1、本科生畢業設計（論文）摘 要基于cae技術，以普通手機外殼為實例，介紹了moldflow insight軟件在注塑模具設計中的應用。首先，分析塑件的工藝性及注塑成型特點，而后應用cad建立了產品的幾何模型；運用cae模流分析軟件moldflow進行有限元模型的前期處理，其中包括導入三維模型、劃分網格、設置工藝條件和確定最佳澆口位置。確保了澆注系統和冷卻系統設計的合理性后，運用正交設計法安排實驗方案，得到各參數及其交互作用對翹曲的影響度，初步確定工藝參數最優組合方案，對影響顯著的因素作單因素影響模擬分析，研究翹曲和體積收縮率受單獨影響的變化趨勢，結合正交試驗結果，最終確定較合理的工藝參數優化組合

2、。最后，采用優化工藝方案進行模擬分析，得到最佳質量的制品。關鍵詞 注塑模具；正交試驗；moldflow abstractbased on the cae technology,chosen ordinary mobile phone shell,paper introduced the application of the injection mould design with moldflow insight software . first of all, the paper analysed the plastics manufaturability and features in it

3、s injection molding process and established application of cad product geometry model. it used cae mold flow analysis software moldflow to simulate and analyse which including import 3d model, dividing into grid, setting up technological conditions and determining the best gate location. making sure

4、 the rationality of the design of cooling system and gating system.the paper got effect factors of warping invarious parameters and interaction by arranging the plan using the orthogonal design method.whats more,it briefly determinated the technology parameters optimization combination scheme,simula

5、ted and analysed notable factors alone.in this way it worked out the change trend of warping and volumetric shrinkage which caused by parameters combined with the orthogonal experiment results,it eventuallt determined the reasonable parameters.in the last,it got the better plastic product quality wi

6、th the optimum process seheme.key words: injection mould; the orthogonal experiment; moldflow目 錄第1章 緒 論1 1.1 本課題研究的目的和意義11.2 cae技術的理論方法及應用21.3 模具國外cad/cam/cae技術的發展31.4 模具國內cad/cam/cae技術的發展31.5 模具cad/cam/cae技術發展的趨勢41.6 本課題研究的主要內容5第2章 產品注塑方案的設計62.1 注塑產品有限元模型的建立62.1.1 建立塑料零件三維模型62.1.2 模型導入前處理72.2 制件有限元

7、的初始化網格劃分72.2.1 模型的導入72.2.2 網格劃分82.3 網格的修復92.4 縱橫比的診斷及修復92.5 配向診斷12第3章 分析方案的確定133.1 澆注系統的作用133.2 最佳澆口位置分析133.3 澆注系統的創建143.4 冷卻系統方案的確定153.5 流動結果分析163.5.1 充填時間163.5.2 熔接痕比較173.5.3 氣穴比較183.5.4 制件翹曲的比較18第4章 基于正交試驗工藝參數優化分析204.1 優化目標設計204.2 正交試驗的設計及參數設定204.3 基于正交試驗多工藝參數優化214.4 基于mpi的產品工藝參數的單個因素數據分析26第5章 結

8、論33參 考 文 獻34致 謝35附 錄a 譯文36附 錄b 英文材料40iiiiii第1章 緒 論模具是以特定的結構形式通過一定方式使材料成型的一種工業產品，同時也是能成批生產出具有一定形狀和尺寸要求的工業產品零部件的一種生產工具，是生產各種工業產品的重要工藝裝備。隨著塑料工業的迅速發展，以及塑料制品在航空、航天、電子、機械、船舶和汽車等工業部門的推廣應用，產品對模具的要求也越來越高，傳統的模具設計方法已無法適應當今的要求。與傳統的模具設計相比，計算機輔助工程技術無論是在提高生產率、保證產品質量方面，還是在降低成本、減輕勞動強度方面，都具有極大的優越性。1.1 本課題研究的目的和意義隨著科學

9、的發展，各種產品的更新換代速度越來越快，而產品的更新是以新產品的造型設計和模具的設計、制造與更新為前提的。模具的設計是模具更新的基礎，模具設計工作與產品的更新信息相關。傳統的手工設計模式已經不能很好地適應時代的需要，計算機輔助設計與制造已成為許多大型cad/cam/cae軟件追求的目標。而在眾多輔助設計制造軟件中pro/e軟件是當今世界較先進、面向制造業的綜合軟件。pro/e軟件在產品造型、注塑模設計和沖壓級進模設計中的應用將體現該軟件在產品造型和模具設計中的強大功能，展現它的靈活性和工程設計嚴謹性的特點和優點。手機外殼模具在我國模具生產中占有不可或缺的地位。而近年來隨著手機功能的增加，手機外

