1、moldflow軟件優化塑料注射模的應用初步 作者姓名： 專業名稱：機械設計與制造指導教師： 摘要本文介紹了Moldflow軟件在模擬流動過程中的操作過程，并通過實例說明Moldflow流動模擬過程的應用情況。現代設計中，CAD/CAM已經成為一種經常被使用的工具，但CAE卻不如CAD/CAM普遍，一般將注射過程在壓力下的填充到冷卻至室溫時的翹曲。注射成型過程中，塑料在型腔中的流動和成型與材料性能、制品形狀尺寸、成型溫度、成型速度、成型壓力、成型時間、型腔表面情況和模具設計等一系列因素有關。因此對于新產品試制或是一些形狀復雜，質量和精度要求比較高的產品，即使經驗豐富的工藝和模具設計人員，也很難

2、保證依次成功的設計出合格的模具。所以在模具設計之前，采用Moldflow對產品進行依次分析，可得出合理的工藝參數和模具結構，有利于提高模具的依次試模成功率，降低成本，提高質量，縮短制模周期，提高企業競爭力。盡管應用Moldflow有不可估量的優點，但遺憾的是僅有一小部分公司采用，不過CAE技術應用卻在逐漸擴大。關鍵詞:Moldflow 注射模 注射成型工藝 軟件優化 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 目錄摘要IAbstractII目錄III前言11 注射模和注射成型工藝41.1什么是注射模41.2注射成型原理41.3 注射工藝過程52 什么叫做moldflow92.2 CAE技術的應用102.3 Moldflow實例應用123 注射模的作用133.1 塑件的工藝分析143.2 注射模的結構設計注射模的結構設計153.3 工藝計算1

8、74 Moldflow軟件優化注射模澆口位置184.1 成型工藝184.2 建模194.4模擬結果分析204.4.3剪應力分布224.5結束語22結論23致謝24參考文獻25前言模具是一種技術密集、資金密集型產品，在我國國民經濟中的地位也非常重要。模具工業已被我國正式確定為基礎產業，并在“十五”中列為重點扶持產業。由于新技術、新材料、新工藝的不斷發展，促使模具技術不斷進步，對人才的知識、能力、素質的要求也在不斷提高。 MOLDFLOW軟件在注射模中的應用領域：塑料產品從設計到成型生產是一個十分復雜的過程，它包括塑料制品設計、模具結構設計、模具加工制造和塑件生產等幾個工要方面。它需要產品設計師模

9、具設計師、模具加工工藝師及熟練操作工人協同努力來完成，它是一個設計、修改、再設計的反復迭代、不斷優化的過程。傳統的手工設計已越來越難以滿足市場激烈競爭的需要。計算機技術的運用，正在各方面取代傳統的手工設計方式，并取得了顯著的經濟效益。計算機技術在注射模中的應用主要表現在以下幾個方面： 1塑料制品的設計：基于特征的三維造型軟件為設計者提供了方便的設計平臺，而且制品的質量、體積等各種物理參數為后續的模具設計和分析打下了良好的基礎。 2結構分析：利用有限元分析軟件可以對制品的強度、應力等進行分析，改善制品的結構設計。 3模具結構設計：根據塑料制品的形狀、精度、大小、工藝要求和生產批量，模具設計軟件會

10、提供相應的設計步驟、參數選擇計算公式以及標準模架等，最后給出全套模具結構設計圖。 4模具開合模運動仿真：運用CAD技術可對模具開模、合模以及制品被推出的全過程進行仿真，從而檢查出模具結構設計的不合理處，并及時更正，以減少修模時間。 5注射過程數值分析：采用CAE方法可以模擬塑料熔體在模腔中的流動與保壓過程，其結果對改進模具澆注系統及調整注塑工藝參數有著重要的指導意義，同時還可檢驗模具的剛度和強度、制品的翹曲性、模壁的冷卻過程等。 大學三年學習即將結束，畢業設計是其中最后一個環節，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。在完成大學三年的課程學習和課程、生產實習，我熟練地掌握了機械制圖、

11、機械設計、機械原理等專業基礎課和專業課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統、全面的理解，達到了學習的目的。對于模具設計這個實踐性非常強的設計課題，我們進行了大量的實習。經過三個月的畢業實習，我對于模具特別是塑料模具的設計步驟有了一個全新的認識，豐富了各種模具的結構和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是實現了零的突破。在指導老師的協助下和在工廠師傅的講解下，同時在現場查閱了很多相關資料并親手拆裝了一些典型的模具實體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關手冊和書籍，設計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業設計。2

12、1世紀，塑料工業以前所未有的速度高速發展。塑料，在各個領域、各個行業乃至國民經濟中已擁有舉足輕重的不可替代的地位。模具是工業生產的重要工藝裝備。由于用模具加工成形零部件，具有生產高效、質量好、節約原材料和能源、成本低等一系列優點，已成為當代工業生產的重要手段和工藝發展方向。模具制造是一個生產周期要求緊迫，技術手段要求較高的復雜生產過程。總之，模具具有結構復雜、型面復雜、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特點。應用數控加工進行模具的制造可以大幅提高加工精度，減少人工操作，提高加工效率，縮短模具制造周期。同時，模具的數控加工具有一定典型性，并比普通產品的數控加工有更高的要求。在模具的加工中

