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摘要 随着模具工业的发展，塑料产品的应用范围越来越广，产品结构越来越复 杂，热流道技术正在被大范围推广。和传统的冷流道技术相比，热流道技术有 优化成型效果、提高生产效率、节约成本等优点。 传统的模具工业中，塑模的设计和成型工艺的设定往往依赖设计人员和工 艺人员的经验。结构合理与否，成型质量是否良好只有到试模阶段才知道。这 种方式决定了模具的开发需要一个很长的周期，成本较高。这种方式已经不能 适应模具工业的快速发展。 本文介绍了模流分析技术和热流道技术的发展。利用模具c a e 软件 m 0 1 d f l o w 的注塑成型模拟分析模块( m p i ) ，对有金属嵌件结构的手机l e d 屏支 架的两种成型方案冷流道浇注和热流道浇注进行模拟分析。分别对产品进 行填充，冷却，纤维取向三个方面的分析。得出热流道成型效果明显优于冷流 道成型效果。热流道的成型效率，成型质量等都优于冷流道技术。然后利用正 交实验，通过采用t a g u c h i 防范，列举成型温度、模具温度、注射压力、注射 时间对体积收缩率的影响，得到优化成型参数组合。 利用优化后的参数进行实际成型加工验证结果。制品质量合格。 关键词：模流分析，手机l e d 屏，工艺优化 a b s t r a c t w i 也m ed e v e l o p m e n t0 fm o l di n d l _ s t i m 也eu 面唱r a n g e0 fp l a s t i cp r 吠i u c t si s m o r ea n dm o r ee x t e n d e d p r o d u c t s t u r ei sm o r c 锄dm o r ec o m p l i c a t e ，n o wh d t n m n 钉t e c h n o l o g ) ，i sp o p u l 撕z e dc o s i l l i c a l l y c o m p a r e dw i 也t l l e 廿a d i t i o n a lc o l d m n l l e rt e c l l i l 0 1 0 鼢h o tn l n n e rt e c h i l o l o 黟h a s 也ea d v 跚魄eo fq u a l 时o f 坷e c t i o n m o l d i n g ，i l n p i r 0 v i n gp r o d u 嘶v i 吼s a v i n g 也ec o s t i n 仃a d i t i o n a lm o l di i l d u s n y ，血ed e s i g na n dm 0 1 d i n gp r o c e s so fm o l du s u a l l y d 印e n d e do n 也ee x p e r i e n c e o fd e s i 印e r 锄dp r o c e s sw o f k 既w h e t l l e rt h e c o 蚯g u r a t i o ni sr e a s o n a b l e ，也em a 蛐gq u a l 毋i sg o o 也c a n b es ：h o w e dm e rn l e p r o c e s so fm o l dt e s t s oi tm e a n sal o n gp 嘶o d 锄dah i 曲c o s ta r en e c e s s a 巧f o r m o l dd e v e l o p i n g a n dt h i sm o d ei sn o t 咖t d b l et ot h ez o o m i n gd e v e l o p m e n to f m 0 1 di i l d u s 廿y ht h i st e x t ，t h ed e v e l o p m e n to fm o l df l o w 缸dh o tm i l i l e rt e c h n o l o g ya r e i n _ 廿o d u c e d t om e n l o d so fi n o l d e dp a c k a g eo fl e ds u p p o r t e rf o rm o b i l et e l 印h o n e w i t l lm e t a li n s e r ts 仇l c t u r e ，c o l dr 眦m e rt e c h n o l o g y 锄dh o tm i l i l e rt e c h l l 0 1 0 9 ya r e s i n l u l a t i o na n a l y s i s ，w i 也u s i n g 也es o 腑a r eo fc a e ，m o l d - n o wp l a s t i c sh l s i g h t ( 噼i )i n 也ea s p e c t so ff i l l i i l g ，c o o l i l l