10、殼的結構越來越復雜，而出于便攜性的考慮，手機的壁厚卻越來越小，加之各種新材料、新工藝的使用，使注塑成型的難度不斷加大，在手機外殼的設計和生產過程中引入moldflow模擬具有重大的意義。因為傳統的注塑工藝及注塑成型的實際生產主要靠經驗來反復調試和修改，這樣不僅生產效率低，而且還浪費了大量的人力和物力。注塑moldflow技術能預擬注塑成型時塑料熔體在模具型腔中的流動情況及塑料制品在模具型腔內的冷卻、固化過程，在模具制造之前就能發現設計中存在的問題，改變了主要依靠經驗和直覺，通過反復試模、修模來修正設計方案的傳統設計方法，它可使設計人員避免設計中的盲目性，使工程技術人員在模具加工前完成試模工作，

11、也可使生產操作人員預測工藝參數對制品外觀和性能的影響，降低了模具的生產周期和成本，提高了模具質量。本文利用moldflow對手機外殼注塑成型中的澆口位置、充填、流動、冷卻等過程進行分析模擬，預測塑件可能產生的質量缺陷，并針對模擬結果分析缺陷產生的原因和影響因素。根據分析結果對注塑工藝條件進行優化，得到比較合理的參數。1.2 cae技術的理論方法及應用由于塑料的種類和成型方法很多，塑料模cae 技術的應用側重面有所不同。下面就常用的注射成型、氣體輔助注射成型、擠出成型、吹塑成型和熱成型等，說明現有塑料模cae 技術的理論方法及對工程實際的指導意義。塑料模cae 技術的應用無論在提高生產率、保證產

12、品質量方面，還是在降低成本、減輕勞動強度方面具有極大的優越性。（1）注射成型注射成型是熱塑性塑料成型的一種主要成型方法。注射模cae 技術按成型工藝過程的特點，分為流動、保壓、冷卻、殘余應力及翹曲分析等軟件模塊。流動模擬采用非牛頓流體非等溫下廣義的hele-shaw 模型描述注射充模過程；用有限元/有限差分算法耦合求解動量守恒方程和能量守恒方程已獲得壓力場、溫度場、速度場；用控制體積法跟蹤熔體的流動前沿；用人工智能技術自動識別熔接線和氣穴的位置。通過流動模擬可獲得型腔內的溫度、壓力、速度及鎖模力等信息，幫助工程技術人員合理地設計澆注系統，優選注射工藝參數，發現可能出現的成型缺陷并提出相應的對策

13、。（2）氣體輔助注射成型氣體輔助注射成型是在傳統的注射成型基礎上發展起來的一種新的注射成型工藝，特點在于：在充填階段，當型腔充填至70%95%時，向型腔內注入高壓氣體，并使氣體進入型腔；進入保壓階段，繼續注入高壓氣體，以彌補因熔體冷卻而引起的收縮。在充填階段，由于氣體、熔體兩種性質完全不同物質的動力學的相互作用，使得成型過程的模擬非常復雜，控制方程仍采用非牛頓流體非等溫下廣義的hele-shaw 流動，但在氣熔界面作了假設，認為氣體、熔體兩相介質不混合。這樣，流場的求解變為對熔體流動方程的求解，僅在氣熔界面上加上氣體壓力的邊界條件。利用氣體輔助注射成型過程的 cae 技術，可幫助設計、工程人員

14、解決氣穴、氣體沖頭等潛在的質量問題；確定熔體的最優體積、注入氣體的最佳切入時間等工藝參數；獲得多型腔系統在整個加工過程中的物料及氣體的分布；優化氣道、澆注系統的尺寸、布置方案。此外，還有反應、擠出、熱成型、壓延、流延模、纖維紡絲過程、吹塑模、涂覆等成型過程數值模擬也開展了廣泛的工作，對聚合物加工過程的分析和成型設備的設計都產生了相當大的影響1。1.3 模具國外cad/cam/cae技術的發展國外模具cad/cam技術的研究始于上世紀60年代，到70年代已經研制出了模具cad/cam的專門系統，推出了面向中小型企業的cad/cam的商業軟件，可應用于各種類型的模具設計和制造。1973年，美國的d

15、ie comp公司率先研制成功pddc連續模系統。1977年，捷克斯洛伐克金屬加工工業研究所研制成功akt沖模cad系統。1978年，日本機械工程實驗室建立me1連續模設計系統。1979年，日本旭光學工業公司研究成功的沖空模和彎曲模pentax的cad系統。1985年，日本nissin精密機器公司采用了冷沖模cad/cam系統。到80年代末，美國、日本等工業發達國家的模具生產已有近50%采用了cad/cam技術。近二十多年來，隨著計算機硬件的不斷提升，工業發達國家的cad/cam技術不斷創新、完善、逐步發展，已經形成一個從研究開發、生產制造到推廣應用和銷售服務的完整的高技術產業。國外在上世紀6

16、0年代開始開發有限元進行軟件，1976年發行了第一套流動分析軟件。利用cae技術可以在模具加工前，在計算機上對整個成型過程進行模擬分析，減少甚至避免模具返修報廢、提高模具質量和降低成本等。目前國外的模具cae技術已經相當成熟，完全走向實用化階段，并取得了顯著效果。國外著名的cae軟件有nastran、adina、ansys、abaqus、marc、cosmos等。1.4 模具國內cad/cam/cae技術的發展 我國模具cad/cam技術開始于20世紀70年代末，與國外相比尚有一段距離，但目前也趨于成熟，并在模具生產企業得到廣泛應用。特別是20世紀80年代后期，我國進入了cad/cam技術迅猛