13、，各種數控加工均有用到，應用最多的是數控銑床及加工中心，數控線切割加工與數控電火花加工在模具數控加工中的應用也非常普遍，線切割主要應用在各種直壁的模具加工，如沖壓加工中的凹凸模，注塑模中的鑲塊、滑塊，電火花加 工用的電極等。對于硬度很高的模具零件，采用機加工辦法無法加工，大多采用電火花加工，另外對于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用電火花加工。自1976年發行了世界上第一套流動分析軟件以來，一直主導塑料成型CAE軟件市場。MOLDFLOW一直致力于幫助注塑廠商提高其產品設計和生產質量，MOLDFLOW的技術和服務提高了注塑產品的質量，縮短了開發周期，也降低了生產成本，MOLDFLOW已成為

14、世界注塑CAE的技術領袖。利用CAE技術，可以在模具加工前，在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓和冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發現問題并及時進行修改，而不是等到試模后再返修模具。這不僅是對傳統模具設計方 法的一次突破，而且在減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等方面，都有著重大的技術、經濟意義。塑料模具的設計不但要采用CAD技術，而且還要采用CAE技術，這是發展的必然趨勢。同傳統的模具設計相比，CAE技術無論在提高生產率、保證產品質量，還是在降低成本、減輕勞動強度等方面。都具有無可比擬

15、的優越性。美國上市公司Moldflow公司是專業從事注塑成型CAE軟件和咨詢公司，Moldflow公司是塑料成型分析軟件的創造者，自1976年發行了世界上第一套流動分析軟件以來，一直主導著塑料成型CAE軟件市場。在設計的過程中，將有一定的困難，但有指導老師的悉心指導和自己的努力，相信會完滿的完成畢業設計任務。由于學生水平有限，而且缺乏經驗，設計中不妥之處在所難免，懇請各位老師指正修改。1 注射模和注射成型工藝1.1什么是注射模所謂注射模，就是注射成型生產中使用的模具的簡稱。它是實現注射成型生產的工藝裝備。預先在兩塊或者多塊模具專用金屬上面挖出一個空的腔體。然后通過高壓，將融化的塑料粒子注入腔內

16、，冷卻后取出得到塑料制品就為所需要的模具。注射模、塑料原材料和注塑機通過注射成型工藝聯系在一起形成注射成型生產。當塑料原材料、注塑機和注射工藝參數確定后，塑件的質量優劣與生產率的高低就基本取決于注射模的結構類型和工作特性。1.2注射成型原理 注射成型是 利用塑料的可擠壓性與可模塑性，根據金屬壓鑄成型原理而來的，其基本原理是首先將松散的顆粒或粉狀型物料從注射機的料斗送入高溫的料筒加熱熔融塑化，使之成為粘流態熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過料筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的逼和模具中，經過一段保壓冷卻定型時間后開啟模具，便可從型腔中脫出，具有一定形狀和尺寸的塑料制件。 在注射成型

17、生產中，塑料原料，注射設備和注射所用的模具是三個必不可少的物質條件，必須運用一定的方法，這種方法叫做注射成型工藝，這樣，在操作上就完成了一個成型周期，以后不段的重復上訴周期的生產過成。通常，一個成型周期從幾秒到幾分鐘不等，時間的長短取決于塑件的大小、形狀、厚度和模具的結構、注射機的類型及塑料的品種和成型工藝條件等因素，每個塑件的重量可從小于一克到數千克不等，視注射機的規格及塑件的需要而異。注射成型是熱塑性塑料成型的一種重要方法。到目前為止，除氟塑料外，幾乎所以的熱塑性塑料都可以采用此法成型。它具有成型周期短，效率高、能一次成型外型復雜、尺寸精確、帶有金屬和非金屬嵌件的塑件；對成型各種塑料的適應

18、性很強、生產效率高、易于實現全自動化生產等一系列優點。因此，廣泛的運用于塑件的生產中，小到精密儀表的配件（重量可不到1g），大到工程機械、汽車構件（重到幾千克或幾十千克）。我們日常生活中的許多家用電器，其外殼、外罩等部件，都可以用注塑成型方法生產。但應當注意的是，注射成型的設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及批量較少的塑件的生產。目前，注射成型工藝發展很快，也是塑料成型的重要方法之一，幾乎所有的熱塑料都可以通過注射成型，某些熱固性塑料也可注射成型，且具有效率高，產品質量穩定的特點；低發泡塑料（密度0.20.9g/cm3的發泡塑料）注射成型提供了緩沖、隔音、隔熱等優良性能的塑件；雙色和多色注

