cè)向抽芯困難，不利于安裝自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)，從而 影響大批量生產(chǎn)時(shí)的效率。圖 4-1（b）的分型面選擇在塑件的下端面，這樣可以使塑 件的外表面可以在整體型腔內(nèi)成形，使得塑件的外表面光滑，表面的質(zhì)量得到一定的 保證，也使自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)安裝容易，塑件的整體脫模方便。 因此，綜合上述因素，對(duì)于塑件的分型面，本次設(shè)計(jì)應(yīng)選擇圖 4-1（b）所示分型 面。 圖 4-1 分型面的選擇（a）（b） 第 12 頁 共 46 頁 第 5 章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)的作用是將熔融狀態(tài)的塑料填充到模具型腔內(nèi)，并在填充以及凝固的過 程中將注射壓力傳遞到塑件各部位。一般的澆注系統(tǒng)主要由主流道、分流道、澆口及 冷料穴四個(gè)部分組成。 在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注意以下有因素： （1）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮到所用塑料的成型特性，以保證塑件的成型質(zhì) 量。 （2）根據(jù)塑件大小、形狀、壁厚、技術(shù)要求等因素，結(jié)合分型面，設(shè)置澆注系統(tǒng) 的形式、澆口數(shù)量以及位置。 （3）設(shè)置澆注系統(tǒng)還應(yīng)該考慮到去除、修正澆口方便，不影響塑件的外表美觀。 （4）澆注系統(tǒng)要依據(jù)型腔分布進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （5）設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注意冷料的儲(chǔ)存措施。 （6）在大量生產(chǎn)時(shí)，設(shè)置澆注系統(tǒng)還應(yīng)該考慮到在保證成型質(zhì)量的前提下盡量縮 短流程，縮短填充、冷卻時(shí)間，縮短成型周期，同時(shí)減少損耗的塑料。 5.1 主流道的設(shè)計(jì) 主流道是溶料注入模具最先經(jīng)過的一段流道，直接影響道填充時(shí)間及流動(dòng)速度。 主流道大都呈圓錐形，也有形狀是扁形或圓形的。但是為了方便將流道中的冷料拉出， 一般把主流道設(shè)計(jì)為圓錐形，一般的錐角通常為 27，內(nèi)壁粗糙度小于或等于 0.8m， 定模板的厚度決定了主流道的長度。如圖 5-1 為主流道示意圖。 圖 5-1 主流道示意圖 5.1.1 主流道的參數(shù) 以下是主流道參數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)： （1）噴嘴處孔徑的計(jì)算 第 13 頁 共 46 頁 根據(jù)表 2-1 所示，注塑機(jī)嘴噴孔徑為 3mm, 選用直通式噴嘴，即： （5-md）（注 塑 機(jī) 噴 嘴 孔 直 徑 15.0 1） （5-m413 2） （2）澆口處噴嘴球半徑 R 的計(jì)算 根據(jù)表 2-1 所示，注塑機(jī)交口處噴嘴球半徑 R 為 12mm，即： （5-）（噴 嘴 球 半 徑 32 3） （5-mR15 4） （3）主流道半徑的計(jì)算 注射成型時(shí)，為了保證主流道與注塑機(jī)噴嘴處不溢料，設(shè)計(jì)時(shí)主流道小端直徑 D 要比料筒噴嘴 d 直徑大 0.5mm，即： （5-mD5.4015.0 5） （4）主流道錐度 為了利于熔體流動(dòng)，根據(jù)模具設(shè)計(jì)手冊(cè)，主流道錐度： （5-6）42 取 。 （5）主流道粗糙度 主流道粗糙度： （5-mRa6.180 7） 取 。mRa8.0 5.2 分流道的設(shè)計(jì) 主流道與澆口之間的通道稱為分流道，通常設(shè)在分型面上，有起到分流和轉(zhuǎn)向的 作用。模具型腔的分布和澆口位置決定了分流道的長度。為了減少流道凝料，壓力與 熱量的損失，分流道長度不能太長，應(yīng)盡量短。如果要減少流道內(nèi)的壓力和熱量的損 失，那么流道設(shè)計(jì)時(shí)截面積要大，表面積要小。分流道的形狀主要有圓形、矩形、梯 形、U 形和正六角形等，而流道效率從高到低的排列順序依次是：圓形 U 型正六 角形梯形矩形半圓形，根據(jù)流道效率大小決定本次設(shè)計(jì)在該模具上取圓形斷面 形狀。