ga n df m e ro r i e n t a t i o n i ts h o w sm em 0 1 d i n g e 舭c to fh o tm m i e rt e c h n 0 1 0 9 yi sb e t l 盯也a nc o l dn l n n e rt e c h n o l o g y ，a ss a m ea s 也e p r o c e s se f f i c i e n c y 强dq u a l 时 t h e np r o c e s sp a r a m e t e r sa r eo p t i l n i z e dt 1 1 r o u 曲e n 啪e r a 血冯t h ei n f l u e n c eo f m e l 血gt e m p e r a n 鹏，m o l dt e n l p e r a l 眦e ，蠲e c t i o np r e s s u r e ，坷e c t i o n 缸et o t 1 1 e s h n k a g em t e i n 也et a g u c b jd e s i g n t h ev a h d a d n gr e s u l tw i 也u s i n gt t l eo p t i n l i z e dp r o c e s sp a r a m e t e ：r sp r o v et h a tt h e p r o d u c tq u a l 时i sc e r t i f i e d k e yw o r d s ：m 0 1 df l o wa n a l y s i s ，t h em o b i l ep h o n e sl e d s c r e e n ， p r o c e s s0 p t 血i z a t i 彻 第一章绪论 第一章绪论 1 1 我国模具制造业概况 模具被称为工业之母，其生产技术水平的高低，是衡量一个国家制造水平 高低的重要标志。作为国民经济的工业基础，模具加工涉及电子、汽车、家电、 通讯、化工、冶金、军工和建材等行业中，应用广泛。这些行业中7 5 以上的 粗加工零件，5 0 以上的精加工零件都依靠模具来成型。用模具成型的制品具有 高效率、高自动化、低消耗、高精度、高一致性、高复杂性等特征，这是很多 行业无法达到的【1 1 。 现在，人们已经认识到模具工业在制造行业中的重要地位，认识到模具行 业技术水平的高低，直接决定了产品的质量、工厂的效益和新产品的开发能力。 努力提高模具生产技术水平，采用先进的模具制造设备与先进的工艺，加快研 究模具标准化与工业化生产，推广计算机辅助设计和辅助制造技术，是发展工 业生产的重要途径。许多企业已经开始重视技术发展，加大了用于技术进步的 投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。 从国内外模具的发展趋势可以看出，以后将大力发展现代模具。现代模具 与传统模具不同，它不仅形状与结构十分复杂，而且技术要求更高，用传统的 模具制造方法显然难于制造，必须借助于现代化科学技术的发展，采用先进制 造技术，才能达到技术要求。当前整个工业生产的发展特点是模具品种多、更 新快、市场竞争激烈。为适应市场对模具制造的短交货期，高精度、低成本的 迫切要求，模具将呈现如下发展趋势： l 、模具精度愈来愈高； 2 、模具日趋大型化； 3 、将扩大对热流道技术的应用； 4 、发展多功能复合模具； 5 、模具档次的进一步提高； 6 、增多气辅模具及高压注射成型模具、塑料模具、挤压模及粉末锻模； 7 、广泛应用模具标准件； 8 、大力发展快速制造模具技术。 手机u i d 屏支架注塑工艺优化设计 1 2 c a d c a e 国内外研究现状 1 2 1 国内情况 我国在注塑模与应用方面起步较晚。从2 0 世纪8 0 年代中期开始，国内部 分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模c a d 系统。同时，某些 高校和科研院所也开始了注塑模c a d 系统的c a d 技术开发研究只与开发工作。 华中理工大学是国内较早自行开发研究注塑模c a d c a e c a m 系统的单位。 他们在注塑模流动分析模拟和冷却分析模拟的研制方面进行了多年的研究与开 发，推出了塑料注塑模c a d c a e c a m 系统h s c l 。浙江大学基于工作站的u g i i 系统开发出精密注塑模c a d c a m 系统。该系统采用特征造型技术构造产品模型， 使形状特征表达与工艺信息描述统一，并利用特征反转映射实现了型腔模型的 快速生成。上海交通对注塑模c a d 进行了多方面的研究。在国内首次将人工智 能技术引入注塑模c a d 系统中。合肥工业大学在注塑模结构c a d 技术方面进行 了多年的研究和开发工作，先后研制出微型注塑模c a d 系统和微型注塑模三维 系统，取得了较好的成绩【2 】。 1 2 2 国外情况 近二十多年，国外注塑模c a d c a m 技术发展相当迅速。 