golf车型侧面组件注塑工艺分析及模具设计

毕业论文专业机械设计制造及其自动化GOLF车型侧面组件注塑工艺分析及模具设计THEMOLDFLOWANALYSEANDINJECTIONMOLDDESIGNOFGOLFCARSIDEPLASTICPARTS摘要注塑模具在社会生产和科技发展中不可小觑，对于机械专业毕业生来说，能够认识并设计注塑模具对其今后的职业生涯起着很大的推动作用。本文以GOLF车型侧盖的模具设计、工艺参数分析为例，灵活运用现代化制造领域先进的CAD/CAE软件，首先通过测绘得到塑件的结构尺寸，并据此用UG进行三维建模；然后将数字化的三维模型导入到模流分析软件当中做出最佳浇口分析，结合塑件的使用要求最终确立进浇方式，并根据浇口类型在分析软件中建立流道的模型；根据流道的模型确立模具的总体框架和开合模过程，并在不断地模流分析和模具设计与修改中得到模具的最佳方案。本文主要根据毕业设计的过程，详细介绍了每一个环节的设计要点，需要达到的技术要求，以及作者根据此次毕业设计具体情况选择的参数，并对所做的软件分析结果进行了诠释。关键词注塑模；结构设计；模流分析；CAD/CAEABSTRACTINJECTIONMOULDUSUALLYPLAYSQUITEADECISIVEROLEINMODERNSOCIALPRODUCTIONANDTHEDEVELOPMENTOFSCIENCETOTHEGRADUATESMAJORINGINMECHANICAL,AGOODKNOWLEDGEABOUTMOULDDESIGNWILLIMPETUSHISCAREERLIFETHISPAPERTAKESTHEINJECTIONMOULDDESIGNOFTHESIDECAPOFTHEGOLFCARASANEXAMPLE,WITHTHEFLEXIBLEUSEOFSOFTWARESOFBOTHCADANDCAEINTHEMODERNMANUFACTUREFIELD,IMAKEITINACCORDANCEWITHTHEORDERASFOLLOWSFIRSTLY,GETTHEMEASUREMENTANDSTRUCTUREOFTHEPLASTICPARTBYSURVEYINGANDDRAWINGANDCOMPLETETHREEDIMENSIONALMODELINGBYUGNX60ONTHEBASISOFITSECONDLY,LEADTHEDIGITALMODELINTOTHEMOLDFLOWANALYSISSOFTWARE,TOGETTHEBESTGATEANALYSISTHEANALYTICRESULTWITHTHEOPERATINGREQUIREMENTWILLFINALLYMAKESURETHEPOURINGMETHODESTABLISHTHECHANNELMODELBYTHEGATETYPETHEN,ESTABLISHTHEOVERALLFRAMEWORKOFINJECTIONMOULDBYCHANNELMODELFINALLY,GETTHEBESTSCHEMEBYTHERECYCLINGANALYSISANDMODIFICATIONPROCESSBASEDONTHEPROCESSOFDESIGNING,THEPAPERTELLSINDETAILSTHEKEYPOINTOFEACHPARTOFTHEDESIGN,THETECHNOLOGICALSTANDARDNEEDEDANDTHEAUTHORSOPTIONWHENFACEDONTHETASKATTHESAMETIME,IGIVETHEEXPLANATIONOFEACHANALYSISRESULTMADEBYSOFTWARESKEYWORDSINJECTIONMOULDSTRUCTUREDESIGNMOLDFLOWANALYSISCAD/CAE目录第1章绪论111注塑模的发展趋势112本课题的意义213毕业设计的任务和流程安排214任务流程图3第2章设计前的准备工作421塑件的测绘和三维建模422塑件的材料分析4221常见塑料制品的材料4122本塑件选取的材料及其工艺特性524注塑机的选择8241注塑机的种类9242确定注塑机的大小9第3章塑件的工艺参数分析1131模流分析及其工作原理有限元法11311中面流技术11312双面流技术12313实体流技术1232模流分析软件MOLDFLOW及其旗舰产品MPI1333工艺参数分析过程13331导入产品模型13332网格的划分、诊断与修复14第4章利用UGNX60及MOLDWIZARD进行模具设计2841注塑模具设计前期准备28411塑件的收缩率28412模具坐标系2842模具分型设计28421分型面的确立2843模仁设计和型腔布局32431模仁设计32432型腔布局3344模架的选择和设计33441UG标准模架系统3445浇注系统的构建37451主流道设计37452分流道设计38453浇口的设计3946推出机构的设计41461推出机构的确定4147冷却系统的设计4348导向机构的设计44第5章用MOLDFLOW校核模具的工艺参数是否达标4751分析结果对比47511充填时间对比48512熔接痕对比49513流动前沿温度对比5052成形窗口校核51521可行性区域51522质量52第6章结论53参考文献54附录一英文文献56附录二中文翻译63致谢68第1章绪论11注塑模的发展趋势在我们的生活中，塑料制品无处不在，比如碟子、脸盆、椅子、数字、电脑显示器的外壳等。