分流道尺寸推薦如表 5-1 所示。 表 5-1 流道斷面尺寸推薦值 第 14 頁 共 46 頁 對(duì)于常見的 1.52.0mm 壁厚塑件，采用的圓形分流道直徑一般 3.57.0mm 之間， 根據(jù)表 5-1 所示選取直徑為 5mm，表面粗糙度取 0.8，即： （5-mRDa8.05；分 8） 5.3 澆口的設(shè)計(jì) 澆口能夠增加和控制塑料進(jìn)入型腔的流速并封閉裝填在型腔內(nèi)的塑料。澆口分為 非限制性澆口和限制性澆口兩種，為提高成型質(zhì)量，本次設(shè)計(jì)使用限制性澆口，其優(yōu) 點(diǎn)在于： （1）成型周期短 （2）去除流道方便，在塑件上殘留的痕跡小。 （3）型腔內(nèi)實(shí)際壓力小，與使用非限制性澆口相比可形成較大投影面積的塑件。 （4）由于澆口的摩擦作用，可提高料溫，減少流痕。另外料流流速高，有利于充 填型腔。 （5）對(duì)多型腔模具，可調(diào)節(jié)澆口截面積，以保證各型腔同時(shí)充滿。 （6）殘余應(yīng)力小，可防止塑件破裂、翹曲、變形。 根據(jù)仿真模擬塑件的澆口位置，本次設(shè)計(jì)采用點(diǎn)澆口進(jìn)行澆注。點(diǎn)澆口是一種常 用的澆口形式，主要適用于殼、盒類塑件的成型。點(diǎn)澆口的澆口小，在去流道后殘留 的痕跡較小，減少了熔接不良的現(xiàn)象，同時(shí)，主流道還可將其自動(dòng)拉斷。點(diǎn)澆口所成 型的塑件表面光澤清晰，符合本次設(shè)計(jì)塑件的要求。 典型點(diǎn)澆口如圖 5-2 所示。 塑料名稱 分流道斷面直徑 mm 塑料名稱 分流道斷面直徑 mm ABS，AS 聚乙烯 尼龍類 聚甲醛 丙烯酸 抗沖擊丙烯酸 醋酸纖維素 聚丙烯 異質(zhì)同晶體 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810 聚苯乙烯 軟聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 熱塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 離子聚合物 聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.513 第 15 頁 共 46 頁 圖 5-2 典型點(diǎn)澆口（a）(b)(c)(d)(e) 5.3.1 澆口的參數(shù) 本設(shè)計(jì)澆口采用點(diǎn)澆口，澆口具體尺寸一般通過查詢資料結(jié)合材料的特性確定。 (1)澆口直徑 d 查模具手冊(cè)得到推薦范圍： (5-8)md5.10 根據(jù)相關(guān)資料，PP 材料的澆口直徑范圍為 11.5mm，取mm。 (2)澆口長度 查模具手冊(cè)得到推薦范圍： (5-9)l25.0 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 2mm。 （3）澆口方向角 查模具手冊(cè)得到推薦范圍： (5-10)156 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 15。 5.4 冷料穴的設(shè)計(jì) 冷料穴是用來儲(chǔ)藏在注射間隔時(shí)期內(nèi)由于噴嘴部溫度低而構(gòu)成的所謂冷料渣，以 及它拉出凝固在流道內(nèi)的塑料，一般常用形式采用如圖 5-3 所示溝扣型冷料穴。 第 16 頁 共 46 頁 圖 5-3 溝扣型冷料穴 5.5 澆口套的選擇 在實(shí)際生產(chǎn)過程中，主流道要經(jīng)常與高溫塑料及噴嘴結(jié)合碰撞，因此模具的主流 道部分要設(shè)計(jì)成可拆卸并且能夠更換的襯套，該襯套稱為澆口套。 （1）澆口套的作用 使模具安裝時(shí)進(jìn)入定位孔方便，在注塑機(jī)上能夠很好地進(jìn)行定位，與注塑機(jī)噴 嘴孔吻合，并能承受塑料熔體的反壓力，不致被推出模具。 導(dǎo)流料筒同內(nèi)的塑料熔體到模具型腔內(nèi)，注塑過程中保證熔體不會(huì)溢出，同時(shí) 保證主流道凝料脫模順暢、方便。 （2）澆口套分類 澆口套通常被分為二板模具澆口套及三板模具澆口套兩大類。 本次設(shè)計(jì)選用的是二板模具澆口套。一般情況下，澆口套的直徑 根據(jù)模具大小D 選取，模架寬度在 400mm 以內(nèi)，選用 的類型，模架寬度在 400mm 以上，選用12D 的類型，澆口套長度根據(jù)模架大小確定。