注塑熔体流体理论的研究始于2 0 世纪6 0 年代中期，美国、英国、加拿大 等国的学者如j p e a r s o n 英) 、j f s t e v e n s o n ( 美) 、m r k a m a l ( 加) 等开展 了一系列有关塑料熔体在模具型腔内流动与冷却的基础就。 7 0 年代许多研究者对一维流动进行了大量研究，主要是计算塑料熔体在等 直径圆管、中心浇口的圆盘以及端部浇口的矩形型腔中的流动过程。塑料流变 学、几何造型技术、数控加工及计算机的发展有力地推动了注塑模c a d c a m 研 究的深入，由最初的c a d 技术和c a m 技术以图纸为媒介传递信息，向c a d c a m 一体化方向发展。 8 0 年代初开展三维流动与冷却分析，并把研究扩展到保压分子取向以及翘 曲预测等领域，人们成功地采用有限元法分析三维型腔的流动过程，使设计人 员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和 修改，以减少试模时间，提高模具质量。由于c a d c a m 技术对提高模具和产品 质量、加快产品更新换代的巨大作用，许多国家的政府部门和科研机构投入了 2 第一章绪论 大量的人力、物力进行研究。8 0 年代中期注塑模c a d c a m 进入实用阶段，出现 了许多商品化注塑模c a d c a m 软件，比较著名的有： 1 、澳大利亚m o l d f l o w 公司的m o l d f l 0 w 系统。他是一个率先推出的注塑模 流动分析软件，具有流动分析、冷却分析、翘曲分析、收缩分析、结构应力分 析、注塑机参数优化、气体辅助注塑分析、塑件纤维取向分析、中型面自动生 成、热固性塑料流动与融合分析等功能的软件。 2 、美国p t c 公司的p r o e n g i n e e r 软件。这也是一个c a d c a m 系统，具有 很强的参数化特诊造型功能，另外它还包括一个专用的模具设计模块 p r o m o l d d e s i g n ，使模具设计更加方便和直观。目前p r o e 的模架设计还可以 直接利用其外挂模块m o l db a s e 或e m x 模块，通过选择相应的模架型号进行装 配，非常方便快捷f 3 1 。 3 、美国u g 公司的u g 系统具有强大的曲面造型、实体造型和c a i 功能，是 一个c a d c a m 系统。u g 带有模具设计模块m o l d w i z a r d ，它基于u g ，利用u g w a v e 和m a s t e rm o d e l 技术提供了注塑模的型芯和型腔创建和模架库等各种功能。 我们目前的模具设计过程很大程度上依赖于设计人员的经验和知识，具制 造周期长，如何在短时间内，针对不同复杂程度的制品，给出合理的模具设计 方案，是现代模具设计研究的方向。 4 、美国和意大利p & c 的c a d c a m 软件t m c o n c e p t 。该系统包括材料选择 ( t m c _ m s ) 、成型工艺参数和模具费用优化( t m c m c 0 ) 、流动模拟( t m c f a ) 、 型腔设计( t m c c s e ) 及冷却分析( t m c _ m t a ) 共五个程序包。 5 、德国i k v 研究所的c a d o m o u l d 系统，该系统可用于注塑模流动分析、冷 却分析、力学性能分析。 进入2 0 世纪9 0 年代后开展了成型过程流动、保压、冷却、应力分析及翘 曲的全过程模拟，将各独立模块有机地结合起来，考虑他们之间的相互影响， 以提高模拟软件的分析精度和扩大使用范围。这些卓有成效的研究成果，为开 发使用型的注塑模分析软件奠定了基础【2 】。 1 3 热流道国内外应用现状 目前，我国在注塑成型技术上已经比较成熟，但随着塑料制品复杂程度的 提高、制品精度的提高、材料利用率的提高，以及生产周期的缩短，传统的模 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 具结构设计方法已不能满足需求。例如对于厚薄不均程度比较大的制品，对于 薄且平面比较大的制品，对于具有较多嵌件、肋条、凸台结构的复杂结构制品 等，用传统的注塑成型方法注塑加工，塑件会产生欠胶、翘曲、应力集中、制 品内冷块、制品凹痕等缺陷。特别是对于大型的外观件、对外观要求高的制品， 出现的熔接痕往往难以解决，上漆有更为明显。热流道技术就是通过一定的方 法来保证流道和浇口的塑料保持熔融状态，提高熔体的充模能力，解决以上成 型问题的技术。 热流道注射成型法于2 0 世纪5 0 年代问世，经历了一段较长时间的推广以 后，其应用普及率逐年上升。8 0 年代中期，美国热流道模具占注塑模具总数的 1 5 1 7 ，欧洲为1 2 1 5 ，日本约为l o 。到了9 0 年代，美国生产的 塑料注塑模具中热流道模具己占4 0 以上。目前部分模具厂甚至达到8 0 以 上，在大型制品的注塑模具中则占9 0 以上。热流道技术已经成为塑料注塑成 型工艺发展的一个热点方向【4 】。 热流道技术在中国的逐渐推广，很大程度上是由于模具向欧美公司的出口 量快速增长引起的。在欧美国家，注塑生产主要依赖于热流道技术，没有使用 热流道技术的模具很难出口，这就促使国内模具厂家对热流道技术的应用。