随着我们经济的腾飞和产品制造业的蓬勃发展，模具制造业也相应进入了高速发展的时期，据中国模具工业协会同居，1995年我国模具工业总产值为145亿元，而2003年已达到450亿元左右，你那均增粘14。领据统计，我国除台湾、香港、澳门地区外，可以预见，我国经济的高速发展将对模具产业更为大量更为迫切的需求，特别需要发展大型、精密、复杂、长寿命的模具，同时要求模具设计、制造和生产周期达到全新的水平，我国模具制造业面临着发展机遇，无疑也面临着更大的挑战。近十余年来，国内外塑料成型加工行业都在改进和提高塑料模具设计和制造方面的技术，并投入了大量的资金和研究力量。质量成本和时间已成为现代工程科技和产品开发的核心因素，现代企业大都以高质量、低价格、短周期为目标来参与市场竞争。模具行业必须在设计技术制造工艺和生产模式等方面加以调整以适应这种要求。模具制造现代化正成为国内外模具发展的一种趋势，其发展趋势可以归纳为以下几个方面。一、模具加工技术的革新为提高模具的加工精度，缩短模具加工制造周期，模具行业已经广泛应用仿形加工，如电加工、数控加工等先进技术，以及坐标镗、坐标铣、坐标磨和三坐标测量机等测量工具设备。二、各种模具新材料被广泛应用在模具设计及制造过程中，模具材料的选用是一个非常重要的问题。材料选择是否合理将直接影响加工成本、使用寿命及塑料制品的质量。现已开发了许多良好的使用性能和加工性能的，热处理加工变形小的新型模具钢，如预硬钢，新型淬火回火钢、马氏体时效钢、这处硬化钢和耐腐蚀钢等。三、模具零部件的标准化和专业化生产程度越来越高模具加工是典型的单件多种加工生产。模具零部件的标准化以及将模具零件进行专业化生产缩短模具加工周期，降低模具生产成名本的重要方法。据国外统计，对模具标准间进行专业化生产后，降低模具成本50，个工业国家对模具标准化和专业化都非常重视，美国和日本的模具标准化程度已达70，专业化生产程度分别为90，70。四、CAD/CAM技术应用日趋普遍目前国内外都正在广泛的进行塑料模具CAD/CAM（COMPUTERAIDEDDESIGN/COMPUTERAIDEDMANUFACTING,计算机辅助设计/计算机辅助制造）技术研究，并且开发的不少软件系统已经在挤出模和注塑成型中得到应用。就注塑模技术而言，利用CAD可以在人的参与下，由计算机自动完成塑料制品的工艺分析、成型过程中的塑料流体的流动性分析和热分析以及有关塑料模的各种计算、设计和绘图工作；利用CAM，计算机可以自动控制机床完成模具零件的加工过程；如果CAD/CAM一体化，则整个注塑模的设计和加工制造工作都可以在人的参与下，由计算机自动完成。注塑模CAD/CAM技术在工业发达国家应用比较普遍，市场上有商品化的软件出售，国内在这方面也进行了不少研究开发工作，取得了一些成果，但在该技术的应用和推广方面与国外相比还有一定差距，有待于进一步改进和完善1。12本课题的意义塑料制品在现代化社会当中无论是日常生活还是可以发展都起到了举足轻重的作用，其位置不可或缺。塑料制品的生产离不开模具，而注塑模又是塑料模具当中应用较广泛，结构较为简单的一类，与现代生活息息相关，一个国家国民生活水平的高低，进步的快慢，很大程度上取决于其制造水平。而模具作为制造领域的重要组成，时常限制了一个国家的制造业发展速度。本课题贴近生产实际，既能体现出本科生四年的学习成果，又能通过毕业设计帮助学生认识生产，走向社会。具体来说，本次毕业设计的意义主要存在于以下几个方面5一、通过毕业设计可以让同学们认识到注塑模设计和生产的发展现状，工艺过程。增加学生对注塑模的了解，促进其对注塑模行业的钻研和认识，有利于社会的工业生产。二、可以通过本次毕业设计让学生巩固四年来所学的知识和展业既能，锻炼学生的自学能力、学术交流表达能力和分析问题解决问题的能力。三、通过本课题的毕业设计能够检验学生们的学术水平和专业知识的扎实程度，为社会选拔优秀人才。13毕业设计的任务和流程安排本次毕业设计的主要设计任务为GOLF车型侧盖的测绘、注塑模具设计、说明书的撰写。为了得到合理的设计方案，本次设计引入了MOLDFLOW分析软件对注塑工艺进行分析，在设计和分析的过程中，常常遇到迂回的设计思路，有时对于同一个方向的选择常常需要量多次论证。为了调和设计过程中的内部矛盾，特将设计思路安排如下一、首先要对塑件进行测绘，得到课题要求的塑件的形状和尺寸，并根据此的到其三维模型。二、通过塑件的用途，要求等，并借助MOLDFLOW分析软件选定浇口方案为侧面进浇或者中央进浇，以此为依据决定模具类型为三板式或者二板式。三、根据模具类型和浇口位置在MOLDFLOW软件中进行浇注系统的建模，得到初步的浇注方案。四、对浇注系统进行工艺参数分析，若能满足生产要求，则开始通过UG对浇注系统进行完善并创建模具的其他部分，最终完成模具设计，若不能满足要求则对浇注系统进行修改。五、成果的表达14任务流程图为了清楚描述本次毕业设计的设计思路，特绘制任务流程图如下毕业设计流程图第2章设计前的准备工作21塑件的测绘和三维建模在完成塑件的模具设计和工艺参数分析之前，首先要确定塑件的三维几何尺寸和形状。利用50分度的游标卡尺分别测出塑件上每个几何特征的长度、深度、壁厚、直径等尺寸最终完成测绘。完成塑件的测绘。