17、發展的時期，各大院校和科研單位不僅自主研發適合國情、專業化極強的cad/cam實用系統，也引進國外先進cad/cam，同時在國外的cad/cam系統之上進行二次開發。如吉林大學依托一汽對汽車覆蓋件cad/cam系統的研究已經取得顯著成效，華中科技大學模具技術國家重點實驗室在autocad軟件平臺上開發出基于特征的級進模cad/cam系統hmjc，上海交通大學為瑞士法因托（finetool）精沖公司開發成功精密沖裁級進模cad/cam系統，西安交通大學開發出多工位彎曲級進模cad系統等，這些cad/cam系統的研發促進了國內模具行業快速發展2。 經過這十幾年的發展，我國模具cad/cam軟件的開

18、發水平也逐漸接近國外先進水平。在政府的大力支持下先后出現了一批先進的模具cad/cam示范企業，高校和企業也培養了一大批模具cad/cam軟件開發及應用人才。但總的來說，我國目前模具cad/cam軟件不管是從產品開發水平還是從商品化、市場化程度都與發達國家有不小的差距。1.5 模具cad/cam/cae技術發展的趨勢目前隨著全球創新技術能力的提高和網絡計算環境的普及針對高質量產品及高生產效率的市場要求最大限度地提高模具制造業的應變能力滿足用戶需求模具cad/cae/cam技術的發展總體上朝著集成化、網絡化、標準化、專業化、開放性、虛擬化、專業化和智能化方向發展3。(1)集成化cad/cae/c

19、am系統集成化可以消除分散應用cad、cae、cam單項技術所形成的(信息孤島)現象，最大限度地將計算機輔助設計所產生的實體模型被后續的分析、加工、工藝和仿真所利用。(2) 網絡化隨著計算機網絡技術的不斷完善cad/cae/cam系統的網絡化已成為不可阻擋的發展趨勢。網絡化可以充分發揮系統的總體優勢使一個項目在多臺計算機上協作完成，節省了大量的人力物力財力。借助現有的網絡，用戶可用高性能的pc機代替昂貴的工作站，不同設計人員可以通過網絡交流設計數據，同時對模具的設計與制造進行操作和評價。(3) 標準化隨著cad/cae/cam系統的集成和網絡化，為保障數據傳遞、轉化過程中不丟失，使模具cad/

20、cae/cam軟件系統內部信息交流成為整體，真正意義上實現模具制造信息傳遞的暢通，建立產品數據轉換標準step對企業發展尤為必要。(4) 開放性cad/cam/cae系統目前廣泛建立在開放式操作系統windows和unix平臺上，為最終用戶提供二次開發環境，甚至這類環境可開發其內核源碼，使用戶可定制自己的應用程序。(5) 虛擬化虛擬制造(vm)以仿真技術、信息技術、虛擬現實技術為支撐，對產品設計、工藝規劃、加工制造等生產過程進行統一建模。現已在國外模具工業中有成功的應用，如美國的foundryservice公司采用vm技術對整個工藝生產過程進行仿真，根據仿真結果優化設備參數后成功地完成了生產系

21、統的改造，節約了大量資金。(6) 專業化針對性的開發專用模具cad/cae/cam系統軟件，或根據模具生產企業自身的特點對軟件系統進行二次開發，這樣才有可能發揮出軟件的最大潛能，充分利用好企業自身的設備，制造出高質量的模具產品。如日本unisys株式會社的塑料模設計和制造系統cadceus等。(7) 智能化隨著計算機輔助設計系統智能化程度提高，原來繁瑣的操作逐漸被計算機智能化處理取代。如將kf(knowledgefusion)引入cad/cae/cam系統，使其具有專家的經驗和知識，具有專家的推理方式和控制策略，以及智能化的視覺、聽覺、語言的處理能力，從而達到設計自動化的目的4。1.6 本課題

22、研究的主要內容 本文以注塑分析系統 moldflow 為工作平臺，進行了應用研究。通過一年的學習及應用，對手機外殼塑料件的成型狀況進行模擬，利用cae分析結果，對塑料件的澆注系統、冷卻系統、注塑工藝參數等各方面進行了優化，取得了比較滿意的優化結果，得出一些切實可行的解決方案。主要研究內容如下：（1）用三維造型軟件pro/e對手機外殼零件進行實體三維造型并導入到moldflow軟件中。（2）利用moldflow注塑模具分析軟件，針對手機外殼塑料模具進行填充、保壓、冷卻、變形等流變分析，并進行工藝參數、澆口位置、冷卻系統等方面的設計。（3）對溫度、壓力和時間等主要注塑工藝參數進行多種方案設計比較，