19、射成型提供了多種顏色、美觀實用的塑料商品。此外應用熱流道注射成型工藝在獲得大型塑件和減少或消除澆注系統凝料等方面具有明顯優點。注射成型還是獲得中空吹塑塑件性坯的重要工藝方法。1.3 注射工藝過程在注射成型生產中，根據制品的使用要求和形狀，選擇最適合的原材料與生產方式，選用最合適的生產設備，設計最合理的成型模具，然后使它們聯系起來形成生產能力所運用的技術方法的過程，稱為注射成型工藝過程。為了使注射過程得以順利進行，保證注射產品的質量、降低生產成本，在生產前要做一系列的生產準備工作，其中包括：成型前的準備、注射過程和制品的后期處理。1成型前的準備為了確保注射成型過程的順利進行以及制品的質量，在成型

20、前應作好以下準備工作： (1)選定注射成型所用的設備 根據注射制品的重量、所用材料的性能和模具大小，選擇合適的注塑機。選定用來生產注塑料制品的注塑機，主要考慮該機的容模量（應能在模板之中安裝下模具）、最大注塑能力（塑化和注射量能滿足塑料制品加上澆口、流道凝料的重量）、最大開模行程以及最大的鎖模力等。總之，所選用的注塑機應能用該制品的模具及材料順利生產出合格的塑料制品。選用過大的注射機會造成浪費，而選用小的注射機則無力完成注射成型。(2)原材料的檢驗與預處理原材料的檢驗。原材料的檢驗包括三個方面：一是所用原材料是否正確(品種、規格、牌號等)；二是外觀檢驗(色澤、顆粒度及其均勻性、有無雜質等)；三

21、是物理上藝性能檢驗(熔體流動性、收縮率等)。原材料的預處理。若原料是粉料，則有時還需進行混煉、造粒；如果制品有著色要求，則還要對原料進行染色；另外，為確保塑料在高溫下不會因水分及其他易揮發的低分子化合物的存在而產生降解及銀紋、氣泡等缺陷，還應在成型前對吸濕性塑料(如PA，Pc，Psu等)和對水有粘附性的塑料(如AuS等)進行干燥處理。(3)料筒的清洗在生產過程中需要更換原料，當調換顏色或發現塑料中有分解現象時，都應對注射機料筒進行清洗或拆換。螺桿式注射機料筒町直接換料清洗，通過連續對空注射，直至排盡筒內殘料；柱塞式注射機料筒，因料筒內殘料量大且有分流梭，其清洗較為困難，必須拆卸清洗或更換專用料

22、筒。(4)加料加料是指塑料原料由注射機料斗落入到料筒或加料室內的過程。通常小型注射機的加料裝置是一個錐形料斗直接與料筒相連，而大型注射機、精密注射機在料斗與料筒之間還設計有計量器，在一定時間內定量地將塑料加到料筒中，以保證操作穩定，塑料塑化均勻，最終獲得良好的制品。若加料過多、受熱的時間過長，容易引起物料的熱降解，同時注射機功率損耗增多；加料過少，料筒內缺少傳壓介質，型腔中塑料熔體壓力降低，難于補塑，容易引起制品出現收縮、凹陷、空洞以及機械強度低等缺陷。此外，還有嵌件(在塑料內鑲入的金屬零件或玻璃或已成型的塑料制什)的預熱與安放、脫模劑的噴涂等。2注射過程塑料在注射機料筒內經過加熱、塑化(指塑

23、料在料筒內加熱由固體顆粒轉換成粘流態，并具有良好可塑性的全過程)達到流動狀態后，由模具的澆注系統進入模具型腔，其過程可以分為充模、保壓、冷卻定型、脫模等幾個階段。(1)充模。將塑化好的塑料熔體在活塞或螺桿的推擠下，經注射機噴嘴及模具澆注系統而注入模具型腔并充滿型腔，這一階段稱為允模。(2)保壓。保壓是自熔體充滿模具型腔起到柱塞或螺桿開始回退止的這一階段的施壓過程。其目的除了防止模內熔體倒流外，更重要的是確保模內熔體冷卻收縮時繼續保持施壓狀態以得到有效的熔料補充，確保所得制品形狀完整而致密。(3)倒流。如果在保壓結束，柱塞或螺桿開始后退刊，澆口處熔料還未凍結，則會因型腔內壓力高于流道內壓力而發生

24、腔內熔體的倒流現象。倒流將一直持續到澆口凍結或澆口兩側壓力相等為止。如果在保壓結束時澆口已凍結，則倒流現象不會出現。(4)澆口凍結后的冷卻。澆口凍結后通過冷卻介質對模具的進一步冷卻，使模內塑料制品的溫度低于該塑料的熱變形溫度，達到工藝所要求的脫模溫度。實際上冷卻過程從塑料注入型腔起就開始了，它包括從沖模完成、保壓到脫模前的這一段時間。(5)脫模。當制品在模內冷卻到定溫度以后，在注射機開合模機構的作用下，開啟模具，并在模具推出機構作用下，將制品從模具小推出。3制品的后處理在制品脫模后，通常還需進行適當的后處理，以消除制品內存在的內應力，改善制品的性能、提高制品的尺寸穩定性。后處理的方法主要是指退