测量的时候要注意第一，多次测量取平均值，并根据实际情况进行圆整（因为测量尺寸是设计尺寸加减制造误差得到的）；第二，塑件上的有些特征并非设计得出的，而是制造过程中造成的，比如顶杆在塑件上留下的疤痕、因分型而造成的比较明显的飞边和毛刺、没有切除干净的交口痕迹等，测绘的时候要注意区分，不要将其创建在模型上。根据测绘结果，利用UGNX60三维建模，建模的时候，利用UG的草图绘制将尺寸反映到二维图纸上，再根据二维草图进行拉伸、回转、扫掠等功能获得相应的体，最终利用布尔运算、抽壳等工作，完成三维建模。建模的时候，要注意将工作坐标Z方向设在模具的顶出方向上，将XOY平面设在住分型面上，以便于后续的模具设计工作进行。创建的三维模型见下图21A塑件内表面B塑件外表面图21塑件三维建模22塑件的材料分析221常见塑料制品的材料塑料为合成的高分子化合物，又可称为高分子或巨分子MACROMOLECULES，也是一般所俗称的塑料PLASTICS或树脂RESIN，可以自由改变形体样式。按照受热之后的性能，塑料可区分为热固性与热塑性二类，前者无法重新塑造使用，后者可一再重复生产。按照分子结构有两种类型第一种是线型结构；第二种是体型结构。不同类别不同牌号的塑料其力学性能和物理学性能千差万别，跟注塑工艺的安排和注塑模具的设计联系紧密，常见的塑料及其性能和主要用途如下APET聚对苯二甲酸乙二醇脂（聚酯）牌号1号性能具有优良的耐高、低温性能，可在120温度范围内长期使用，短期使用可耐150高温，可耐70低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。常用于矿泉水瓶、碳酸饮料瓶等BPVC聚氯乙烯牌号3号性能稳定；不易被酸、碱腐蚀；对热比较耐受。常用于常见雨衣、建材、塑料膜、塑料盒等CPP聚丙烯牌号5号性能流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔凹痕,变形。常用于微波炉餐盒DPC其它类牌号7号熔点和玻璃化温度低，强度差，不能用作结构材料常用于水壶、水杯、奶瓶。15122本塑件选取的材料及其工艺特性本塑件材料采用的是PC/ABS。PC/ABS是由聚碳酸酯POLYCARBONATE和聚丙烯精ABS合金而成的热可塑性塑胶，结合了两种材料的优异特性，ABS材料的成型性和PC的机械性、冲击强度和耐温、抗紫外线UV等性质。PC/ABS工程塑料即PCABS工程塑料合金，在化工业的中文名字叫塑料合金，之所以命名为PC/ABS，是因为这种材料既具有PC树脂的优良耐热耐候性、尺寸稳定性和耐冲击性能，又具有ABS树脂优良的加工流动性。所以应用在薄壁及复杂形状制品，能保持其优异的性能，以及保持塑料与一种酯组成的材料的成型性。相对于其他塑胶材料，PC/ABS主要拥有以下优点一、机械性能的卓越平衡二、低温时也具备高冲击强度三、室内紫外线稳定性四、较高的热变形温度（80125）五、耐燃性（UL945VB）六、色彩范围广泛七、易于注塑和挤塑，吹塑加工八、良好的电镀性考虑到本塑件应用于中高档型轿车的室内，为了适应行车过程中温度的变化以及暴晒、缺氧等多种情况，也为了是轿车内饰变得更加富有美感，使轿车内部空气质量得到改善，最终选定了综合性能卓越，染色性、美观性良好，低污染低毒的塑胶材料PC/ABS。其具体的注塑相关参数列表如下表21PCABS物性表图22PCABS物料颗粒23型腔数目的确定模具型腔数目的确定和诸多因素相关，如塑件结构特点、精度、批量大小、模具制造难度、浇注方式、浇注平衡考量、模板尺寸、顶出系统结构、冷却系统等。各个需要考虑的因素之间是充满矛盾的，因此需要综合考虑，最终确定。确定型腔数目的各种因素及其函数关系具体如下1、根据注塑机的合模力（221PAFN1）式中F注塑机的额定合模力KNN型腔数目P塑料熔体对型腔的平均压力MPA熔体密度098258G/CM3比热容1650J/KG密度固体密度11161G/CM模具表面温度75粘度指数VI3000079熔体温度265流变转换温度144泊松比04A1浇注系统在分型面上的投影面积CM2A2单个产品在分型面上的投影面积CM2通常情况下，浇注系统在分型面上的投影面积可近似等于产品在分型面上投影面积的0205倍，另外注射机的最大注射量利用系数为082、根据注塑机的最大注射量（22180VN2）式中V注塑机的最大注射量CM3/GV1浇注系统凝料量CM3/GV2单个产品的体积或质量CM3/G通常情况下，浇注系统凝料量为产品体积的06倍3、根据制品的精度（23）2450LN式中产品的尺寸公差，对称标注MM单型腔模具加工时，可能达到的尺寸公差MML产品的基本尺寸MM根据经验，每增加一个型腔，产品的尺寸精度降低44、根据经济要求（2160CYTN总4）式中N总需要成型产品总数Y单位时间加工费用T成型周期C1与型腔数目成比例的每一个型腔所需费用对于此次毕业设计的流程而言，是根据型腔数目等因素选定注塑机，再进行校核，并非先选定注塑机。好在由于本塑件体积很小，锁模力和注塑机一次注射的最大注射量所决定的最多型腔数目一般比较大，因此这两个因素并非该设计的决定性因素。由于本塑件体积小，为了降低模具的制造成本，应采取多型腔的设计，另外，塑件应用于中高档轿车上，对外观精度要求较高，而随着型腔数目增多，精度下降明显，而在型腔数目较少时，随着型腔数目增多成本的上升并不显著，综合考虑各方面因素，型腔数目为2个。