在 国内，热流道的采用率不到1 0 ，与国外的5 0 8 0 的采用率相比，存在很 大的差距。因此热流道模具在我国具有广阔的应用前景 5 】。 1 4 课题的研究内容 1 4 1 课题背景 对于传统的注塑模设计，主要依靠设计人员的经验和复杂的计算来确定模 具的结构。模具设计加工完成后，要经过反复的试模，修模。试模期间若发现 制品不合格，应根据缺陷进行分析，迅速找出原因，进行修改。修改过程不仅 要重新调整工艺参数，有些还需要修改制品结构，或是修改模具结构。直至成 型出稳定的合格的制品，模具才能正式投入生产。而且在生产现场经常会出现 责任推诿现象，这更是延长了加工周期，提高了生产成本。 传统的注塑模设计流程如图卜l 所示。 4 第一章绪论 图卜1 传统注塑设计流程图 随着科技的进步，计算机技术的不断发展，c a d c a e c a m 技术在模具设计 和生产中将被广泛应用，是模具设计发展的必然方向。它提高了试模的成功率、 缩短了生产周期、节约了成本。利用c a d c a e c a m 技术进行模具设计和制作的 流程如图卜2 所示。 图卜2 注塑模c a d c a e c a m 流程 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 1 4 2 本课题内容 本课题研究某型号手机的l e d 屏幕支架设计。设计者依据个人经验设计模 具，为了提高试模成功率，预测制件可能出现的缺陷，及时给予优化处理。文 章利用m o l d f l o e 软件对设计进行注塑过程模拟，分析缺陷原因，并改进设计方 案。为了提高成型质量，采用热流道技术进行成型，为制品的成型提供可靠的 支持。 第二章模流分析 2 1 模流分析介绍 第二章模流分析 本设计所用的模流分析为m 0 1 d f l o w 软件，其是当今注塑成型c a e 领域常用 的分析软件之一，一直以来主导着塑料c a e 软件的市场。它的战略是进行广泛 的注塑分析，通过“进行广泛的注塑分析”将m o l d f l o w 积累的丰富注塑经验带 进制件设计和模具设计领域。并将注塑分析与实际的注塑成型加工相联系，自 动监控和调整注塑机参数，从而优化模具设计、优化注塑机参数设置、提高制 件生产质量的稳定性，使制件具有更好的工艺性和可加工性。 m o l d f l o w 软件包括三大模块，分别是优化顾问( m p a ) ，注塑成型模拟分析 ( 肝i ) 和加工分析( 删s ) 模块。 1 、优化顾问( m o l d f l o wp 1 a s t i c sa d v i s e r s ，简称m p a ) 可为注塑加工过程提供一个高效低成本的解决方案。它支持常用c a d 系统 ( 如p r 0 e 、u g 、c a t i a 等) 提供的s t l 格式；无需划分有限元网格，可直接进 行注塑成型分析；支持0 p e n g l 技术，图形处理快捷高效；操作简单易学。 肝a 模块包含产品设计顾问( m o l d f l o wp a r ta d v i s e r ) 和模具设计顾问 ( m 0 1 d f l o wm 0 1 da d v i s e r ) 两个产品。 产品设计顾问适用于制件设计者，制件设计者在制品设计之初就考虑到产 品的工艺性，及时了解制品成型缺陷信息，通过更改制品结构、材料或是制品 进胶位置来提高制品的成型质量。 模具设计顾问适用于模具设计者，可以为设计者快速提供最佳进胶位置， 进胶尺寸，流道尺寸、形式，制品推出受力点等信息，为设计者设计浇注系统， 脱模系统，型腔分布等提供信息。 2 、注塑成型模拟分析( m 0 1 d f l o wp 1 a s t i c si n s i g h r ，简称肝i ) 肝i 模块是专业的c a e 分析软件，是对塑料产品和模具进行深入分析飞软 件包。它是最常用的软件部分。能够模拟热塑性和热固性材料的成型过程，能 模拟出制品成型后的缺陷。使设计者在设计之初就能预测到成型缺陷所在，及 时给予解决，提高试模的成功率。这个模块有很多分析项目，本课题就是利用 7 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 这个模块的分析项目对制品进行注塑模拟分析。 3 、加工分析( m o l d f l o wm s n u f a c t u r i n gs 0 1 u t i o n s ，简称m m s ) 删s 模块是一个完整的协同合作制造管理系统，可以根据制品的工艺参数 来进行实时的生产管理，自动设定、优化和控制生产过程【6 。 2 2 模流分析基础 2 2 1 有限元分析基础 有限元分析方法是m 0 1d f l o w 分析的基础，其目前广泛应用于工程结构强 度、热传导、流体力学、电磁场等研究方向。经过多年的发展，现代有限元法 几乎可以用来分析所有的连续介质和场问题，包括静力问题和时间有关的变化 问题以及振动问题。其网格模型如图2 1 所示。 