25、火和調濕處理。(1)退火處理退火處理是將制品放在定溫的加熱液體介質(如水、熱礦物油、甘油、乙二醇等)或熱空氣循環箱中靜置一段時間，然后，再緩慢冷卻的過程。其目的是減小由于塑化不均或制品在型腔中冷卻不均而帶來的制品內應力。存在內應力的制品在貯存和使用過程中常會發生力學性能下降，表面出現裂紋，甚至產生變形而開裂等。退火溫度應控制在制品使用溫度以上1020，或者控制在塑料的熱變形溫度以下1020。溫度過高會使制品發生翹曲或變形；溫度過低又達不到日的。退火時間取決于塑料品種、介質溫度、制品的形狀、尺寸及其成型條件等。退火處理后冷卻速度不能太快，以避免重新產生內應力。退火后應使制品緩冷至室溫。(2)調濕

26、處理聚酰胺（PA俗稱尼龍）類塑料制品脫模時溫度還較高，制品脫模后，若不及時處理。極易氧化而變色，而且會吸濕變形。為克服此類現象，可將脫模后的聚酰胺制品立刻放入一定溫度的水中進行濕處理,一方面隔離制品與空氣接觸，避免氧化變色，另一方面，制品在水中吸濕平衡，使制品在較短的時間內得到穩定的尺寸。經過吸濕處理的聚酰胺制品，其韌性得到改善，拉伸和沖擊強度都有所提高。2 什么叫做moldflow二十多年以來，Moldflow的軟件解決方案始終承諾向全世界各個行業的大公司提供“更好、更快、更省”的塑料產品。mold flow設計的模具和產品多種多樣，從玩具到汽車，從飛機組件到醫療零件再到其他很多部件，這些產

27、品在生產之前已經進行了模擬和優化，這樣每年就可為制造商節省幾十萬美元。 Moldflow長期致力于研究和創新的信念推動，為提供完全掌控從塑料設計到制造工藝整個流程的方法。致力于滿足整個塑料注塑成型行業的需要，這已經拓展到了設計環境中。這使得 CAD 用戶能更方便地訪問 Moldflow 的增值模擬產品，從而使多年的注塑成型專業知識更方便使用。模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、汽車等工業的推廣品更新換代和提高質量的應用，產品對模具的要求越來越高，傳統的模具設計方法已無法適應產要求。計算機輔助工程（CAE）技術已成為塑料產品開發

28、、模具設計及產品加工中這些薄弱環節的最有效的途經。 同傳統的模具設計相比，CAE技術無論在提高生產率、保證產品質量，還是在降低成本、減輕勞動強度等方面。都具有無可比擬的優越性。美國上市公司Moldflow公司是專業從事注塑成型CAE軟件和咨詢公司，Moldflow公司是塑料成型分析軟件的創造者，自1976年發行了世界上第一套流動分析軟件以來，一直主導著塑料成型CAE軟件市場。2.1 CAE技術的作用利用CAE(Moldflow)技術，在模具加工之前，在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況

29、，以便設計者能盡早發現問題，及時修改制件和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量、降低成本等，都有著重大的技術經濟意義。塑料模具的設計不但要采用CAD技術，而且還要采用CAE技術，這是發展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發/設計階段（包括產品設計、模具設計、模具制造）；生產階段（包括購買材料、試模、成型）。傳統的注塑成型方法基本步驟如圖1所示，圖2為現代模具CAE開發步驟。用傳統的注塑方法，在正式生產前，由于設計人員憑經驗與直覺設計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發現問題后，不僅需要重新設置工藝參數

30、，甚至還需要修改塑料制品和模具設計，這勢必會增加生產成本，延長產品開發周期。而采用CAE技術，則可以完全代替試模。現代注塑成型CAE技術的作用在于： 1. 優化塑料制品設計塑件的壁厚、澆口數量、位置及流道系統設計等對于塑料制品的成敗和質量關系重大。以往全憑制品設計人員的經驗來設計，往往費力、費時，設計出的制品也不盡合理。利用Moldflow軟件，可以快速地設計出最優的塑料制品。 2. 優化塑料模設計由于塑料制品的多樣性、復雜性和設計人員經驗的局限性，傳統的模具設計往往要經過反復試模、修模才能成功。利用Moldflow軟件，可以對型腔尺寸、澆口位置及尺寸、流道尺寸、冷卻系統等進行優化設計，在計算

31、機上進行試模、修模，可大大提高模具質量，減少試模次數。3. 優化注塑工藝參數由于經驗的局限性，工程技術人員很難精確地設置制品最合理的加工參數，選擇合適的塑料材料和確定最優的工藝方案。Moldflow軟件可以幫助工程技術人員確定最佳的注射壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時間、保壓壓力和保壓時間、冷卻時間等，以注塑出最佳的塑料制品來。2.2 CAE技術的應用近年來，CAE技術在注塑成型領域中的重要性日益增大，采用CAE技術可以全面解決注塑成型過程中出現的問題。CAE分析技術能成功地應用于三組不同的生產過程，即制品設計、模具設計、注塑成型。1. 制品設計制品設計者能用流動分析解決下列問題：制品