24注塑机的选择注塑机是注塑过程中的关键元件，其性能决定了后续的注塑工艺分析和模具设计过程中的很多参数，因此在分析和设计之前先要根据目前对塑件的了解选择一台合适的注塑机。241注塑机的种类1、卧式螺杆线式普通注塑机适用于生产家用电器，如冰箱、洗衣机、空调、吸尘器，大型儿童玩具等。2、精密注塑机适用于生产手表、仪器、仪表中的塑料零件。3、双色注塑机适用于生产聚有两种颜色的塑件。4、专用注塑机为生产某一单一产品而设计制造的注塑机，其专业性强，自动化程度高，生产效率快。如生产塑料拉链用的立式专用注塑机。本塑件并非用于精密结构，色彩单一，按照其生产要求，并非标准件等需要大量生产的零件，因此种类选定卧式螺杆线式普通注塑机。242确定注塑机的大小注塑机的大小，过去都是以他的“一次最大注射量”表示，单位有质量G或体积CM。20世纪70年代之后，国外注塑机的大小，都以“锁模力”来表示。模板大小与锁模力大小成一定比例。确定注塑机的大小，不仅关系到制品的质量及制品在垂直模板方向投影面积，而且还要考虑模具大概尺寸。务必使注塑机的一次最大注射量、锁模力、螺杆尺寸、拉杆间净距离模具最小厚度等能满足塑件及其模具的要求。一、锁模力根据经验公式，10AP腔锁式中锁模力，单位KN；P锁型腔压力，一般取4050MPA；腔A浇道、进料口和塑件的投影面积，单位MM2；利用UG分析功能中的面积选项，测得本塑件在垂直分型面方向上正投影的面积大小是7681MM。由于是一模二腔，因此实际面积是其二倍，即A15362MM。代入公式得69129KN10AP腔锁053624二、成型注射压力注塑的成型注射压力取决于材料，本塑件的材料是PCABS，其注射压力为50100MPA，取80MPA。三、一次注射量一次注射量就是注塑机在一次注塑的时候喷出喷嘴的熔料的最大体积，利用UG分析工具中的体积测量功能，得出浇注系统体积为27838MM。根据以上数据计算，选择国产品牌海天注塑机的SA24000型，其相关参数均符合设计要求。具体参数列表如下表24。表24注塑机SA2400性能参数项目额定值本设计需要值牌号SA2400锁模力KN240069129最大注射压力MPA15080一次成型最大注射量MM3500027838拉杆内距（MM）18501700满足第3章塑件的工艺参数分析31模流分析及其工作原理有限元法模流分析主要指通过电脑实现成型过程中熔融状态的填充物（包含塑胶盒金属）流动、填充、冷却、最后成型的再现过程。目前模流分析技术的实现主要是依靠有限元法，即将将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。在有限元技术在模流分析方面的应用过程中，按照有限元模型的建立方式，主要出现过三种方法即中面流技术、双面流技术、实体流技术。下面就三种技术分别介绍311中面流技术中面流技术的应用始于20世纪80年代。其数值方法主要采用基于中面的有限元/有限差分/控制体积法。所谓中面是需要用户提取的位于模具型腔面和型芯中间的层面。随着模具技术的发展，人们对模流分析的精确度等性能要求与日俱增，中性面技术也遇到了平静，其主要有缺陷是1用户必须构造出中面模型，采用手工操作直接由实体/表面模型构造中面模型十分困难；2独立开发的注塑成型流动模拟软件如上述的MF、CMOLD和HSCAEF30软件造型功能较差，根据产品模型构造中面往往需要花费大量的时间；3由于注塑产品的千变万化，由产品模型直接生成中面模型的CAD软件的成功率不高、覆盖面不广；4由于CAD阶段使用的产品模型和CAE阶段使用的分析模型不统一，使二次建模不可避免，CAD与CAE系统的集成也无法实现。312双面流技术所谓双面流是指将模具型腔或制品在厚度方向上分成两部分，有限元网格在型腔或制品的表面产生，而不是在中面。相应的，与基于中面的有限差分法是在中面两侧进行不同，厚度方向上的有限差分仅在表面内侧进行。在流动过程中上下两表面的塑料熔体同时并且协调的流动。目前基于双面流技术的注塑流动模拟软件主要是接受三维实体/表面模型的STL文件格式。该格式记录的是三维实体表面在经过离散后所生成的三角面片。现在主流的CAD/CAM系统，如UG、PRO/E、SOLIDWORKS、AUTOCAD等，均可输出STL格式文件。这就是说，用户可借助于任何商品化的CAD/CAM系统生成所需制品的三维几何模型的STL格式文件，流动模拟软件可以自动将该STL文件转化为有限元网格模型供注塑流动分析，这样就大大减轻了用户建模的负担、降低了对用户的技术要求，对用户的培训时间也由过去的数周缩短为几小时。因此，基于双面流技术的注塑流动模拟软件问世时间虽然只有短短数年，便在全世界拥有了庞大的用户群，得到了广大用户的支持和好评。双面流技术具有明显优点的同时也存在着明显的缺点分析数据的不完整。双面流技术在模拟过程中虽然计算了每一流动前沿沿厚度方向的物理量，但并不能详细地记录下来。由于数据的不完整，造成了流动模拟与冷却分析、应力分析、翘曲分析集成的困难。此外，熔体仅沿着上下表面流动，在厚度方向上未作任何处理，缺乏真实感。当在透明的模具型腔内作注塑流动时该缺点便暴露无遗313实体流技术实体流技术在实现原理上仍与中面流技术相同，所不同的是数值分析方法有较大差别。