本次設(shè)計(jì)模架 300400，所以選用16D 12,即： (5-11) 第 17 頁 共 46 頁 第 6 章 模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6.1 概述 模具中將熔體的熱量源源不斷地傳遞出去，或者將模具加熱到模具正常的注射溫 度，將模具溫度控制在合理范圍內(nèi)的那部分結(jié)構(gòu)就成為溫度控制系統(tǒng)。塑件成型的質(zhì) 量和生產(chǎn)效率能夠由模具的溫度直接影響到，由于各類型的塑料性能和成型工藝不同， 對(duì)模具的溫度要求也不盡相同，應(yīng)該根據(jù)塑料的特性要求，控制模具溫度保持在一個(gè) 合理的范圍之內(nèi)，以此達(dá)到提高塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 模具溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮到因素如下： （1）成型塑件的壁厚、投影面積、結(jié)構(gòu)形狀。 （2）塑件的生產(chǎn)批量。 （3）成型塑料的特性 （4）模具的大小及結(jié)構(gòu)，成型零件的鑲拼方式 （5）澆口的形式，流道的布置。 6.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)選用的是 PP 材料，根據(jù)其特性介紹，要求注塑時(shí)模具溫度較低，所以采 用冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以達(dá)到溫度調(diào)節(jié)的作用。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則： （1）冷卻水道可設(shè)計(jì)成單回路或多回路。 （2）冷卻水道應(yīng)盡量多、截面尺寸應(yīng)盡量大 （3）冷卻水的入口宜選在澆口附近 （4）冷卻水到的出入口溫差盡量小 （5）冷水水道應(yīng)該沿著塑料收縮的方向設(shè)置 6.2.1 冷卻系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算 第 18 頁 共 46 頁 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算要計(jì)算冷卻介質(zhì)的傳熱面積，為以后的冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供 依據(jù)。下面是關(guān)于冷卻系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算： （1）塑料傳給模具的熱量 根據(jù)模具設(shè)計(jì)手冊(cè)提供的計(jì)算公式，即： （6-nmqQ 1） Q 單位時(shí)間內(nèi)塑料傳遞給模具的熱量， ；hkJ/n 每小時(shí)注射次數(shù)，產(chǎn)量為估算 30 次；m 每次注射的塑料量，包括澆注系統(tǒng)，估算為 24.8g；q 單位質(zhì)量的塑料在型腔所散發(fā)的熱量，查相關(guān)資料得 5.910 kJ/kg。2 （6-h/1096.7.540332kJnmqQ 2） （2）由冷卻水帶走的熱量 根據(jù)模具手冊(cè)提供的相關(guān)計(jì)算公式，即： （6-QW%95 3） WQ 單位時(shí)間內(nèi)模具由水冷卻水帶走的熱量， ; h/1096.73kJhkJ/ 單位時(shí)間內(nèi)塑料傳給模具的熱量，根據(jù) 6-2 得 （6-QW /52.1096.750933 4） （3）冷卻水的體積流量 根據(jù)相關(guān)資料查詢提供的計(jì)算公式，即： （6- 5） 冷卻水的密度，根據(jù)資料取 ； 3/10mkg 冷卻水的比熱容，根據(jù)資料取 ；1C )(87.4Cj 冷卻水出口溫度，根據(jù)資料取 ； 25 冷卻水進(jìn)口溫度，根據(jù)資料取 。2 （4）冷卻管道直徑 為了使冷卻水在管中呈紊流狀態(tài)，冷卻水水管的直徑應(yīng)該小于 20mm。根據(jù)表 6-1 流速與水管直徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系得，初步確定取 wd=8mm hCqv /64.0)25(187.4096)( 33321 第 19 頁 共 46 頁 6-1 水管與流速的對(duì)應(yīng)關(guān)系 （5）冷卻水在管道內(nèi)的流速 （6-6） 6.2.2 冷卻水管位置設(shè)計(jì)原則 （1）冷卻水管的布置要根據(jù)塑件形狀而定。當(dāng)塑件壁厚基本均勻時(shí)，各冷卻水管 距離型腔的距離要一致。 （2）冷卻水道到型腔的距離在 1015mm 為宜。 （3）冷卻水管之間的中心距離一般為 5D8D，為冷卻水管的設(shè)計(jì)直徑。本次設(shè) 計(jì)選用直徑 D=8mm 的冷卻水管，則取 40mm 以上。 （4）冷卻水管應(yīng)該考慮到與模具上的其他機(jī)構(gòu)的干涉。因此設(shè)計(jì)冷卻水路時(shí)，冷 卻水管和其他結(jié)構(gòu)孔之間的鋼厚至少保持 3mm，對(duì)于細(xì)長冷卻管，鋼厚要求至少 5mm。 （5）冷卻水道的布置要利于澆口附近的冷卻。因?yàn)樗芰先垠w在填充時(shí)，澆口附近 溫度最高，因而要加強(qiáng)澆口附近的冷卻，且冷卻水應(yīng)從從澆口附近開始向其他地方流， 這樣冷卻效果比較利于塑件的成型。 （6）塑件易產(chǎn)生熔接痕的部位，冷卻水管的布置應(yīng)該避開，以消除熔痕的形成。 （7）冷卻水管盡量布置在塑件四周或各腔之類，為塑件結(jié)構(gòu)的局部改動(dòng)留下余地。 mdw/8 10 12 15 20)sV（ 1.66 1.32 1.10 0.87 0.66smsdqv /6.1/0.)18(4.36.232 第 20 頁 共 46 頁 第 7 章 基于 Mlodflow 的膠水瓶蓋注塑模具 CAE 分析 7.1 CAE 技術(shù)概述 CAE 技術(shù)分析是運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析幾何模型問題的技術(shù)，讓設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真與 模擬的研究行為。在工程方面，CAE 技術(shù)領(lǐng)域主要包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、振動(dòng) 分析、流體流場(chǎng)分析、熱傳分析、電磁場(chǎng)分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、塑料注塑成型模流分 析等，本次設(shè)計(jì)應(yīng)用的 CAE 技術(shù)為塑料注塑成型模流動(dòng)分析。在工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用 CAE 技術(shù)的好處在于，能夠在建立產(chǎn)品原型之前或之后找到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷，并進(jìn)行設(shè)計(jì) 變更，協(xié)助排除產(chǎn)品設(shè)計(jì)中遇到的困難，累積設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)過程，逐步建立 起產(chǎn)品的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 CAE 技術(shù)通過近似的數(shù)值方法進(jìn)行計(jì)算與求解，并不是傳統(tǒng)意義上的數(shù)學(xué)方式求解。 這種數(shù)值計(jì)算方法可以解決許多純數(shù)學(xué)無法解決的問題，因此在工程層面上的應(yīng)用很 是廣泛。數(shù)值計(jì)算方法主要是應(yīng)用到了矩陣的計(jì)算技巧，因此很適合運(yùn)用計(jì)算機(jī)作為 平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算與求解。數(shù)值計(jì)算方法的效率和成敗與所運(yùn)用的計(jì)算機(jī)平臺(tái)的性能有直 接的關(guān)系，原則上計(jì)算機(jī)性能越出色，那么數(shù)值計(jì)算方法的效率越高，成功的概率也 更高，所以在計(jì)算機(jī)的發(fā)展直接促進(jìn)了 CAE 技術(shù)的進(jìn)步。 注塑模的 CAE 技術(shù)分析是以計(jì)算機(jī)有限元分析為基礎(chǔ)而進(jìn)行的模流分析，其分析 模型的過程先是將產(chǎn)品的幾何模型曲面離散為三角形或者四邊形的結(jié)構(gòu)形式的網(wǎng)格形 態(tài)表示出來，然后再進(jìn)行模流分析。注塑模 CAE 技術(shù)可以幫助模具設(shè)計(jì)者在生產(chǎn)過程 中，通過計(jì)算機(jī)模擬出來結(jié)果，了解熔體在充填、保壓及冷卻成型過程中的各種狀態(tài)， 第 21 頁 共 46 頁 如成型產(chǎn)品的填充時(shí)間、保壓壓力、熔體流速、剪切力及翹曲變量等的變化情況，并 由這些模擬參數(shù)決定產(chǎn)品和模具的設(shè)計(jì)。