23、利用正交試驗法探索出各個因素對塑料件成型的影響，合理選擇最優的注塑方案。第2章 產品注塑方案的設計2.1 注塑產品有限元模型的建立2.1.1 建立塑料零件三維模型圖2-1 手機外殼零件a）手機外殼正面b）手機外殼反面本課題的研究對象是手機外殼注塑零件，利用pro/e三維制圖軟件建立手機外殼模型。手機外殼的尺寸為97x50x6mm。如圖2-1所示。手機外殼質量要求為盒體使用表面光滑，無明顯熔接痕、銀絲、汽泡。手機外殼的材料采用的是一種半透明、非結晶型塑料abs。abs是一種高分子的三元共聚物材料。此三元分別為：丙烯腈、丁二烯及苯乙烯。abs的良好性能與此三種成分密切相關。本次設計手機外殼材料選用

24、abs材料，abs材料學名丙烯脂丁二烯苯乙烯共聚物，屬于熱塑性塑料，韌性大、脆性小，適用廣泛，但是尺寸穩定性差和熱穩定性差，密度為1.021.05 g/cm3，收縮率0.3%0.8%，流動性中等，溢邊值為0.04 mm，料筒溫度前段190200 ，中段200220 ，后段170190 ，模具溫度6085 ，注射壓力為60100 mpa，保壓壓力為3060 mpa。 2.1.2 模型導入前處理塑料產品設計時，出于工藝性要求或者安全規范要求，在產品尖銳處及外表面的棱邊通常做倒圓角處理，倒圓角的存在對于實際注塑成型有利，但對moldflow的網格劃分卻是不利的，尤其是對于fusion網格，會嚴重降低

25、網格匹配率及增加網格數量。此外，將零件一些不重要的小特征去掉對于分析結果來說微乎其微，但卻極大地提高了網格質量與分析運算效率。因此，在進行網格劃分前對模型的修復與簡化是必要的，然而對大多數moldflow工程師來說又是很困難的，作為分析用的模型往往是非參數化的，即使參數化，也取決于設計者思維方式的不同，建模順序的差異，使得moldflow工程師處理起來困難重重。所以必須簡化5。2.2 制件有限元的初始化網格劃分2.2.1 模型的導入打開moldflow后，創建新工程，輸入工程名稱及項目保存路徑。新建項目后導入cad模型。在文件菜單下點擊導入選項。將proe/e三維制圖軟件導出的stl格式模型導

26、入工程。本次設計分析采用表面模型（雙層面），表面模型技術是指型腔或制品在厚度方向上分成兩部分的注塑成型模擬技術。與中面模型完全不同，它不再中面而是在型腔或制品表面產生有限網絡，利用表面上的平面三角網格進行有限元分析。如圖2-2所示。 圖2-2 零件導入moldflowa）手機外殼正面b）手機外殼反面 2.2.2 網格劃分 導入零件后，對模型進行網格劃分，選擇網格工具欄生成網格命令，在項目管理區的工具選項卡中會顯示劃分網格模型界面，全局網格邊長設為1.7mm，點擊立即劃分網格。程序自動對分析模型進行網格劃分，如圖2-3所示。圖2-3 網格初始劃分表2-1 網格統計參數moldflow 支持四種網

27、格形式，即midplane、fusion、solid（3d）和beam，分別是中性面網格、雙面流網格、實體網格和一維單元。而本零件所用的fusion 格式網格統計各項參數如下。通過網格統計可以清楚確定缺陷出現的位置。moldflow自動對劃分好的網格進行統計。如表2-1所示。網格參數數值網格參數數值三角形11630個相交單元0個節點5743個完全重疊單元0個連通區域1個配向不正確的單元0個網格體積4.4758 cm3最小縱橫比1.16網格面積110.912 cm2最大縱橫比59.6自由邊0個平均縱橫比2.26共用邊17445個匹配百分比86.8%交叉邊0個相互百分比83.0%由初始網格統計信息

28、可以看出初始網格劃分主要問題出現在縱橫比上（最大縱橫比遠遠大于15），必須經過修復才能進行接下來的數據模擬。匹配百分比85%，可以做翹曲分析。2.3 網格的修復由于mpi模塊在生成網格時，由于模型的幾何形狀、大小等原因，會產生單元的重疊和交叉，縱橫比不合理，出現自由邊和不連貫等問題，所以要對我網格進行進一步的修改和調整。第1章 修改較大單元縱橫比縱橫比是一個很重要的因素，它影響到分析的精度。在一些敏感的區域，小縱橫比就顯得更加重要。通常情況下，縱橫比的平均值最大不得超過6。修改縱橫比一般來講用合并節點和交換邊這兩種方法來解決。合并節點順名思義就是把兩個節點合并在一起，將縱橫比較大的單元的兩個節

29、點合并為一個節點，從而消除較大縱橫比單元。交換邊則是對相同公共邊的兩個單元，撤銷公共邊，以另一對角邊為公其邊重新生產單元，從而減少縱橫比。(2)交叉單元的修改 交叉單元就是那北不在同平面上，卻相互交叉的網格單元。一般來講，無論是網格重疊還是網格交叉，部直接把有問題的單元刪除，然再把單元補上，從而達到修復的目的。(3)自由邊的修改 自由邊是指一個單元所擁有的邊，即它不被其它單元所共有。有fusion和3d類型的有限元劃分中，應該將自由邊修復因為有自由邊則意味者各個單元沒有正確的連接在一起，不能形成一個分析整體，從而影響以后的分析。修復自由邊可以合并節點，移動節點或重新劃分該區域的單元。(4)其它