在中面流技术中，由于制品的厚度远小于其他两个方向常称流动方向的尺寸，塑料熔体的粘度大，可将熔体的充模流动视为扩展层流，于是熔体的厚度方向速度分量被忽略，并假定熔体中的压力不沿厚度方向变化，这样才能将三维流动问题分解为流动方向的二维问题和厚度方向的一维分析。流动方向的各待求量，如压力与温度等，用二维有限元法求解，而厚度方向的各待求量和时间变量等，用一维有限差分法求解。在求解过程中，有限元法与有限差分法交替进行，相互依赖。在实体流技术中熔体的厚度方向的速度分量不再被忽略，熔体的压力随厚度方向变化，这时只能采用立体网格，依靠三维有限差分法或三维有限元法对熔体的充模流动进行数值分析。因此，与中面流或双面流相比，基于实体流的注塑流动模拟软件目前所存在的最大问题是计算量巨大、计算时间过长，诸如电视机外壳或洗衣机缸这样的塑料制品，用现行软件，在目前配置最好的微机上仍需要数百小时才能计算出一个方案。由于此次毕业设计的题目所涉及的塑件属于有一定厚度的实体，表面存在大量的凸起和凹陷，正反两面的差别较大，因此不适于应用中面流技术。又因为该塑件的设计运用于普通工业生产，其壳体的厚度变化不大，几乎不存在垂直于表面方向上的因素带来的误差，没有必要运用实体流技术。再加上实体流技术对计算机硬件的要求较高，耗时过长，将大大影响生产效率与利润。综合考虑准确程度和效率两方面的因素，最终决定采用双面流的方式完成塑件的有限元分析。32模流分析软件MOLDFLOW及其旗舰产品MPI常见的模流分析软件如MOLDFLOW、MOLDEX3D，此次毕业设计采用的是MOLDFLOW2010。MPI（MOLDFLOWPLASTICSINSIGHT支持多种现有的多种塑料的成型分析。如压注、注塑、气辅成型、芯片包裹、热固性材料成型等。由于需对模型进行有限元网格的处理，对于复杂的产品前期处理会较麻烦一些。在分析结果上，不仅提供了各相与冷却相对应的分析还提供如翘曲变形量、分子取向、玻纤取向等众多对产品设计、模具设计、工艺等具有重要参考价值的数值。33工艺参数分析过程MOLDFLOW的分析流程通常包含五个环节1、导入产品模型；2、网格的划分、诊断与修复；3、建模（型腔布局、创建留到、创建冷却系统）；4、开始分析；5、分析结果的判读。如果工艺参数的分析结果符合制造和使用要求，则将分析结果导出报告并结束分析过程，如果根系结果不能满足要求则回到第三个环节，调整注塑方案并重新建模。331导入产品模型由于本塑件的模型是由UG创建，文件是PRT格式，不能由MOLDFLOWPLASTICSINSIGHT直接读出，因此现将其导出为STL文档，再导入MOLDFLOW当中。332网格的划分、诊断与修复网格是MOLDFLOW分析的基础，也是有限元法在模流分析领域的具体应用，因此，在进行实际分析之前必须对导入的产品模型进行网格划分。而网格的划分方式多种多样，良好的网格质量将大大提高分析效率和分析的准确性，因此我们通常在网格划分结束后对所划分的网格进行诊断和修复。一、网格的划分按照网格的几何特征，MOLDFLOW中的网格可以分成以下三种1中面网格（MIDPLANE）中面网格有三节点的三角形单元组成，网格创建在模型壁厚中间处，形成单层网格。在创建网格过程中要实时提取模型的壁厚信息，并赋予相应的三角形单元。2表面网格（FUSION）表面网格也由三角形单元组成，但是同中面网格不同，它创建在模型的上下表面。3实体网格（3D）由四节点四面体单元构成，每个四面体单元又是由四个中面网格模型的三角形单元组成。其优点为计算更为精确，可较好的模拟三维流动；缺点是分析时间较长，对计算机要求较高。因为该塑件的模流分析采用的有限元方案是双面流技术，因此对应的网格选择表面网格（FUSION）为了兼顾网格的匹配度和分析速度，减少不良网格的出现，可以在几何形状复杂区域是网格密集，其余地方稀疏。网格划分情况如图31所示，壳体的正反面平面部分，所采用的网格边长为全局网格边长1；在两个小圆柱体周围以及肋板附近，由于其体积较小，重新划分网格采用边长为05；中央凸起部分的几何特征不规则，存在大量的扫掠面和拉伸面的结合，为了防止匹配度的下降和出现狭长三角形，应将此处重新划分网格，采用边长02。在划分过程中，弦高均采用默认值。具体网格划分情况如图31所示，并附上小圆柱体局部划分的特写。A全局网格划分B小圆柱体局部划分情况图31网格划分二、网格的诊断与修复为了使分析更加符合实际情况，便于有限元法的分析计算，在正式分析之前需要对网格进行诊断，并对不良网格进行优化。通过节点合并、节点移动、插入节点，以及对网格的重新划分，最终使网格的特征达到以下要求。1匹配度85以上。如果需要翘曲分析的话，匹配度需要90以上。2最大纵横比7以下。如果个别地方不能达到该要求的话，也应在10以下。3连通区域14相交单元05重叠单元06自由边07公用边08交叉边09配向不正确的单元0通过对网格的修复，最终使网格达到了分析需要的要求，现将网格统计如图32所示。图32网格统计三、建模由于本塑件需要与其他塑料零件配合，侧面是配合面，因此对侧面质量要求较高，另外，该塑件属于较复杂的壳体零件，肋板和突起较多，根据经验初步判断该塑件不适合侧面进浇。初步设计该塑件为中间进浇，点浇口。初步选定进胶点为中间凸起附近，初选型腔数目名为两个。根据建立的浇注系统，初步设定模流分析的相关参数如下注塑机SA24000最大锁模力24000材料PCABS根据以上初设参数，进行最佳浇口、填充时间、流动前沿温度等分析。