圣懋 图2 1 有限元网格模型 一、有限元的基本思想 有限元的基本思想是把一个连续体分割成一定数量的、彼此用节点相连的 单元，每个单元依据一定的单元特性关系建立方程，然后把方程集合起来，引 入边界条件，构成一组以节点变量为未知量的方程组，求解变量。有限元法是 一种用有限的单元离散连续体，然后进行求解的一种数值计算的近似方法。由 于单元可以分割各种形状和尺寸的连续体，所以，这种方法能很好地适应复杂 的几何形状、材料特性和边界条件。 第二章模流分析 二、有限元法的特点用 1 、原理清楚，概念明确 2 、应用方位广，适应性强 3 、有利于计算机应用 2 2 2 注塑成型技术 一、注塑成型技术介绍 注塑成型是一个将塑料熔体高压高速注入闭合的模具型腔，在型腔中冷却 定型，然后开模取出制品的过程。 注塑成型必须具备以下几个条件： l 、塑料注入型腔前必须为熔融状态，保持一定流动性； 2 、熔体在一定的压力和速度的作用下充满型腔； 3 、熔体充满型腔后能够冷却定型，以便于开模取件。 成型所用的机台注塑机必须能提供塑化熔体、注射熔体、开合模和顶出制 品的功能。注塑机由注射装置、合模装置和控制装置三大系统构成。注射装置 提供塑化材料，对材料注射保压的功能。合模装置提供开合模动作，成型时保 持一定锁模力的功能。控制装置提供对温度，压力，时间，位置的准确控制功 能。 二、注塑成型流程 完整的注射成型过程包括成型前的准备，注塑过程和制件后处理三个主要 环节，每个环节又有多项工作内容。成型流程如图2 2 所示： 三、注塑成型工艺参数【】 注塑成型涉及的工艺参数主要是温度、压力、注塑速度和成型周期 l 、温度 在注射成型中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。前两种 温度主要影响塑料的塑化和塑料充满型腔的能力，而模具温度主要影响熔料充 满型腔和冷却固化的能力。 ( 1 ) 料筒温度 为了保证熔体的正常流动而又不是熔体热分解，料筒的温度设置通常高于 熔点，低于热分解温度。对于热敏性材料，温度设置的低点；对于热稳定性的 9 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 材料，温度可设置的高点。 ( 2 ) 喷嘴温度 喷嘴温度通常略低于料筒前段温度，以防止直通式喷嘴可能产生的“流涎 现象。虽然喷嘴温度降低，但高压熔体高速通过喷嘴，摩擦生热，对熔体的会 起到进一步塑化的作用。喷嘴温度也不能太低，过低的话，熔料在浇口处凝结， 会堵塞喷嘴，或是在注射时把喷嘴的冷料带到型腔中，影响制品质量。 一般在生产中，料筒温度和喷嘴温度进行综合考虑。常用低压、低速对空 注射，当喷射的熔体刚劲有力，不带泡，不卷曲，光亮且连续即可视为合适。 陋订 l l 过程l i l 循环i 1 _ j 陌习 i 一 ( 3 ) 模具温度 图2 2 注塑成型流程图 第二章模流分析 模具温度对塑料熔体的流动和制品的内在性能及表面质量影响很大。模具 必须保持一定的温度，这个温度低于塑料的玻璃化温度或是热变形温度，以保 证塑料熔体能够凝固定型和脱模。 模具温度的选择主要取决于塑料的特性、制品的结构与尺寸、制品的性能 以及成型工艺条件。在保证顺利充模的前提下，采用较低的模具温度，能缩短 冷却时间，提高生产效率。下图2 3 是模具温度对隋傲成型性能的影响。 k 磬 蠖 军詈 模温( ) 图2 3 模具温度对塑料成型性能的影响 2 、压力 注射成型过程中的压力有塑化压力、注塑压力、保压力和型腔压力四种。 ( 1 ) 塑化压力 塑化压力又称为背压，是指螺杆式注射成型时，螺杆头部熔体在螺杆转动 后退时所受到的阻力。它表示塑料在塑化过程中所受到的压力，故称塑化压力。 背压不能太低，过低的话螺杆后退速速过快，从料斗进入料筒的料密度小，空 气量大而导致塑化效果下降。背压也不宜于太高，太高螺杆后退阻力增大，会 延长塑化时间，且容易产生流涎现象。 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 通常在保证质量的前提下，背压一般不大于2 i p a 。 ( 2 ) 注塑压力 注塑压力是指注塑时，螺杆前端对塑料熔体所施加的压力。其作用是克服 熔体充模过程的阻力，使熔体充满型腔；对熔体进行压实。 注射压力的大小取决于塑料品种、注塑机类型、模具结构、塑料制品的壁 厚和流程及其它工艺条件，尤其是浇注系统的尺寸和结构。注塑压力通常为7 0 1 5 0 m p a 。 注塑压力对塑料成型性能的影响如图2 4 所示。 斗 垦 、 黑嬖 。 敝夕夕缄9 砥i ! 妗j l j 1 4 1 31 2 1 、5 9 一管式加热器2 一分流道鱼雷体3 一热流道饭 4 一喷嘴鱼雷体6 一定模座板7 一定位圈 8 一浇口套 1 0 一主流道鱼雷体 jl 一浇口板 j 2 一二级喷嘴 13 一型芯1 4 一定模型腔板 图3 3内加热式多型腔热流道注塑模 9 l o l i 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 二、喷嘴 热流道喷嘴是热流道系统的终端，它包括加热器、热电偶和浇口。它将熔 体输送到模具的型腔或冷流道中。喷嘴是热流道系统中的复杂部件，种类繁多。 1 、原则和要求 ( 1 ) 对喷嘴加热和绝热的要求 a 、防止塑料熔体在喷嘴里的流动性变化。