32、能全部注滿嗎？這一古老的問題仍為許多制品設計人員所注目，尤其是大型制件如蓋子、容器、家具等的設計者。制件實際最小壁厚是多少？如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本。減小壁厚還可大大降低制件的循環時間，從而提高生產效率，降低塑件成本。澆口位置合適嗎？采用CAE分析可使產品設計者在設計時具有充分的選擇澆口位置的余地，確保設計的審美特性。2. 模具設計和制造 CAE分析可在以下諸方面輔助設計者和制造者，以期得到良好的模具設計。良好的充填形式。對于任何的注塑成型來說，最重要的是控制充填的方式，以使塑件的成型可靠、經濟。單向充填是一種好的注塑方式，它可以提高塑件內部分子單向和穩定的取向性。這種填充

33、形式有助于避免因不同的分子取向所導致的翹曲變形。最佳澆口位置與澆口數量。 為了對充填方式進行控制，模具設計者必須選擇能夠實現這種控制的澆口位置和數量，CAE分析可使設計者有多種澆口位置的選擇方案并對其影響做出評價。流道系統的優化設計。實際的模具設計往往要反復權衡各種因素，盡量使設計方案盡善盡美。通過流動分析，可以幫助設計者設計出壓力平衡、溫度平衡或者壓力、溫度均平衡的流道系統，還可對流道內剪切速率和摩擦熱進行評估，如此，便可避免材料的降解和型腔內過高的熔體溫度。冷卻系統的優化設計。通過分析冷卻系統對流動過程的影響，優化冷卻管路的布局和工作條件，從而產生均勻的冷卻，并由此縮短成型周期，減少產品成

34、型后的內應力。減小返修成本。提高模具一次試模成功的可能性是CAE分析的一大優點。反復地試模、修模要耗損大量的時間和金錢。此外，未經反復修模的模具，其壽命也較長。3.注塑成型注塑者可望在制件成本、質量和可加工性方面得到CAE技術的幫助。更加寬廣和更加穩定的加工“裕度” 流動分析對熔體溫度、模具溫度和注射速度等主要注塑加工參數提出一個目標趨勢，通過流動分析，注塑者便可估定各個加工參數的正確值，并確定其變動范圍。會同模具設計者一起，他們可以結合使用最經濟的加工設備，設定最佳的模具方案。減小塑件應力和翹曲。選擇最好的加工參數使塑件殘余應力最小。殘余應力通常使塑件在成型后出現翹曲變形，甚至發生失效。 省

35、料和減少過量充模。流道和型腔的設計采用平衡流動，有助于減少材料的使用和消除因局部過量注射所造成的翹曲變形。最小的流道尺寸和回用料成本。流動分析有助于選定最佳的流道尺寸，以減少澆道部分塑料的冷卻時間，從而縮短整個注射成型的時，并減少變成回收料或者廢料的澆道部分塑料的體積。2.3 Moldflow實例應用制件為一汽車通風飾罩，采用氣體輔助注射成型，要求：確定出澆口、氣口位置與數量，預測氣體在氣道中的穿透情況及工藝參數。1. 建模：Moldflow通過圖形接口直接讀入CAD模型。模型及澆注系統如圖1所示，澆注系統初始設計使用一個側澆口，兩個氣口位置。2. 輸入工藝條件： 最大注射壓力為55Mpa，氣

36、體注射壓力為20MPa，模溫50，熔體溫度為230，延遲時間為2.5s，氣道的等效直徑為9.6mm。冷卻時間: 22s。3. 分析計算通過熔體流動前峰推進圖，我們可動態觀察熔體流動情況，該充填平衡，也可通過該等值線圖來判斷流動是否均勻，該流動均勻。圖2為4.91s時的塑料表皮層比分布圖，此時型腔已充滿，開始保壓，保壓壓力為氣體壓力。此外，還可從塑料表皮層比分布圖、壓力曲線變化圖、鎖模力曲線圖等獲得有益的幫助。通過Moldflow分析，可以確定出合理的澆口與氣口位置，預測氣體沿加強筋的穿透情況，以及氣體壓力、鎖模力等。3 注射模的作用模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，

37、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（CAE）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。美國MOLDFLOW上市公司是專業從事注塑成型CAE軟件和咨詢公司，自1976年發行了世界上第一套流動分析軟件以來，一直主導塑料成型CAE軟件市場。MOLDFLOW一直致力于幫助注塑廠商提高其產品設計和生產質量，MOLDFLOW的技術和服務提高了注塑產品的質量，縮短了開發周期，也降低了生產成本，MOLDFLOW已成為