例如最佳澆口位置的選擇，多模腔的安排， 預(yù)測(cè)熔接線及排氣孔的位置，冷卻水管的分布等。同時(shí)，通過功提供適當(dāng)工藝參數(shù)例 如保壓時(shí)間、保壓壓力、注射壓力、加工溫度、模具溫度等，可預(yù)測(cè)注塑過程所需鎖 模力及成型產(chǎn)品的翹曲變形量。 傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)過程是在正式生產(chǎn)前，由技術(shù)人員憑借以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)開發(fā) 模具，在模具進(jìn)行裝配之后，需要多次模擬開合模試驗(yàn)，從中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，而發(fā)現(xiàn) 問題后常常需要重新設(shè)置模具的工藝參數(shù)，有時(shí)候如果問題重大可能還需要改正塑料 制品的參數(shù)甚至于整體的模具設(shè)計(jì)，這樣的話，生產(chǎn)成本會(huì)大量徒增，產(chǎn)品開發(fā)周期 被拉長，降低實(shí)際的生產(chǎn)效率。而通過運(yùn)用 CAE 技術(shù)進(jìn)行模擬分析，可以完全省略掉 模具的試模過程，因?yàn)?CAE 技術(shù)的運(yùn)用為的制品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)提供了完整的解決方案， 在模具制造之前，就已經(jīng)完整的預(yù)測(cè)了塑料制品的整個(gè)成型過程，幫助設(shè)計(jì)者在成型 過程中及早發(fā)現(xiàn)所隱藏的問題，有效地防止由設(shè)計(jì)缺陷所引起的問題，不僅縮短了開 發(fā)周期，還有效的降低了生產(chǎn)成本。 7.2 Mlodflow 軟件的概述 MoldFlow 軟件是由美國 MOLDFLOW 公司開發(fā)的產(chǎn)品，主要專注于塑料注塑成型領(lǐng) 域，該公司自 1976 年發(fā)行了全球首款注塑成型流動(dòng)分析軟件以來，至今已經(jīng)發(fā)展至 Moldflow2016 版，在塑料注塑成型領(lǐng)域影響力巨大，一直主導(dǎo)著塑料成型 CAE 的軟件 市場(chǎng)。現(xiàn)如今，該公司已經(jīng)發(fā)展成為塑料注塑成型流動(dòng)分析軟件方面的巨頭，占據(jù)該 領(lǐng)域的大量市場(chǎng)份額。 MoldFlow 軟件在注塑模設(shè)計(jì)中的作用: （1）優(yōu)化塑料制品 通過 MoldFlow 軟件的功能分析，可以得到產(chǎn)品的實(shí)際最小壁厚，進(jìn)而優(yōu)化產(chǎn)品的 結(jié)構(gòu)，降低產(chǎn)品材料的使用成本，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，確保產(chǎn)品能夠完成整個(gè)填充 的過程。 （2）優(yōu)化模具結(jié)構(gòu) 通過 MoldFlow 軟件的功能分析，能夠分析出產(chǎn)品的最佳的澆口位置與數(shù)量，可以 對(duì)型腔的尺寸、澆口的尺寸、流道的尺寸和冷卻的系統(tǒng)尺寸進(jìn)行參數(shù)上的優(yōu)化，直接 在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試模、修模，從而大大地提高了模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量，在設(shè)計(jì)過程中減少 了修模次數(shù)。 （3）優(yōu)化注塑工藝參數(shù) 通過 MoldFlow 軟件的功能分析，能夠確定出適合相關(guān)注塑產(chǎn)品的最佳注射壓力、 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，再通過 一系列科學(xué)的試驗(yàn)方案，得出最優(yōu)的注塑方案，從而注塑出最佳的塑料制品，提高了 產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。 第 22 頁 共 46 頁 7.3 Mlodflow 分析流程 Mlodflow 的分析流程流程為圖 7-1 所示： 圖 7-3 仿真分析流程 7.3.1 塑件建模 （1)模型的導(dǎo)入與網(wǎng)格劃分 Mlodflow 軟件在導(dǎo)入其他制圖軟件制作的模型之前，需要轉(zhuǎn)換文件的格式，一般轉(zhuǎn) 換的格式為.igs，之后需要經(jīng)過 Mlodflow CAD doctor 軟件進(jìn)行修復(fù)模型缺陷之后， 再將其導(dǎo)入到 Mlodflow 的分析軟件中。