流道中的熔体温度不变，能控制 注射点喷嘴的浇口的熔体热力闭合和机械闭合；能防止主流道喷嘴两端的熔体 的冻结；没有喷嘴的过量加热，温度分布特性应该接近直线。 b 、由于提高型腔温度后会增加冷却时间，座椅为了避免模塑制品内的参与 应力造成翘曲变形，应考虑热喷嘴与冷模具之间的绝热设置。 ( 2 ) 对热流道喷嘴注射工作的基本要求 a 、熔体与模具中塑件的浇口位置分离，要清洁且稳定。浇口式喷嘴或型腔 的一部分，是热流道系统的重要临界位置，不能出现任浇口熔料的流涎与拉丝 现象。 b 、在喷嘴与流道板之间应保持无泄漏；喷嘴与模板之间也需密封无泄漏。 c 、清洗、拆卸和更换损坏的零件也要求操作简便。 d 、设计的适用范围要广，适用与多种塑料品种的成型，适用各种形状的塑 件成型。外形和高度适用于模板和流道板的安装。 2 、结构类型 热流道喷嘴主要有两类，一是主喷嘴( 如图3 4 ) ，与注塑机喷嘴直接连接； 二是热流道喷嘴( 或称二级喷嘴) ( 如图3 5 ) ，与热流道板上分流道相连接的 喷嘴。前者主要有井坑式喷嘴、延伸式喷嘴：后者种类繁多。 3 、选用 喷嘴选用内容包括喷嘴的类型，结构形式和技术规格。选用的依据是塑料 特性、制品重量、形状、大小，制品质量要求，模具制造实际条件，还需要与 热流道板配套使用。 第三章热流道技术 6 5 l 一注射机料简2 一延伸式喷嘴3 一加热明 4 一浇口衬套5 一定模饭6 一型芯 图3 4 延伸式喷嘴 j j 、( ，毛 i 幔飞坻， ， 卜，2 黝茁“扑膨 、3 k ，、 k ) di 、一。一， 岁，一产夕_ 】。， 冀仑南整箨媛蔓嗽x v 可。量郴譬- 一1 、p f ，f ：i ：；脚，j ，一一i - - 刊p 一一l 窝火心蔫专j 、 激娥蠹惑镱亵敌 、 鳓 、 、 、 衫够 7 、 、 、 ，t 、 天 、1溺鬻鳓 、 k ；|f i r 一 一 1 61 51 41 31 2l ii o 9 l 一定模座筮2 一热藏遁礞3 一喷嚷釜4 一压力弹簧s 一话塞6 一定位啊7 一浇口套8 一加热器9 一钟 形啊j o 一聪热外壳1 1 一加热嚣1 2 一喷嘴体 1 3 一喷嘴头1 4 一定摸板 1 5 一赣件饭1 6 一期芯 图3 5 针阀式喷嘴 辄 4 5 6 7 8 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 三、加热元件 加热元件是热流道系统的重要组成部分。其加热精度和使用寿命对于注塑 工艺的控制盒热流道系统的稳定工作影响很大。通常加热元件有：加热棒、加 热圈、新型集中供热时热管、厚膜加热器等。 四、温控元件 为防止塑料的分解，温度控制系统非常重要。在成型时，塑料的流动性与 温度关系密切。为了保证制品的精度，就要严格控制熔料的温度。为了精密控 制温度，就要尽可能正确地测出熔体的温度，严格控制，是熔体的实际温度无 太大波动。 测温元件一般使用热电偶、热电阻。测温元件和测温位置要合理，否则控 制的实际温度就会偏离实际值。测温位置最好设置在于流道受加热器同等影响 的位置。一般对热流道和喷嘴分别进行温度控制。在多点浇口的情况下，相应 于浇口的数量，可分多个区间进行温度控制。 3 5 小结 本章比较了热流道浇注系统与冷流道浇注系统的优缺点。分析了热流道技 术对塑料材料的要求，说明并不是所有的材料都可以用热流道技术，只有对流 动性对温度不敏感的，对压力敏感的材料；热稳定性好的材料；成型温度范围 广的材料才可以采用热流道技术。而本课题制品所采用的主体材料- p a 料正 是具有这些特点。所以在对本课题制品浇注系统优化设计中采用了热流道技术， 以提高制品成型质量。本章还介绍了热流道的系统组成和常见的系统结构形式、 各组成部分的常见结构。 第四章l e d 屏支架分析 第四章l e d 屏支架分析 4 1 制品结构特征 本制品为成型某型号手机的l e d 屏支架，制品材料为p a + 5 0 g f ，缩水率为 1 0 0 0 ；制品中间为一块大面积的铝合金嵌件，制品与嵌件相连接，分布在嵌件 的左右两端，制品结构复杂，特别是与嵌件连接的部位。制品模型如下4 一l 4 3 图。制品总长8 9 m m ，宽5 0 衄。最小厚度0 4 m m ，最大厚度4 唧。 尚嘶 叠曩蕊_ _ 豳鞠嘲 图4 1 制品正面图 4 2 制品工艺分析 一、材料 霸_ 鞠_ 嘲_ 曩嘲 图4 2 制品背面图 图4 3 制品成型部位图 j黪鬻藩罐鳓瀚溪懑穗瓣黼蘑囊蒸粼缀黼嘲誊攀一羹一蕾 霪臻鬻鬻一 、；一黪一熬瓣露 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 本制品所用的材料为p a + 5 0 g f 。 玻纤的添加可以改善材料的弯曲模量、拉伸强度、减少塑性变形、加强尺 寸稳定性。本制品中间部分是一块金属嵌件，在嵌件注塑成型中，金属嵌件的 收缩比较小，而塑料p a 是种收缩率较大，软而韧的材料，添加了玻纤后，材料 的收缩率减小，尺寸稳定性增加了。 1 、p a 与g f 的介绍 聚酰胺( p a ) ，又称尼龙。是白色或淡黄色结晶颗粒，熔点1 8 0 2 3 0 ， 密度在1 1 4 9 c m 3 左右。