38、世界注塑CAE的技術領袖。利用CAE技術，可以在模具加工前，在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓和冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發現問題并及時進行修改，而不是等到試模后再返修模具。這不僅是對傳統模具設計方 法的一次突破，而且在減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等方面，都有著重大的技術、經濟意義。塑料模具的設計不但要采用CAD技術，而且還要采用CAE技術，這是發展的必然趨勢。21世紀，塑料工業以前所未有的速度高速發展。塑料，在各個領域、各個行業乃至國民經濟中已擁有舉足輕重的不可替代的地位

39、。模具是工業生產的重要工藝裝備。由于用模具加工成形零部件，具有生產高效、質量好、節約原材料和能源、成本低等一系列優點，已成為當代工業生產的重要手段和工藝發展方向。模具制造是一個生產周期要求緊迫，技術手段要求較高的復雜生產過程。總之，模具具有結構復雜、型面復雜、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特點。應用數控加工進行模具的制造可以大幅提高加工精度，減少人工操作，提高加工效率，縮短模具制造周期。同時，模具的數控加工具有一定典型性，并比普通產品的數控加工有更高的要求。在模具的加工中，各種數控加工均有用到，應用最多的是數控銑床及加工中心，數控線切割加工與數控電火花加工在模具數控加工中的應用也非

40、常普遍，線切割主要應用在各種直壁的模具加工，如沖壓加工中的凹凸模，注塑模中的鑲塊、滑塊，電火花加 工用的電極等。對于硬度很高的模具零件，采用機加工辦法無法加工，大多采用電火花加工，另外對于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用電火花加工。而數控車床主要用于加工模具桿類標準件，以及回轉體的模具型腔或型芯，如瓶體、盆類的注塑模具，軸類、盤類零件的鍛模。在模具加工中，數控鉆床的應用也可以起到提高加工精度和縮短加工周期的作用。模具應用廣泛，現代制造業中的產品構件成形加工，幾乎都需要使用模具來完成。因此，凡制造業發達的國家，模具市場均極為廣闊；凡模具發達國家，制造業也必定很發達和繁榮，也必定擁有國內、國

41、外兩個市場。所以，模具產業是國家高新技術產業的重要組成部分，是重要的、寶貴的技術資源。優化模具系統結構設計和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趨于智能化，提高型件成形加工工藝和模具標準化水平，提高模具制造精度與質量，降低型件表面研磨、拋光作業量和制造周期；研究、應用針對各種類模具型件所采用的高性能、易切削的專用材料，以提高模具使用性能；為適應市場多樣化和新產品試制，應用快速原型制造技術和快速制模技術，以快速制造成型沖模、塑料注射模或壓鑄模等，應當是未來5-20年的模具生產技術的發展趨勢。 3.1 塑件的工藝分析1形工藝性分析塑件名稱：產品材料：ABS(抗沖) 塑件質量： 1.3g 塑件要求：

42、MT8級 零件圖塑件材料特性 ABS是在聚苯乙烯分子中 導入了丙烯腈、丁二烯等異種單體后成為的改性共聚物，也可稱為改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯更好的使用和工藝性能。ABS是一種常用的具有良好的綜合力學性能的工程材料。ABS塑料為無定形料，一般不透明。ABS無毒、無味，成形塑件的表面具有較好的光澤。ABS具有良好的機械強度，特別是抗沖擊強度。ABS還具有一定的耐磨性、耐旱性、耐油性、耐水性、化學穩定性和電性能。ABS的缺點是耐熱性不高，并且耐氣候性較差，在紫外線作用下易變硬發脆。 塑件材料成形性能 ABS易吸水，使成形塑件表面出現斑痕、云紋等缺陷。為此，成型加工前應進行干燥處理;在正常的成型條件

43、下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響極小；要求塑件精度較高時，模具溫度可控制在5060攝氏度 ，要求塑件光澤和耐熱，應控制在60-80攝氏度;ABS 比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成形周期短，ABS的表觀黏度對剪切速率的依賴性很強，因此模具設計中大都采用點澆口形式。2形工藝參數確定查有關手冊得到ABS（抗沖）塑件的成形工藝參數：密度 1.011.04g/cm3 收縮率 0.3%0.8% 預熱溫度 8085攝氏度，預熱時間23h 料筒溫度 后段150170攝氏度，中段165180攝氏度，前段180200攝氏度，噴嘴溫度 170180攝氏度，模具溫度 5080攝氏度，注射壓力 60100MPa 成型

44、時間 注射時間2090s 保壓時間05s 冷卻時間20150s 3.2 注射模的結構設計注射模的結構設計主要包括：分型面的選擇、模具行腔數目的確定及型腔的排列、澆注系統設計、型心、型腔結構的設計、推件 方式、側抽心機構設計、模具零件設計等內容。模具的基本結構 塑件采用注射成型法生產。為保證塑件表面質量，使用點澆口成型，因此模具應為雙分型面注射模（三開式）。 我們采用標準模架：100L/A2 型腔布置型腔分為單型腔和多型腔，多型腔又有平衡式排布、非平衡式排布兩種。在這里我們選擇但型腔，因塑件體積質量較小，形狀相對比較復雜，生產批量不大的特點，綜合考慮，所以采用一模一腔注射模具。考慮到塑件的兩側均