經(jīng)過 Mlodflow CAD doctor 修復(fù)的模型更符合 仿真分析的要求，降低分析失敗的概率，提高網(wǎng)格劃分質(zhì)量。本設(shè)計(jì)所用的制圖軟件 為 UG，在完成三維制圖后將源文件按照.igs 轉(zhuǎn)出。 修圖步驟： 導(dǎo)入模型文件后，點(diǎn)擊 進(jìn)行缺陷掃描，如圖 7-2（a）所示。 缺陷掃描之后進(jìn)行縫合處理，點(diǎn)擊 縫合功能，修復(fù)結(jié)果如圖 7-2（b），通 過對(duì)比可以看出，第一步修復(fù)了很多缺陷。 進(jìn)行縫合處理后，還會(huì)有部分缺陷沒有修復(fù)，此時(shí)需要點(diǎn)擊 數(shù)據(jù)交換功能， 進(jìn)行更深層次修復(fù)，經(jīng)過多次修復(fù)后得圖 7-3(c)所示 設(shè)定分析過程 進(jìn)行仿真分析 仿真結(jié)果分析 三維建立模 型 導(dǎo)入產(chǎn)品模型 網(wǎng)格劃分 診斷并修復(fù)網(wǎng)格 缺陷 創(chuàng)建澆注系統(tǒng)創(chuàng)建冷卻系統(tǒng) 注塑條件設(shè)定 第 23 頁 共 46 頁 （a） (b) (c) 圖 7-4 修復(fù)示意圖（a）(b)(c) 在完成模型的修復(fù)之后，將文件導(dǎo)出，在 Moldflow 軟件中建立工程，并將已經(jīng)修 復(fù)完成的模型導(dǎo)入，如圖 7-4 所示。 圖 7-5 模型導(dǎo)入圖 （2）網(wǎng)格劃分 模型在進(jìn)行仿真分析之前，需要對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在網(wǎng)格劃分中，分為 3D、 中性面、雙層面三種劃分形式。本設(shè)計(jì)采用比較流行的雙層面進(jìn)行劃分。網(wǎng)格劃分時(shí)， 網(wǎng)格邊長越短，劃分的網(wǎng)格越密集，相應(yīng)的分析越準(zhǔn)確，但是網(wǎng)格越密集，分析過程 就更 長，生產(chǎn)效率越低，所以本次設(shè)計(jì)全局網(wǎng)格劃分的初始值采用系統(tǒng)所默認(rèn)的 0.81mm， 容差 0.1mm。 圖 7-6 網(wǎng)格劃分示意圖 在劃分網(wǎng)格之后需要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行修復(fù)，改善縱橫比、網(wǎng)格 匹配率等影響分析過程的特征值。本次設(shè)計(jì)要求縱橫比控制在 10 左右、網(wǎng)格匹配率保 持在 90%以上，經(jīng)過網(wǎng)格修復(fù)，得到如圖 7-6 所示縱橫比和網(wǎng)格匹配率。 第 24 頁 共 46 頁 (a) (b) 圖 7-7 模型縱橫比和網(wǎng)格匹配率(a)(b) 7.3.2 建立澆注系統(tǒng) 在建立澆注系統(tǒng)之前，應(yīng)該對(duì)模型的最優(yōu)的注射位置進(jìn)行分析，運(yùn)用 Moldflow 軟 件分析中的澆注位置分析功能，通過軟件的計(jì)算分析，獲得根據(jù)模擬數(shù)據(jù)得出的最佳 的澆口位置，為建立澆注系統(tǒng)的布局提供依據(jù)。如圖 7-8 為最佳澆口圖，通過圖可以 清晰知道，該塑件的最佳注射點(diǎn)在與頂部，采用點(diǎn)澆口的設(shè)計(jì)。 圖 7-8 最佳注射點(diǎn) 通過澆注系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)，將澆注系統(tǒng)的具體參數(shù)代入 Mlodflow 的澆注系統(tǒng)參數(shù) 設(shè)置中，以達(dá)到仿真模擬的作用。具體設(shè)置數(shù)據(jù): 主流道直徑 9.0mm、分流道直徑 5mm、澆口直徑 1mm、澆口長度 2mm。 圖 7-7 為一腔四模的澆注系統(tǒng)示意圖。 第 25 頁 共 46 頁 圖 7-9 澆注系統(tǒng)示意圖 7.3.3 建立冷卻系統(tǒng) 通過冷卻系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)，將冷卻系統(tǒng)的具體參數(shù)其代入 Mlodflow 的冷卻系統(tǒng)的 設(shè)置中，具體的數(shù)據(jù)為： 水管直徑 5mm、水管距零件 10mm、水管間距 30mm、水管數(shù) 4。 