30、問題的修復初始有限元劃分的其它問題，如表面連貫性、單元的方向性等問題也可以通過以上的方法根據實際情況進行解決。但需要指出的是，在進行模型修復的時候，不可能一次就能達到預定的要求，一般來講都要進行多次反復的修改才能獲得滿意的結果。2.4 縱橫比的診斷及修復本零件沒有自由邊和交叉邊以及配向不正確單元的問題，唯一的缺陷是縱橫比過大，所以修復網格的主要任務是修復縱橫比。首先介紹一下縱橫比的概念，所謂縱橫比就是指模型的三角形單元的最長邊與該邊所對應的三角形高度之比值，三角形單元的最長邊為a，對應邊上的三角形高度為b，則該三角形的縱橫比為a/b，此數值越大，則說明該單元越尖銳，越細長，這對分析結果是不利的

31、。高的縱橫比很可能對分析的結果產生負面影響。流動分析對縱橫比的敏感度最低，而冷卻分析和翹曲分析對縱橫比的敏感度是比較高的。如果縱橫比太高，分析將可能不收斂，而且有可能產生不合邏輯的結果，甚至可能導致結算失敗，當考慮到網格的質量時，低的縱橫比是非常重要的。診斷縱橫比：在方案任務窗口的工具選項卡中輸入參數，設置“最小值”為15，最大值不填，單擊顯示，診斷結果將以不同顏色的網格法線顯示，如圖2-4所示。圖2-4 縱橫比診斷結果 修復縱橫比問題常用插入節點和交換邊這兩種方法來解決。插入節點就是在一條共用邊上的兩個節點中間創建一個新節點，可以用來消除不良的縱橫比。圖2-5和2-6修改前后對比。 圖2-5

32、 修改前圖2-6修改后 手動合并節點就是將一個或多個要合并的節點向一個目標節點合并。如圖2-7和2-8所示修改前后效果。圖2-7 修改前 圖2-8修改后 交換邊是對相同公共邊的兩個單元，撤銷公共邊，以另一對角邊為公其邊重新生產單元。利用交換對角線使縱橫比提高。如圖2-9和2-10所示修改前后效果。圖2-9交換前 圖2-10交換后 經過修改之后，所有縱橫比大于15的單元都轉化為了縱橫比小于15的單元，診斷欄自動消失。再次進行網格統計。統計結果如表2-2。網格參數數值網格參數數值三角形11630個相交單元0個節點5743個完全重疊單元0個連通區域1個配向不正確的單元0個網格體積4.4758 cm3

33、最小縱橫比1.16網格面積110.912 cm2最大縱橫比14.6自由邊0個平均縱橫比2.26共用邊17445個匹配百分比86.8%交叉邊0個相互百分比83.0%表2-2 網格統計參數2.5 配向診斷在mpi 的fusion模型中，每個網格單元都存在一個規定的方向，即每個單元都有一個頂面和一個底面，其中頂面的方向與網格模型中每個三角形單元的頂點序列呈右手規則。mpi 要求在進行分析計算之前，模型中的每一個單元的頂面都需要朝向外表面。對于未定向單元網格，也是通過網格診斷工具先找到他們所在的位置。利用網格工具中的定向單元命令就能對其進行修改。如圖所示配向檢查結果顯示均成藍色，說明模型表面配向良好。

34、如圖2-11所示。圖2-11 網格配向診斷結果第3章 分析方案的確定3.1 澆注系統的作用 澆注系統是指塑料熔體從注射機噴嘴出來后，到達型腔之前在模具中所流經的通道，其作用是將熔融狀態的塑料從噴嘴處平穩地引入模具型腔，并在熔體填充和固化定型的過程中將注射壓力和保壓力傳遞到塑料制品各部分，以獲得組織致密、外形清晰、表面光潔和尺寸精確的塑料制品。澆注系統可分為普通流道澆注系統和無流道澆注系統兩大類。澆注系統的設計對注射成型效率和制件質量有直接影響，是獲得優質塑料制品的關鍵7。澆注系統的作用是控制塑料熔體充填型腔的速度及充滿型腔所需的時間；使塑料熔體平穩地進入型腔，避免紊流和對型腔的沖涮；阻止熔渣和

35、其他夾雜物進入型腔；澆注時不卷入氣體，并盡可能使制件冷卻時符合順序凝固的原則。內澆口的總截面積、橫澆口的總截面積和直澆口的總截面積是澆注系統的重要參數。根據內澆口、橫澆口、直澆口的各自總截面積的比例不同，澆注系統分為開放式和封閉式兩種。這里所說的截面積都是指與液流方向垂直的最小截面面積。當內澆口的總截面積最小時，澆注開始后整個澆注系統很快就充滿了塑料熔體，有利于阻止熔渣及夾雜物進入型腔，這種澆注系統通常稱為封閉式澆注系統，一般都優先采用。當橫澆口或直澆口的總截面積小于內澆口的總截面積時，澆注過程中塑料熔體不會完全充滿澆注系統，這種澆注系統通常稱為開放式澆注系統，僅在特殊工藝采用。3.2 最佳澆