初步选定进胶点为中间凸起附近，初选型腔数目名为两个。根据初设的条件，在MOLDFLOW中建立浇注系统如图33。图33MOLDFLOW中的浇注系统建模四分析过程和结果诠释（一）最佳浇口位置1浇口位置的要求（1外观要求浇口痕迹,熔接痕2产品功能要求3模具加工要求4产品的翘曲变形5浇口容不容易去除2对生产和功能的影响1流长（FLOWLENGTH）决定射出压力，锁模力，以及产品填不填的满，流长缩短可降低射出压力及锁模力。2浇口位置会影响保压压力保压压力大小保压压力是否平衡将浇口远离产品未来受力位置（如轴承处）以避免残留应力3浇口位置必须考虑排气，以避免积风发生不要将浇口放在产品较弱处或嵌入处，以避免偏位（CORESHAFT）3选择浇口位置的技巧1将浇口放置于产品最厚处，从最厚处进浇可提供较佳的充填及保压效果。如果保压不足，较薄的区域会比较厚的区域更快凝固，避免将浇口放在厚度突然变化处，以避免迟滞现象或是短射的发生2可能的话，从产品中央进浇，将浇口放置于产品中央可提供等长的流长，流长的大小会影响所需的射出压力中央进浇使得各个方向的保压压力均匀，可避免不均匀的体积收缩MOLDFLOW对最佳浇口的选择如图34所示图34最佳浇口分析综合考虑以上原则和软件分析结果，最终选定浇口在MOLDFLOW分析得出的最佳点附近，中央突起的右侧。二填充时间填充时间的长短对塑件质量、有无短射等有着重要意义，如果填充时间过长，熔料就会在填充过程中流动性减弱而使填充困难，形成滞留甚至短射，而在两个型腔同时填充的时候，如果两侧填充速度不一致，就会造成两侧塑件的填充效果不同。运用MOLDFLOW对本塑件的填充时间分析结果如图35所示。图35填充时间分析1判读依据图中的填充时间显示了模腔填充时每隔一定间隔的料流前锋位置。每个等高线描绘了模型各部分同一时刻的填充。在填充开始时，显示为暗蓝色，最后填充的地方为红色。如果制品短射，未填充部分没有颜色。制品的良好填充，其流型是平衡的。一个平衡的填充结果所有流程在同一时间结束，料流前锋在同一时间到达模型末端。这个意味着每个流程应该以鲜红色等高线结束。等高线是均匀间隔，等高线的间隔指示了聚合物的流动速度。宽的等高线指示快速的流动，而窄的等高线指示了缓慢的填充。MOLDFLOW的填充时间可以直观的判断出填充阶段有无以下情况的产生短射在填充时间结果上，短射将显示为半透明的，查看流动路径的末端是否有半透明区域。关于3D模型,可以使用未填充的模穴短射结果来检查是否在制品的内部存在未充填的部分。1）滞流如果填充时间结果显示一些区域上的云图有很近的间隔，将产生滞流。如果一个薄区域在制品完全填充之前冻结滞流会导致短射。2过保压如果填充时间结果显示某个流程的流程之前完成，将显示过保压。过保压会导致高的制品重量、翘曲和不均匀的密度分布。3熔接线和气穴在填充时间结果上重叠熔接线结果可以确定其存在，熔接线会导致结构和视觉上的缺陷。4气穴在填充时间结果上重叠气穴结果可以确认其存在，气穴会导致结构和视觉上的缺陷。5跑道效应跑道效应会导致气穴和熔接线，查看气穴和熔接线的位置及数量。2判读结果根据该塑件的填充时间图，可以看出，两个塑件中塑料的填充几乎是完全平衡的，流动前沿同时到达了填充的末端。填充时间等高线分布非常均匀，说明流速相对均匀正常，云图间隔适中，没有滞留现象，末端未发现半透明区域。也没有发现上文所说的过保压和明显的气穴以及长度较大的熔接线。因此可以可以断定整个填充过程流速均匀适中，填充平衡，无重大填充缺陷，基本符合生产要求。3流动前沿处温度流动前沿处温度是熔料流动经过节点时的结果，产生于MIDPLANE、FUSION、3D流动分析，显示了在流动前沿到达某个节点时的聚合物温度。根据MOLDFLOW得出的本塑件的流动前沿温度如下图所示流动前沿处温度是熔料流动经过节点时的结果，产生于FUSION流动分析，显示了在流动前沿到达某个节点时的聚合物温度。这个可以在分析结束时，或者在分析中指定时刻，此次分析采用的是在分析结束时得到结果。分析结果如图36所示1判断依据这个可以在分析结束时，或者在分析中指定时刻。如果流动前沿温度在制品的薄区域很低，可能发生滞流或者短射。某个区域的流动前沿温度很高，可能发生材料降解和表面缺陷。确保流动前沿温度总是在聚合物使用的推荐范围之内。确保冷却和保压的压力尽可能地均匀分布来最小化翘曲。符合要求的注射曲线来获得满意的温度分布。在流动前沿温度分析结果中可以看出是否存在以下隐含的问题（1）热点通常显示了在最后填充区域和浇口附近的过剩剪切热（2）冷点指示了滞流。应查看模型冷却率，是否在模型里有热点或者冷点,材料的剪切热或者冷却是否过度。2判读结果如果流动前沿温度在制品的薄区域很低，可能发生滞流或者短射。某个区域的流动前沿温度很高，可能发生材料降解和表面缺陷。确保流动前沿温度总是在聚合物使用的推荐范围之内，确保冷却和保压的压力尽可能地均匀分布来最小化翘曲。符合要求的注射曲线来获得满意的温度分布。根据该塑件的分析结果可得出，流动前沿温度都在230以上2365以下，属于PCABS材料的使用温度范围（熔化温度230250降解温度260）之内，图36流动前沿处温度且温度分布非常均匀。因此根据该项指标，本塑件既不会产生滞留或者短射，也不会产生降解，翘曲现象也不明显，符合制造要求。四气穴在塑料溶料填充型腔时，多股融料前沿包裹形成的空腔或者融料填充末端由于气体无法排除导致填充不完全。