热分解温度大约3 0 0 。耐油，耐化学溶剂，对酸有一 定抗腐蚀能力。不易燃，能自熄。易吸水，会溶胀。无毒性，易染色，也易于 被污染。耐磨、高强度、韧性好，自润滑，可在一4 0 1 0 0 下长期使用，但耐 光性差。尼龙吸水性使使尼龙制品尺寸变化大。因此，在尼龙成型前要将其置 于8 5 9 5 的热空气中干燥，以防止水分在成型时，高温下水解使制品产生热 应力变形和鼓泡。成型收缩率为1 5 ，模具设计也应预留尺寸。p a 用玻纤( g f ) 增强改性后，其强度、硬度、耐疲劳性、尺寸稳定性、耐蠕变性等均有很大的 提高。其玻纤增强品种可以取代部分金属材料【2 4 】。 尼龙制品可按一般热塑性塑料通用方法成型。一般情况下还添加填料、稳 定剂、防老剂和抗紫外线剂。尼龙具有较低的熔体粘度，熔点与分解温度相差 很远，因此加工工艺条件容易控制。它的熔体流动性好，故充模性也好。 2 、工艺难点 本制品所用的p a 料中添加了5 0 的g f 。在使用中，g f 在p a 树脂基体中 的分散性和粘结强度对产品性能影响很大，随着g f 含量的提高，材料的力学强 度越好。在生产过程中，g f 对模具磨损极大，模具结构设计时要考虑到成型部 位的相互滑动配合件和浇注系统的材料选择和其结构设置，需要对成型表面进 行耐磨处理。在成型过程中，随着g f 含量的提高，p a 的粘度增加，成型性能 下降。本制品纵横比较大，相对流程比较长，对于流动性不好的p a + 5 0 g f 材 料，在填充过程中很容易出现欠胶、熔接痕、g f 露纤、g f 银纹等缺陷嘲。 制品成型部分与嵌件连接的部位，其部位嵌件结构复杂，嵌在制品中，使 制品的流动通道变得更加地狭窄，熔料的流动阻力增加。这些结构在熔料充满 型腔的过程中，对熔料的填充起到阻碍作用，极大地降低了熔体的充模能力。 第四章l e d 屏支架分析 玻纤的填充使充模难度增大，嵌件也使充模阻力增大，这正是制品出点填 充不满，也就是“短射”缺陷的主要原因。我们在进行模具结构设计和成型参 数设置时要考虑到这些影响因素。 二、结构 1 、嵌件 本产品带有大面积的嵌件，嵌件中间部分为一大平面特征，两端与嵌入材 料结合部分结构较为复杂。嵌件结构如下图4 4 。对于带嵌件成型的模具需要 考虑到以下几点因素，在模具设计和成型过程中加以重点考虑。 图4 4 制品图嵌件 ( 1 ) 嵌件定位 对于带嵌件成型的模具，要求在成型过程嵌件不能跑位，故而嵌件在模具 中的定位是个关键。由图2 7 可知，嵌件结构为中间一个大平面，两端结构复 杂的部分是需要嵌入到塑料中，故而嵌件在模具中的定位比较困难。为了解决 嵌件的定位问题，在嵌件平面部位设置了两个定位工艺孔，一大一小，沿嵌件 对角线开设。以确保定位精确，方便操作人员在加工过程中的嵌件安放到位， 防止嵌件在开合模过程中跑位造成模具损坏。工艺孔位置如图4 4 所示。 ( 2 ) 嵌件对成型的影响 由于模具中有大面积的嵌件，且嵌件嵌入到制品中的位置结构比较复杂， 在实际成型中，嵌件嵌到制品中的结构会阻碍熔融的料流的填充流动，导致熔 体的实际填充能力下降。故而在工艺参数设置方面要及时调整参数，保证制品 填充完全，制品与嵌件结合牢固。 ( 3 ) 嵌件与树脂的收缩率不同 3 l 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 由于嵌件为金属材料，塑料在成型过程中由熔体凝固成固体，存在较大是 收缩。故而在成型过程中，嵌件与塑料收缩率存在很大的差异，成型时要先对 嵌件进行预热，减小嵌件与塑料的收缩差。本嵌件在成型前以预热温度6 5 进 行预热。 b 、成型部位 由制品图可见，制品的左右两端为成型部位，两端之间为嵌件，两端塑料 不相连。通常情况下，对这样的制品，会采取开两副模具分别对左右两端进行 成型的方法来加工。但是设计加工两副模具增加了成本，且每副模具的成型中 都要考虑到材料的成型问题、嵌件的定位困难等问题，增加了劳动强度。 3 、解决措施 为了解决材料难于成型、模具中存在嵌件和制品成型部位比较复杂的问题， 本产品采用模流分析，分析冷流道和热流道的工艺方案。经过分析比较分析结 果，采用热流道技术能实现一模四腔、制品三点进胶两端同时注塑来成型，提 高成型能力，解决成型缺陷，得到合格的制品。 4 3l e d 屏支架的模流分析 本制品带有大面积的金属铝质嵌件，故采用忡i 模块中是“热塑性重叠注 射”模块进行分析。 4 3 1 分析前准备工作 1 、导入制品模型，设置网格模式为双层面，划分网格，诊断并分析网格。 m o l d f l o w 软件中m p i 的网格划分有：中性面，双层面和3 d 。对于模拟分析 来说，网格的划分至关重要。本文制品，采用的是双层面网格划分方式。网格 划分的太密虽然可以提高分析的精度，但势必造成计算机分析时间过长，对计 算机硬件的要求提高；而网格划分稀疏，又可能造成分析结果不正确。所以网 格划分质量对于分析精度及分析结果有关键性的影响。一个好的表面网格要求： ( 1 ) 所有相交、重叠、自由边和交叉边都为0 ； ( 2 ) 取向一致； ( 3 ) 纵横比最好小于6 ； 第四章l e d 屏支架分析 ( 4 ) 网格匹配率在8 5 以上，百分比越高，结果越精确，但分析的耗时 也越长f 2 6 】【2 7 】。 