45、有內凹圓孔，須側向抽心，采用一模一腔，這樣模具尺寸較小，制造加工方便，節省材料。確定分型面影響選取分型面的因素很多，比如分型面應選在塑件的最大輪廓處；分型面的選取應有利于塑件的留模方式，便于塑件的順利脫出 塑件分型面的選擇應保證塑件的質量要求，本實例中塑件的分型面有兩種選擇；1.分型面在工件的對稱中心處，因塑件表面質量要求較高，影響其表面質量，側抽心行程相對大，不容易達到側抽心的目的。此方案不可行。2.分型面在底部，對塑件的外觀影響不大，側抽心行程不大，比較容易達到側抽目的，此方案可行。關于塑件的分型面我們還有多種方案，由于那些方案不是很理想，為了節省時間，我們不做介紹了。澆注系統的設計原則：

46、澆口位置應盡量選擇在分型面上，以便于模具加工及使用時澆口的清理；澆口位置距型腔各個部位的距離應盡量一致，并使其流程為最短；澆口的位置應保證塑料流入型腔時，對著型腔中寬敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔時直沖型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能盡快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件變形;盡量避免使制件產生熔接痕,或使其熔接痕產生在之間不重要的位置;澆口位置及其塑料流入方向,應使塑料在流入型腔時,能沿著型腔平行方向均勻的流入,并有利于型腔內氣體的排出。主流道設計；根據手冊查得XS-ZS-22型注射機噴嘴的有關尺寸。噴嘴球半徑：R0=12mm 噴嘴口直徑：d0=2mm 根據模具主流道與噴嘴

47、的關系：R=R0+(12)mm,d=d0+1.5mm 取主流道球面半徑：R=14mm 取主流道小端直徑：d=3.5mm 為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設計成圓錐形，其錐度為1030。經換算得主流道大端直徑D=6mm。 （1）澆口套設計：主流道澆口套的設計，主流澆口套取T8A，熱處理淬火硬取55HRC。澆口套預定模固定板的連接形式為螺釘連接。配合為h7/m6。 (2) 推件方式的選擇： 根據塑件的形狀特點， 模具型腔在定模部分，型心在動模部分。其推出機構可采用推桿推出機構、推件板推出機構。由于分型面有臺階，為了便于加工，降低模具成本，我們采用推桿推出機構，推桿推出機構結構簡單，推出平穩可

48、靠，雖然推出時會在塑件上留下頂出痕跡，但塑件底部裝配后使用時 不影響外觀，設立三個推桿平衡布置，既達到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。注：推桿推出塑件，推桿的前端應比型腔或型心平面高出0.1-0.2mm （3）側抽心機構的設計 ：該塑件上有內凹結構，并且兩邊對稱，它垂直于脫模方向，阻礙成型后塑件從模具中脫出。因此，我們在這里給它設計側向抽心，把塑件兩端的內凹結構做成活動的滑塊形式的側型心，即側抽心。我們選用滑塊導滑的斜滑塊分型抽心機構。（4）模具排氣槽的設計當塑料熔體充填型腔時，必須順序地排出型腔及澆注系統內的空氣及塑料受熱而產生的氣體。如果氣體不能被順利排出，塑料會由于填充不足而出現氣泡

49、、接縫或表面輪廓不清等缺陷，甚至氣體受壓而產生高溫，使塑料焦化。特別是對大型塑件、容器類和精密塑件，排氣槽將對它們的品質帶來很大的影響，對于在高速成行中排氣槽的作用更為重要。我們的塑件并不是很大，而且不屬于深型腔類零件，因此本方案設計在分型面之間、推桿預模板之間及活動型芯與模板之間的配合間隙進行排氣，間隙值取0.04。 (5) 冷卻系統的確定 冷卻水回路布置的基本原則：a) 冷卻水道應盡量多，b) 截面尺寸應盡量大； c) 冷卻水道離模具型腔表面的距離應適當；d) 適當布置水道的出入口；e) 冷卻水道應暢通無阻；f) 冷卻水道的布置應避開塑件易產生熔接痕的部位； 由以上原則我們可以確定冷卻水道

50、的布置情況，以及冷卻水道的截面積。3.3 工藝計算1、注射壓力的確定由塑料的要求可知：此塑料的材料為ABS，ABS的表觀黏度和剪切速率的依賴性很強，因此模具設計中大都采用點澆口形式。由塑料模具設計與制造表1-3可查得：ABS塑料的注射壓力為7090MPa 2、鎖模力的確定由于熔體塑料是在高溫上充滿型腔，一定會對注射機的軸向產生很大的后推力，因此需要對模具加有一定的鎖模力，否則就會產生溢料、飛邊、塑件形狀發生改變等缺陷，造成不應有的損失。型腔內的塑料容體的壓力可由P=KPO計算，K為壓力損耗系數，一般可取：0.20.4。 所以：P=（0.20.4）（7090）=1436Mpa 取P為35Mpa，