36、口位置分析 最佳澆口位置分析可以找出產品上最佳進澆位置。如果產品上沒有設定進澆點，在已定塑膠材料的情況下，最佳澆口位置分析會產生一個最佳進澆位置；如果產品上需要兩個或幾個澆口，在給定塑膠材料的情況下，最佳澆口位置分析會多個最佳進澆位置，以滿足產品整體填充平衡。 設置注塑材料：在分析欄中選擇材料處進行修改。手機外殼所采用的材料為lanxess公司的abs 材料，牌號為lustran abs elite hh 1827。工藝過程參數的選用：注塑機采用默認注塑成型機，模具表面溫度選用推薦值為80 ，熔體溫度也采用推薦值為260 。 最佳澆口位置分析設置：1. 選擇成型工藝。點擊案例瀏覽區“分析”按鈕

37、，點擊“設置成型工藝”中“熱塑性注塑成型”。2. 點擊菜單欄“分析”按鈕，點擊“設置分析順序”中“澆口位置”，或直接點擊案例瀏覽區“設置分析順序”指令按鈕，選擇澆口位置的分析。點擊“確定”，分析正式開始。勾選案例瀏覽區中“日志”，查看屏幕輸出結果。如圖3-1所示。 圖3-1 最佳澆口位置查看分析日志可知推薦澆口位置在節點2099 附近，結果顯示中，藍色的區域是最佳的澆口位置區域，澆口設在該區域可以保證注塑過程的熔體流動的平衡性。3.3 澆注系統的創建根據最佳澆口位置分析結果，設計兩個澆注方案。分別為雙點進澆式澆注系統、（一模雙腔）側澆口式澆注系統。主流道是澆注系統中從注塑機噴嘴與模具相接觸的部

38、位開始，到分流道為止的塑料熔體的流動通道。主流道上的一些尺寸主要是由所選的注塑機決定的。主流道的長度：小型模具應盡量小于60mm，本次設計取50mm進行設計；主流道小端直徑：d=注射噴嘴尺寸+（0.51）mm=（2+0.5）mm=2.5mm；主流道大端直徑：d1=d+2tan=7.74mm，式中=3；主流道球面半徑：sro=注射機噴嘴球頭半徑+（12）mm=13mm；球面配合高度：h=3mm；主流道入口直徑2.5mm拔模角度3度，流道直徑為4mm，側澆口入口直徑為2mm。 方案一：采用流道系統向導創建雙點進澆式澆注系統。如圖3-2所示。方案二：采用流道系統向導創建側澆口式澆注系統。如圖3-3所

39、示。圖3-3 方案二圖3-2 方案一 澆注系統的創建需根據中心線進行桿單元的網格劃分，利用層管理工具，將澆口、分流道、主流道分別歸屬到相應的層中，然后分別對澆注系統各部分進行單元劃分。澆注系統網格劃分。 在澆注系統網格劃分結束后，一定要進行澆注系統與產品網格模型的連通性診斷，防止出現不連通的情況，從而導致分析計算得失敗。澆注系統與產品網格連通性檢查，顯示所有產品三角形單元和澆注系統桿單元。選擇任一個單元作為起始單元，得到網格連通性診斷結果。經診斷，兩種方案的連通性均無問題。3.4 冷卻系統方案的確定冷卻系統是直接影響注塑制品質量和生產效率的重要因素，模具冷卻裝置的設計與使用冷卻介質、冷卻方法有

40、關。本模具設計是用純水來冷卻。純水冷卻較為普遍。因為水的熱容量大、傳熱系數大、成本低廉。冷卻水回路開設在模具型腔周圍和型芯內，使純水或者冷凝水在其中循環帶走熱量，維持模具注塑時所需的溫度8。冷卻回路的設計應做到回路系統內流動的介質能充分吸收成型塑件所傳導的熱量，使模具成型表面的溫度穩定地保持在所需的溫度范圍內。而且要做到使冷卻介質在回路系統內流動暢通，無滯流位。冷卻澆注系統的冷卻一般采用不對稱的形式，常采用的結構形式有兩種，一是型腔冷卻系統結構，常常采用環形冷卻水槽的形式，這種結構有很好的密封性。二是型芯的冷卻系統結構，其根據塑件的深度和寬度不同而異，一般采用噴射式循環水路。其冷卻水通過模具帶