经网格划分修复后得到的制品网格模型如下图4 5 。 图4 5 制品网格模型 网格匹配情况如下图4 6 。自由边、交叉边和配向不正确单元都为0 ，即都 正确；纵横比最大为5 9 5 ，小于6 ，合格；网格匹配率8 7 5 ，满足流动分析 要求。 图4 6 制品网格匹配情况 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 4 7 2 、设置“成型工艺方式”为“热塑性重叠注塑”。 3 、导入金属嵌件模型，设置网格模式。对嵌件模型划分诊断并分析网格。 金属嵌件的网格模式同样为“双层面”，经网格划分修复后的模型如下图 图4 7 嵌件网格模型 网格匹配情况如下图4 8 。自由边、交叉边和配向不正确单元都为0 ，即都 正确，纵横比最大为5 9 6 4 ，网格匹配率9 2 7 ，满足要求。 图4 8 嵌件网格匹配情况 第四章l e d 屏支架分析 4 、将金属嵌件网格模型添加到塑料制品网格模型中。 添加后的模型如下图4 9 图4 9 制品+ 嵌件网格模型 4 3 2 浇口位置确定及型腔布局 浇口位置在浇注系统中是非常重要的一个因素。浇口是熔体流入型腔的通 道，也是流道与塑件的连接部分。它的合理与否直接决定了注塑制件的质量的 优劣。 经过浇口匹配性分析后得到图4 1 0 的分析结果。位置1 和2 分别是左右两 边的最佳浇口设置处，对于左边的成型区域，位置3 处由于成型效果最差，所 以在位置3 处也开设一个浇口。最终本制品，在位置1 、2 、3 处各开设一个浇 口。 图4 一l o 浇口匹配分析 浇 匹配惶 = 1 o o o 最好l 最差 虑到制品在模具中的摆放、生产率的要求、浇注系统和冷却系统的布局情 况，我们用一模四腔的形式进行型腔布局，示意图如下图4 一l l 。 辛 a 氧 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 4 3 3 工艺确定 1 、将嵌件模型的材料特性“用该种特性材料制作设置为“金属”，“厚度” 设置为“自动确定”，“起始温度”设置为“6 5 ”。 2 、选择分析顺序“填充+ 保压”。 3 、选择制品材料p a + 5 0 g f ； 4 、材料制造商r t pc o m p a n y ；牌号r t p0 2 0 9 。 塑料材料性能复杂，不同批次的材料，其性能各有差异，不同的性能可能 导致不同的成型效果。材料性能中熔体的粘度、温度、剪切速率之间的关系是 模拟注塑成型的非常重要的参照。 一10 0 0 0 也 斟 颦 1 d d o 1 0 0 0 10 0 010 0 0 1 0 0 d 01 0 0 0 n 1 0 0 0 e + 0 5 剪切逮事1 1 ，s l 图4 1 2 材料剪切速率和粘度关系图 卜t￥(一 ，3 第四章l e d 屏支架分析 ； 、 ， e 兰 静 譬 墨 基 2 d 0 07 0 0 012 0 01 7 0 02 2 0 02 7 0 03 2 0 0 量度嘲 图4 1 3 材料温度和体积比容关系图 4 、设置工艺参数与机台选择。 结合材料推荐的工艺参数，设置工艺参数。推荐的工艺参数如表4 1 所示。 表4 1 推荐注射成型工艺参数 嵌件预热 6 5 熔体温度 2 2 0 3 0 0 温度( )模具温度 6 5 1 1 0 最大熔体温度 3 3 0 最大顶出温度 2 0 5 注射压力 7 0 1 3 0 压力( m p a ) 保压 8 0 注射时间 1 2 时间( s )保压时间 2 1 0 冷却时间 1 5 5 0 最大剪切应力( m p a ) 0 5 最大剪切速率( 1 s ) 6 0 0 0 0 手机l e d 屏支架注塑工艺优化设计 表4 2 推荐注射机参数 机台型号 h t f 8 6 厂r j 机台注射压力 1 8 3 m p a 机台锁模力 8 7 7 吨( 8 6 0 k n ) 机台最大注射量 1 3 4 9 机台容模大小 3 5 0 木4 2 0 ( 1 5 0 3 6 0 ) 4 3 4 浇注系统和冷却系统的设置 根据分析进行浇注系统、冷却系统设置 一、设置浇注系统 1 、浇注系统介绍、设置旧8 浇注系统的设计应保证提供一个快速、均匀、平衡、单一方向流动的充填 模式，避免射流、滞流、凹陷等现象的发生。浇注体统主要由主流道、分流道、 浇口、冷料穴、排气槽等组成。 本例采用侧浇口进料的方式填充。设置的浇注系统如图4 一1 4 图4 1 4 浇注系统设置 二、设置冷却系统 1 、冷却系统介绍| 2 9 。 冷却系统是用来冷却塑料制件、浇注系统和模具的，其冷却效果的好坏直 接影响注塑成型的效率和塑料制件的质量。一般来讲，模具冷却时间占整个成 第四章l e d 屏支架分析 型周期的8 0 左右，因此必须进行模具的有效冷却。如果冷却不均匀会导致制 品表面光泽不均匀，出模以后会产生比较大的翘曲和收缩变形。所以，设计冷 却系统，要使冷却系统内流动介质能够充分的吸收塑料制件所产生并传到的热 量，使模具表面的温度能够保持在一定的范围之内。因此，设计