51、A為分形面上的投影面積。則FO 遠遠大于Pa=35118.256=4138.96N 3、注射量的確定經測量計算塑件的體積為1.29cm3 模具設計時，必須使得塑件在一個注射成型周期所需塑料容體的容量或質量在注射機額定容量的80%以內，并且由表可查得ABS塑料的密度為1.011.04g/cm3所以估算質量為m=v=1.011.29=1.3g 保證塑件良好質量前提的條件下，主流道L應盡量短，否則將多流道凝料，并且壓力損失會顯著提高，通常主流道凝料長度由模板厚度確定，一般應L60mm，可取L=50mm。估算凝料的容積: 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 所以可初步確定注塑機額定注射量為3025mm3 額定注射量質量為3.9g 3.4 選擇注射設備注射機規格的確定主要是根據塑件制品的大小及生產批量以及現有的設備特點來確定。 1、根據注射機額定注射量為3.9g，可由塑料模具設計與制造中表2-8選擇確定注射機型號為：XS-ZS-22 2、校核注射壓力注射機的注射壓力為75、115Mpa,我們所選的塑料的注射壓力在70-90Mpa之間，70-90 Mpa 75-115 Mpa得

53、結論：可行。 3、校核注射機的鎖模力 由以上計算可知：注射機的鎖模力為：N4138.96N符合要求，因此可選用XS-ZS-22 4 Moldflow軟件優化注射模澆口位置4.1 成型工藝 所制塑件為一塑料連接件，材料為ABS，外表面質量要求較高，模具設計為一模四腔。采用Moldflow的MPI模塊3-4對該塑件的熔體流動過程進行模擬，確定了澆口位置，并對填充、冷卻、翹曲等過程進行分析，預測填充時間、型腔壓力分布、溫度分布等狀況，為實際注塑成型提供工藝參數。 4.2 建模1建模:在ProEngineer軟件中創建實體模型并轉換保存為STL模型，通過STL文件格式將其導入Moldflow軟件，在M

54、PI的前處理器中生成用于數值計算的有限元網格模型。圖l所示93.766.56.84.3工藝參數設置根據所選材料工藝要求，工藝參數設置為：1. 熱傳導:0. W/m/ deg.C 2. 比熱:2449. J/kg/ deg.C 3. 熔膠密度:1040. kg/cu.m 4. 最大剪應力:0. MPa 5. 最大剪應率:40000. 1/s 6. 流動速率:no data 7. 止流溫度:162.deg.C8. 頂出溫度:140.deg.C9. 熔融溫度最小值:260. deg.C10.熔融溫度最大值:300. deg.C11.模具溫度最小值:80. deg.C12.模具溫度最大值:120. d

55、eg.C 4.4模擬結果分析4.4.1填充 澆注系統的設計直接影響到熔體的填充行為，而填充分析的最終目的也是為了獲得最佳澆注系統的設計。充模時間的分析結果，通過深淺不同的顏色反映了熔體流動狀態變化以及充模過程，從中可知型腔是否充滿，充模過程是否平衡等。由圖2可知：充填時間為0.89s，顏色深淺過渡比較柔和，表明此充填過程比較平緩，且模狀況也較合理。由圖3可知:填充壓力為140Mpa由此證明圖1所示的澆注系統計是可行的。 圖2圖34.4.2冷卻 Moldflow軟件還可用來分析模具冷卻系統的冷卻效果，計算出冷卻時間及成型周期，在塑件均勻冷卻前提下，優化冷卻管道布局，縮短冷卻時間及成型周期，提高生

56、產效率。 塑件的冷卻方案和溫度分布如圖4所示。由圖4的分析結果可知，塑件大部分位置都已達到預定的公模進水溫度90 deg.C，表明冷卻水道設置比較合理，該冷卻方案可行。 圖4圖54.4.3剪應力分布 材料的最大允許剪應力為0.5MPa從圖6中可以看出成品大面積的公模進水溫度90 deg.C區域都超出了允許值會在表面上留下應力痕。圖64.5結束語應用Moldflow軟件對模具最佳澆口位置進行確定，并對熔體填充、冷卻等過程進行模擬，優化了注塑成型工藝參數，降低了制品的開發成本， 有助于工藝人員從本質上了解產生缺陷的原因，并找出消除方法。通過CAE預先對熔體在型腔內的流動情況進行分析，可指導模具設計，并且評估設計方案的合理性；在模具加工前，利用CAE軟件進行試模、修模，可提高一次試模成功率。數值模擬為模具設計提供了一種快速、準確、實用的分析與評估手段，對降低模具返修報廢率、降低成本、提高制品質量具有重要意義。結論主文主要介紹了注射模以及注射模的成型工藝，近一步了解了注射模的使用場合以及成型工藝， Moldflow軟件的作用以及什么情況下可以是使用MOLDFLOW和實例應用。介紹了CAE技術的優點和CAE技術的作用。對塑件進行工藝分析以及對注射模的機構進行設計，及其工藝計算過程和選擇注射用的儀器設