41、走熱量，是高效的、最常用的方法。本次研究采用手工創建冷卻系統。水管的直徑為8 mm，水管與制品間的距離為25 mm，管道數量為6條，管道中心之間的距離為20 mm，管道超出制品邊緣的距離為30 mm。管道之間的銜接適用軟管。冷卻管布局如圖3-4；3-5所示。圖3-4 方案一的冷卻回路圖3-5 方案二的冷卻回路3.5 流動結果分析對于塑料注射成型來說，最重要的是控制塑料在模具中的流動方式。制品的許多缺陷，如氣穴、熔接痕、短射乃至制品的變形、冷卻時間等，都與樹脂在模具中的流動方式有關。mpi/flow通過對熔體在模具中的流動行為進行模擬，可以預測和顯示熔體流動前沿的推進方式、填充過程中的壓力和溫度

42、變化、氣穴和熔接痕的位置等，幫助工藝人員找出缺陷產生的原因并加以改進工藝參數。選擇分析類型為冷卻+填充+保壓+翹曲。3.5.1 充填時間充填時間為聚合物熔體從進入模具到充填滿模具的時間。分析結果主要通過不同的顏色顯示了熔接痕流動時的形狀變化以及充模過程，查看該結果可以知道型腔是否充滿，充模過程是否平衡等。充填時間是一項非常重要的結果，從圖3-6；3-7分別看出每種方案的充填時間。圖3-7 方案二：填充時間0.6373s圖3-6 方案一：填充時間0.7838s3.5.2 熔接痕比較兩個方案的熔接痕如圖3-8；3-9所示。圖3-8 第一方案熔接痕圖3-9 第二方案熔接痕 由于制品結構的復雜性，熔接

43、線/熔接痕常常很難避免，改善熔接線缺陷可以從以下幾個方面入手:通過改變澆口位置、型腔的壁厚及流道系統的設計等改變熔接線的位置，盡量將其置于制品中不醒目而且強度要求不太高的地方；通過調整熔體交匯時的溫度，提高熔接線的抗拉/抗壓強度，并盡量使痕跡不明顯；通過調整澆口位置、數目等減少熔接線/接痕條數；溫度對熔接線/熔接痕的影響特別大，提高熔體的溫度可以提高熔接線的質量；如果熔體交匯時的溫度與注射溫度相差不到20度，熔接線的質量都可以接受(最理想的情況是熔體交匯時的溫度等于注射溫度)。提高型腔內熔體溫度的方法很多，提高模壁溫度、注射熔體溫度及調整流道的尺寸(提高摩擦熱)等都可以達到目的9。對熔接痕/熔

44、接線改善，可參考以下幾項措施:(1) 調整成型條件，提高流動性。(2)調整模具方面，增設排氣槽，在熔接痕的產生處設置頂桿也有利于排氣。(3)盡量減少脫模劑的使用。(4)設置工藝溢料并作為熔接痕的產生處，成型后再予以切斷去除。(5)若僅影響外觀，則可改變澆口位置，以改變熔接痕的位置。或者將熔接痕產生的部位處理為暗光澤面等，予以修飾。 通過對比兩種方案熔接痕可觀察到，第二方案產生的熔接痕較多。對產品表面質量有較大影響。3.5.3 氣穴比較氣穴是指由于熔體前沿匯聚而在塑件內部或者模腔表層形成的氣泡。氣穴的出現會在最終的制件表面留下瑕疵，甚至可能由于氣體壓縮產生熱量出現焦痕。氣穴的顯示結果如圖3-10

45、；3-11所示，它可以和填充的動態結果疊加。圖3-10 方案一氣穴分布圖3-11 方案二氣穴分布 通過氣穴數量和位置分析，第二方案由于流動前沿溫度高產生的氣穴較多并且位置處于表面難排氣的位置。3.5.4 制件翹曲的比較所謂翹曲，就是不均勻的內部應力導致的制件缺陷。注塑成型的制件產生翹曲的原因在于收縮不均勻。制件上不同區域的收縮不均勻、厚度方向上的收縮不均勻或者在與材料分子取向平行和垂直的方向上收縮不均勻都會導致翹曲的產生。各種不同的澆注系統可能引起的翹曲也會有很大的區別，另外加大冷卻也可以降低翹曲的程度，在這一小節中我們主要從在相同冷卻條件下分析2種方案的翹曲情況，以找到最佳的澆注系統。如圖3

46、-10；3-11所示。圖3-10 方案一總翹曲量圖3-11 方案二總翹曲量翹曲變形在成型條件設定因素中，主要取決于:1，保壓時間及壓力；2，塑料熔體溫度；3，模具溫度；4，其它因素 (流動充模時間等 )。其中，保壓時間及壓力的影響最明顯。保壓壓力能使型腔內熔體在完全凝固前始終獲得充分的壓力和補料，從而出現熔體的流動，特點是流速慢。根據圖上顯示方案一總翹曲量為0.2116mm，方案二總翹曲量為0.3173mm，單從翹曲量來看，方案一更好一些。由于二方案采用側澆口一定程度上會影響制件表面質量，并且會出現少量的氣孔，綜合分析決定采用第一方案進行生產分析及接下來的正交分析。第4章 基于正交試驗工藝參數