圖 7-9 為根據(jù)上述數(shù)據(jù)建立冷卻系統(tǒng) 圖 7-10 為冷卻系統(tǒng)示意圖 7.3.4 條件設(shè)定 在進(jìn)行塑件的仿真分析之前，需要對(duì)注塑條件、分析項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)定。 （1）注塑條件 首先選擇塑件的材料，通過 Mlodflow 的材料庫選擇制造商 Ferro,牌號(hào)為 GPP20CF57HBGY 的 PP 材料。然后通過分析項(xiàng)目成型窗口進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)推薦的注 塑條件。經(jīng)過成型窗口的分析，獲得推薦的模具溫度:63.64 C、推薦的熔體溫度： 241.03、 推薦的注射時(shí)間：0.1539s、最大注射壓力 180MPA、鎖模力 7000 將其輸入工藝設(shè)置的 參數(shù)設(shè)計(jì)中。 （2）分析項(xiàng)目 本次設(shè)計(jì)的分析項(xiàng)目選擇為冷卻+填充+保壓+翹曲分析，對(duì)塑件的成型過程進(jìn)行全 面的仿真分析。在條件設(shè)定完成開始進(jìn)行仿真分析實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行仿真分析， 自動(dòng)得出各項(xiàng)分析數(shù)據(jù)。 7.3.5 仿真結(jié)果分析 首次仿真實(shí)驗(yàn)組使用的是推薦參數(shù)，主要分析的對(duì)象是翹曲變形量。因?yàn)樗芗?翹曲變形程度決定了成型質(zhì)量的高低，要想提高成型質(zhì)量，必須對(duì)翹曲變形量進(jìn)行控 制。根據(jù)圖 7-10，總翹曲變形量 0.2368。 第 26 頁 共 46 頁 圖 7-11 翹曲變形量 7.4 正交分析法確定工藝參數(shù) 7.4.1 正交分析法簡介 正交試分析法是是解決理論上需要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)次數(shù)與實(shí)際可行的實(shí)驗(yàn)次數(shù)的矛盾， 以及實(shí)際所做的少數(shù)次數(shù)實(shí)驗(yàn)與要求全面掌握事物內(nèi)在規(guī)律之間的矛盾的科學(xué)方法， 它打破了傳統(tǒng)試驗(yàn)觀點(diǎn)的束縛，克服了單因素優(yōu)選的局限性，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)和 正交原理，讓整個(gè)試驗(yàn)建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上，使試驗(yàn)的過程簡單有效實(shí)用。 在注塑的過程中，不同的注塑參數(shù)對(duì)塑件的成型有不用的影響，通過正交分析計(jì) 算 各因素對(duì)成型質(zhì)量的影響，并用圖表表示出來，再經(jīng)過極差綜合比較，最后確認(rèn)最佳 工藝參數(shù)。這樣的方法，通過很少的試驗(yàn)就能獲得足夠多的信息，從而節(jié)約了成本， 提高了生產(chǎn)效率。 7.4.2 試驗(yàn)方案的確定 用正交設(shè)計(jì)表安排試驗(yàn)，相對(duì)于全面試驗(yàn)而言，它只是部分試驗(yàn)，可用比全面試 驗(yàn)少得多的試驗(yàn)次數(shù)，獲得能基本上反映全面試驗(yàn)的試驗(yàn)情況，其方案如下： (1)確定試驗(yàn)指標(biāo) 本次設(shè)計(jì)以翹曲變形量為試驗(yàn)指標(biāo)。翹曲量越小，則成型質(zhì)量越好，則本次試驗(yàn)的 目的為最大化減少翹曲變形量。 (2)確定試驗(yàn)因子以及水平 對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)產(chǎn)生影響的因素稱為因子，通常用大寫字母 A、B、表示，將因子的各 種狀態(tài)表現(xiàn)成為水平，一般用 1、2、3 表示，例如表示 A 因子的第一個(gè)水平值，用 A1 這樣的字母與數(shù)值組合表示。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，分別采用熔體溫度、模具溫度、注射時(shí) 間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間代表因子，各因子取四個(gè)水平，采用正交表進(jìn)行分析。 (3)建立因素以及水平表 如下表 7-1 多因素正交的試驗(yàn)的因素及其水平表所示 表 7-1 多因素正交的試驗(yàn)的因素及其水平表 第 27 頁 共 46 頁 因素 水平 A B C D E 1 A1 B1 C1 D1 E1 2 A2 B2 C2 D2 E2 3 A3 B3 C3 D3 E3 4 A4 B4 C4 D4 E4 (4)建立試驗(yàn)正交表 如下表 7-2 試驗(yàn)正交表所示 表 7-2 試驗(yàn)正交表 實(shí)驗(yàn)組 A（注射溫度）C B（模具溫度）C C(注射時(shí)間)/s D(保壓時(shí)間）/s E(冷卻時(shí)間）/s Z（mm） 1 A1 B1 C1 D1 E1 Z1 2 A1 B2 C2 D2 E2 Z2 3 A1 B3 C3 D3 E3 Z3 4 A1 B4 C4 D4 E4 Z4 5 A2 B1 C2 D3 E4 Z5 6 A2 B2 C1 D4 E3 Z6 7 A2 B3 C4 D1 E2 Z7 8 A2 B4 C3 D2 E1 Z8 9 A3 B1 C3 D4 E2 Z9 10 A3 B2 C4 D3 E1 Z1 11 A3 B3 C1 D2 E4 Z11 12 A3 B4 C2 D1 E3 Z12 13 A4 B1 C4 D2 E3 Z13 14 A4 B2 C3 D1 E4 Z14 15 A4 B3 C2 D4 E1 Z15 16 A4 B4 C1 D3 E2 Z16 （4）建立因子水平的極差分析表 如下表 7-3 因子水平的極差分析表所示。例如 AF1 表示 A 因子下所有 1 水平對(duì)應(yīng) 第 28 頁 共 46 頁 翹曲變量的 Z 之和，AF1表示翹曲變形量之和的均值，以此類推，G 則表示 A 因 子下所有 1 水平對(duì)應(yīng)翹曲最大值與最小值之差，極差越大則說明該 A 因子翹曲變形量 影響最大，并以序號(hào)標(biāo)出。 表 7-3 因子水平的極差分析表 A B C D E F1 AF1 BF1 CF1 DF1 EF1 F2 AF2 BF2 CF2 DF2 EF2 F3 AF3 BF3 CF3 DF3 EF3 F4 AF4 BF4 CF4 DF4 EF4 G（極差） minax-BFminax-Cminax-EF 排序 1 2 3 4 5 7.4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的確定 利用正交表安排試驗(yàn)順序，確定如下試驗(yàn)指標(biāo)、設(shè)計(jì)變量、約束條件。 （1）試驗(yàn)指標(biāo)為翹曲變量。 （2）設(shè)計(jì)變量 在工藝參數(shù)的優(yōu)化試驗(yàn)中，設(shè)計(jì)變量的取值范圍是關(guān)鍵，涉及到是否包含最優(yōu)參 數(shù)或者次有解，也影響到優(yōu)化過程的搜索效率，本設(shè)計(jì)采用以下變量設(shè)計(jì): 注塑溫度 Mlodflow 的塑料庫提供了牌號(hào)為 GPP20CF57HBGY 的 PP 材料的注塑溫度范圍，據(jù)圖 7-3 所示 200280，取值：200、225、250、280。 模具溫度 根據(jù)圖 7-3 所示 2080，取值 20、40、60、80 注射時(shí)間 根據(jù)成型窗口模擬分析數(shù)據(jù)得 0.1539s，取 0.10s、0.15s、0.20s、0.25s 保壓時(shí)間 根據(jù)模擬分析數(shù)據(jù)得 10.17s，取 8s、10s、12s、14s 冷卻時(shí)間 根據(jù)模擬分析數(shù)據(jù)得 9.067，取 7s、9s、11s、13s 注射壓力 根據(jù)模擬分析數(shù)據(jù)得 180Mpa。 保壓壓力 minax-DFminax-AF 第 29 頁 共 46 頁 通過相關(guān)資料，通常將模具的保壓壓力設(shè)定為注射壓力的百分之 80，取 144Mpa。 鎖模力 根據(jù)模擬分析結(jié)果，取 7000.22tonne. 根據(jù)材料所提供的推薦工藝參數(shù)如圖 7-3 所示。 圖 7-12 材料推薦工藝 本次設(shè)計(jì)各因素水平如表 7-4。 表 7-4 多因素正交的試驗(yàn)的因素及其水平表 因素 水平 A（注射溫度） C B（模具溫度） C C(注射時(shí)間) /s D(保壓時(shí)間） /s E(冷卻時(shí)間） /s 1 200 20 0.10 8 7 2 225 40 0.15 10 9 3 250 60 0.20 12 11 4 280 80 0.25 14 13 7.4.4 仿真數(shù)據(jù)處