通常发生在空气无法从排气孔或镶埋件的缝隙逃逸时，一般出现在最后填充的区域，假如这些区域的排气孔太小或者没有排气孔，就会造成气穴，使塑件内部产生空洞或气泡、塑件短射或是表面瑕疵。另外，塑件壁厚差异较大时，塑料倾向于往厚壁处流动而造成径流效应，这也是造成气穴的主要原因。根据MOLDFLOW分析结果，可能产生气穴的地方如图37所示图37气穴1判读依据该结果是在可能发生气穴的地方显示红色线条，气穴在至少两个流动前沿汇合的地方，或者在流动路径的末端。需要查看会出现多少气穴，并且出现在制品的哪些位置。如果制品不需要完美的外观，气穴出现在表面也可以接受。使用填充时间与气穴协同来确定填充行为，查看气穴实际上发生在这些位置的可能性。气穴结果可以显示产品的以下问题（1）烧焦如果气穴在足够的压力下将会导致烧焦，引起空气点燃烧焦塑胶。短射如果气体没有排出，并且没有快速地压缩导致烧焦，将可能导致短射，或者在制品留下气泡。（2）其他表面缺陷如果气穴没有导致烧焦或者短射，仍然会在制品留下表面缺陷。2判读结果可以看出图中一些地方存在气穴现象，但是气穴很小，不会严重影响表面质量，并且大部分都在塑件的反面，而非外观面。如果为了减少气穴数量和大小，可以从以下几个方面着手（1）流道和浇口浇口位置应设置在塑件的厚壁处；直接浇口产生真空现象比较突出，应尽量避免选用；如果浇口形式无法改变。可通过延长保压时间，加大供料量，减小浇口锥度等方法进行调节；缩短和加宽细长狭窄的流道，消除流道中的贮气死角，排除模具排气不良的故障。（2）合理设置排气孔排气孔通常设在最后充填的区域，例如熔体与熔体的交接处、分模面、镶埋件与模壁之间、顶针及模具滑块的位置。重新设计浇口和塑料传送系统可以改变充填模式，使最后填充区域落在适当的空气逃逸；但是也要小心排气孔不能太大而造成毛边。建议的排气孔尺寸，结晶性塑料为0025CM（0001IN），不定形塑料为0038CM（00015IN）。（3）合理控制成型条件适当降低注射速度，让空气有充足的时间逃逸；采用调节注射和保压时间，改善冷却条件，控制加料量等方法；一般情况下，应将融料温度控制得略微低一些，模具温度孔子和得略微高一些。（4）变更塑件设计缩减壁厚比例，可以减低塑料的径流效应。五熔接线1判读依据熔接线产生在填充分析的末端，分析显示可能发生熔接线的地方，在模型上沿着流动前沿聚合形成熔接线。熔接线发生在两个或者更多个流动前沿聚合处。熔接线的存在指示了结构缺点或者表面缺陷。注意此结果习惯制定熔接线结果图于135度角度处聚合。对于不同的聚合角度，创建熔接线结果图并且指定聚合角度。精确的熔接线预测取绝于高质量的网格，重定义网格能提高熔接线预测，特别在孔附近为了提高网格质量，特将中间突起附近的网格以02的边长重新划分，并将周围的三角形单元长宽比修正到6以下。得到的分析结果如图38所示图38熔接线2判读结果当材料在其推荐的工艺温度范围内时，熔接线的强度受形成熔接线时的温度影响和熔接处的压力。熔接线在塑件上主要存在着以下两方面的问题（1）结构问题产品可能在熔接线处折断或者变形，特别在熔接线为低质量时。此缺陷使产品的这些区域会有更多的问题将会受应力影响。（2）表观缺陷熔接线会导致线条、凹口或者产品表面上的颜色改变。如果熔接线被安置在不重要的产品表面（比如，产品底面），这样将没有问题。熔接线能导致结构问题，并且也会使产品在视觉上的无法接受。但是，有些熔接线是不能避免的，因此要查看工艺条件和熔接线位置来具体判断是否熔接线是高质量的，通过对该塑件的熔接线位置和长短的具体分析，大部分熔接线出现在产品底面，在使用的时候位于产品内部，因此不会影响外观质量；另外，内部熔接线长度较短，出现的地方多为肋板所在处，因此一定程度上可以弥补因熔接线带来的应力问题，可以判定熔接线质量良好。六达到顶出温度的时间TIMETOFREEZERESULTFUSION该结果显示了从填充结束（100）到顶出温度时所花的时间。此结果考虑填充和保压阶段的状态，在哪些地方热的材料注入了模腔。这个热的材料影响冷却时间。图39是用MOLDFLOW分析得出的结果图39达到顶出温度的时间1判读依据理想的，制品应该均匀冻结并且越快越好。察看大多数模型冻结时间和最后冻结的单元间的不同。如果该差值很大，考虑增加最后冻结区域的冷却或者重新设计产品。冻结时间结果也可以用来查看模型上浇口的冻结时间，如果浇口冻结在制品完全填充之前，制品会浇不足导致短射。如果浇口冻结在制品冻结之前，会出现低保压。2判读结果在图中可以看出塑件部分的聚合物冻结时间均匀一致，而且浇口和流道冻结在塑件冻结之后，符合制造要求。（七）保压分析保压也叫二次压，在注塑成型过程中，注塑的压力是呈线变化的，而保压则是恒定的或是成一定斜度的。当一次压完成后，由于塑胶温度降低，模具内部的塑件会发生一定程度的收缩，为了补偿这一部分收缩量，在这个阶段也要保持进胶，这是龅牙的第一个作用；其次，当温度降低内部应力变化，模腔内部的塑胶会发生一定情况的回流，如果没哟与龅牙来平衡这些力，产品就会产生缩水甚至不饱模；另外，保压还是控制塑件尺寸的重要手段，保压过大或者过小都不行，保压过大，会产生粘模，保压过小则会产生缩水或者不饱模。1判读依据该结果显示了模型里达到的最大压力从保压开始直到结果被写入时间。保持压力结果应该显示了一个均匀的压力梯度从注射点到流动路径的末端。