47、優化分析正交試驗設計是利用規格化的正交表，恰當地設計出試驗方案和有效地分析試驗結果，提出最優配方和工藝條件，進而設計出可能更優秀的試驗方案的一種科學方法hj。注塑工藝是一個復雜的過程，影響塑件的工藝參數很多，為了減少試驗次數，同時獲得足夠的參數，模擬試驗采用正交試驗法，通過分析試驗結果，提出最優的注塑工藝條件10。 4.1 優化目標設計對于某些注塑產品，翹曲、收縮、表面沉降、飛邊和尺寸變化等缺陷是一些無法徹底消除的問題，只能通過對工藝參數的優化，減輕塑件的這些缺陷，從而滿足塑件的設計要求。成型過程中制品在型腔中非均勻的體積收縮率是引起制品翹曲的主要原因。翹曲變形是指注塑制品從型腔脫模后由于制品

48、內殘余應力的存在而使制品的形狀產生變形，它是注塑制品最常見的缺陷之一。如果注塑制品結構中壁厚不均和不對稱，澆口位置、流道系統和冷卻系統設計不當，或成型工藝參數不合理等均會使注塑制品收縮不均而產生翹曲變形。本研究僅針對最大翹曲變形量這個指標的綜合值，討論如何使綜合指標達到最優的工藝參數組合。4.2 正交試驗的設計及參數設定 分析的目標是確定體積收縮率變化、表面縮痕指數和最大翹曲變形量三個指標的綜合值。為保證產品外觀質量和使用要求，體積收縮率變化、表面縮痕指數和最大翹曲變形量影響注塑成型質量的因素很多，選取對注塑成型過程影響較大的6個因素，每個因素安排3個水平。 1）注塑溫度(熔體溫度)t1 塑件

49、采用的abs材料，其牌號為lustran abs elite hh 1827在moldflow的材質庫中提供了所選取材料的注塑溫度范圍：t1=220 280 ，推薦值是260 ，在這個推薦值區間，取3個值，選取t1=250 ，260 ，270 。 2）模具溫度t2 在moldflow的材質庫中提供了所選取材料的的模具溫度的為范圍：t2=60 90 ，推薦值是80 ，在這個推薦值區間，取3個值，選取t2=70 ，80，90。 3）注射時間t1 根據實際情況和模擬分析，注射時間t1=0.7120.894 s之間任取3個值，則t1=0.7 s，0.8 s，0.9 s，其中開模時間固定在5 s不變。

50、4）保壓時間t2 根據實際情況和模擬分析，保壓時間t2=12.4618.95 s之間任取3個值，則t2=12 s，15 s，19 s。 5) 保壓壓力p 根據實際情況和模擬分析，保壓壓力p，根據分析結果顯示v/p轉換點壓力為136 mpa注射后期壓力保持在108 mpa左右，所以保壓壓力選擇110 mpa，120 mpa，130 mpa三個數值。 6）冷卻時間t3 根據實際情況和模擬分析，冷卻時間t3=15.5324.87 s之間任取3個值，則t3=15 s，20 s，25 s。4.3 基于正交試驗多工藝參數優化利用流體分析軟件moldflow模擬成形及翹曲過程，對塑件注塑成形過程中的多因素進

51、行了優化設計，以減小翹曲變形提高成形精度。利用正交表安排試驗確定如下試驗指標、設計變量、以及約束條件。數值模擬與正交試驗方法結合的注塑工藝參數優化實施方案。(1) 試驗指標定義工件的總翹曲變形量為考察指標。(2) 設計變量注射溫度t1，模具溫度t2，注射時間t1，保壓時間t2，保壓壓力p，冷卻時間t3。(3) 約束條件注塑成型過程中避免填充不滿、注射壓力小于200 mpa，鎖模力小于500 t，開模時間鎖定為5 s。(4) 確定影響翹曲指標的因子及水平影響塑料件注塑成形后翹曲變形量大小的主要因素為：注射溫度t1，模具溫度t2，注射時間t1，保壓時間t2，保壓壓力p，冷卻時間t3。將它們簡稱為因

52、子a、b、c、d、e、f，并假設各因子之間不存在交互作用。在各因子的取值范圍內，每個因子均勻地取3個水平，如表4-1所示。表4-1 影響翹曲指標的因子及水平因素水平a注射溫度t1b模具溫度t2c注射時間t1/sd保壓時間t2/se保壓壓力p/mpaf冷卻時間t3/s1250700.712110152260800.815120203270900.91913025根據因素及水平劃分，采用六因素三水平的正交實驗矩陣設計實驗，采用正交表l18(37)，并且按照表4-1設置的參數作模擬試驗同時取得考核指標最大翹曲表形量，得到相應得正交表。如下表（正交實驗表4-2）。表4-2 l18(37)實驗表及翹曲表形量總數值因素模具溫度注射溫度注射時間保壓壓力保壓時間冷卻時間實驗結果實驗1702500.711012150.2356實驗2702600.812015200.2015實驗3702700.913019250.1766實驗4802500.712015250.2087實驗5802600.813019150.1787實驗6802700.911012200.2160實驗7902500.811019200.2458實驗8902600.912012250.2082實驗9902700.713015150.1591實驗10702500.913015200.2127