均匀的压力梯度在制品冻结时会获得平衡的保压。要注意查看以下两点（1）在填充结束时每个流程末端的压力应该是0。（2）压力改变将产生收缩改变，导致高的应力或者制品扭曲。该塑件的保压分析结果见图310图310注射位置处压力判读结果注射位置处压力的变化符合上述描述，保压结果满意。（八）回路冷却液温度1判读依据回路冷却液温度显示了在冷却回路中冷却液的温度。入口到出口的温差不能大于23C，越高的值可能显示越广的模具表面温度范围。冷却分析日志包含冷却液温度的改变从冷却液入口到冷却液出口，如果温度的增加不可接受（大于23C），使用回路冷却液温度结果来确定哪里的温度增加太大，在并行的回路中，从入口到出口最后增加的温度会很小。但是，在一些区域冷却液也可能会达到一个很高的温度。当冷却液通过某条线路流动时会发生以下情况（1）冷却液温度增加（2）与低温冷却液混合3回路残留冷却液图311为该塑件的冷却液温度。图312冷却液温度2判读结果该冷却方案的冷却液入口温度为2500，出口温度为2528，其差值为028，远小于2，冷却方案可行。（九）回路雷诺数此结果显示了冷却回路的冷却液雷诺数。一旦达到湍流，流动速率的增加对热散发的速度只是很少的差异，因此，流动速率应该被设置达到理想的雷诺数通过最小的变化，如果输入一个最小雷诺数，把10000当作最小，然后查看结果确保最小变化，不要设置雷诺数大于10000。如果是平行冷却回路，将很难对所有平行回路分支达到雷诺数的最小变化，如果是这种情况，考虑改变回路层。4000以下的雷诺数会层流这样对从模腔散发热量效果较小，如果回路直径有大的改变，雷诺数将有过多的变化，如果发生这种情况，调整回路直径或者减少最小的雷诺数（确保雷诺数总是大于4000）。分析时要注意确保（1）雷诺数应该大于4000使水路冷却制品确保在回路中湍流从而有效的冷却。（2）理想雷诺数是达到10000。本塑件的回路雷诺数分析结果见图313图313回路雷诺数2判读结果如图所示，本冷却方案的雷诺数远大于4000，而且达到了最理想的10000，属于完美方案，因此，流动速率对本冷却系统的影响不大。第4章利用UGNX60及MOLDWIZARD进行模具设计41注塑模具设计前期准备411塑件的收缩率塑件自模具中取出冷却到室温后，其尺寸或者体积会发生收缩变化，这个性质称为塑件的收缩性，塑件的收缩性通常用收缩率表示。塑料的品种不同，其收缩率也不同。因此，为了使塑件成品大小符合设计要求，提高制造精度，实际的模具大小必须大于产品尺寸，在设计的时候，一定要补偿收缩的尺寸。另外，塑件在收缩的时候不一定总是均匀收缩的，形状复杂，薄壁区域收缩率通常较小，其余地方收缩率相对较大，收缩尺寸的补偿在UG注塑模向导中是可以自动完成的。本塑件是配合件，对其尺寸公差要求较高，因此在设计的时候必须考虑到收缩因素，但塑件整体壁厚相差不大，形状成正方形的壳体，因此可以认为其收缩是均匀的。本塑件的材料是PCABS，通过查表得到其收缩率为10045，让UG按照以题记中心为基点，均匀收缩的方式进行收缩计算，在注塑模向导中点击收缩按钮，设置相应的收缩率完成收缩补偿。412模具坐标系为了方便在UG中进行模具设计，需要建立一个合适的坐标系，理论上讲，只要用着方便，任何一个坐标系都是可以的，在UG里也都可以进行后续工作。不过如果继续运用UG的注塑模向导，接下来每一个任务都有它自己默认的坐标方向。比如，系统默认XOY就是分型面所在面，模仁的上下两部分会在XOY平面上分开；顶杆会朝着Z方向顶出。因此，为了在后面的工作中直接按照系统默认的方向直接设计，而不应自己重新调整元件建立的方向和位置，我们把XOY定在自己初选的分型面上，把Z方向定为顶出方向。42模具分型设计421分型面的确立一般来说,模具都有两大部分组成动模和定模或者公模和母模,分型面是指两者在闭合状态时能接触的部分。分型线就是分型面的内界限或者外界限。因此一个塑件如果中间有通孔的话，通常就存在多个分型面。比如本塑件中间有一个椭圆形小孔，合模的时候必定就要有型腔部分和型芯部分在这个小孔的某个位置接触，因此，本塑件也存在多个分型面。但是按照分型面的作用何其面积大小，我们把分型面又分为主分型面和辅助分型面，主分型面一般只有一个，即与塑件外轮廓相交的那个，在模具设计中起着至关重要的作用。但模具行业中，我们在交流的时候通常所说的分型面就是指的主分型面。按照分型面的形状，可以把分型面分为直线分型面、斜线分型面、拆线分型面和曲线分型面，按照数量则可以分为单分型面、双分型面和多分型面等等。一、分型面选择的总体原则分型面的选取不仅关系到塑件的成型和脱模，而且涉及模具结构和制造成本，因此，必须重视选择分分型面位置。选择分型面的位置时，分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处。分型面必须设置在产品的最大截面处，而且便于开模后塑件留在动模的一侧，以保证便于顶出机构能够顺利脱模。选择分型面时应遵循如下原则。1留模方式为了便于塑件脱模，应使塑件在开模时尽可能留在下模。由于塑件的顶出机构通常设置在下模，尤其是自动化生产所用的模具，因此正确选择塑件的留模方式显得更为重要。留模方式选择正确与否会直接影响到产品质量和生产效率。2塑件外观分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位，而