基于Moldflow的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析
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基于Moldflow的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析,基于,Moldflow,薄壁,液晶显示器,注塑,工艺,分析
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毕业设计材料目录表题 目基于Moldflow的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计英文题目Based on the thin LCD monitor Moldflow injection molding process analysis frame and mold design学 院机电工程学院专 业材料成型及控制工程班 级材控08-2学 号08024180245学生姓名左龙凯指导教师何照荣序号项 目数 量说 明1选题表1份2开题报告1份3进度表1份4装配图1式1份共 1 张(打印)5零件图1式4份共 4张(打印)6毕业设计说明书1份(打印)7设计材料光盘1张891011注：1.材料格式严格按照学校规定及机电工程学院统一要求。2.此表须贴在材料袋封面上。3.在材料袋的底部贴底贴（注明班级、姓名、学号及材料种类）。资料袋底贴姓名 左龙凯班级材控08-2 学号45 材料种类毕业设计广东石油化工学院本科毕业设计诚信承诺保证书本人郑重承诺：基于Moldflow的薄壁液晶显示器外框塑工艺分析及模具设计毕业设计的内容真实，在何照荣指导教师以及其它老师的指导下，独立完成毕业设计。在设计过程中所涉及到的资料以及一些论文知识点的引用，都一一的列出参考文献。如果存在弄虚作假、抄袭、剽窃的情况，本人愿承担全部责任。 学生签名： 年 月 日 学号： 08024180245 毕业设计说明书 基于Moldflow的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计Based on the thin LCD monitor Moldflow injection molding process analysis frame and mold design学院 机电工程学院 专业 材料成型及控制工程 班级 材控08-2班 学生 左龙凯 指导教师（职称） 何照荣（实验师） 完成时间 2012 年 3 月 22 日至 2012 年 6 月10日毕业设计开题报告题目 基于Moldflow的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计英文题目Based on the thin LCD monitor Moldflow injection molding process analysis frame and mold design院 （系）机电工程学院专业材料成型及控制工程年级2008级学号08024180245姓名左龙凯指导教师何照荣实验师 2012 年 03 月23日毕业设计开题报告题目基于Moldflow的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计 时间 2012年 03月 19日至 2012年 06月 10日本课题的目的意义（含国内外的研究现状分析）毕业设计是整个本科教学环节的重要组成部分，是对学生四年所学进行全面考核、综合训练的必不可少的教学内容，通过基于Moldflow的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计达到如下目的：可以使学生综合运用、巩固和扩大所学基础知识和专业知识；掌握塑料成型工艺和模具设计原则、步骤和方法以及在模具设计过程中应用Moldflow软件对塑件进行模流模拟预分析，以提早发现所设计的模具结构存在的问题并进行修改，提高模具设计质量和效率；学会查阅有关技术文献、手册和资料、培养分析问题和解决问题的能力，以便今后熟练的开展工作。设计(论文)的基本条件及设计(论文)依据设计的基本条件：1、 根据现有的制品结构及设计/分析选择AutoCAD 2008、Pro/ENGINEER4.0、Moldflow软件，对模具进行模流分心及结构设计2、 根据优化设计方法对模具结构进行优化设计，并制定合理的模具加工工艺参数设计的依据：1、 依据模具设计基本流程及模具设计经验参数；2、 根据优化设计理论，对模具结构进行优化调整。本课题的主要内容、重点解决的问题主要内容：1.设计任务、设计思想、设计特点。2、塑料制品的模流分析及工艺分析。3.拟定设计方案(1)型腔数及排列方式；(2)注射机的具体型号与参数；(3)注射机有关工艺参数的校核；(4)分型面位置的确定；(5)浇注系统的设计。4. 成型零件的设计：(1) 成型零件的结构设计;(2) 成型零件的工作尺寸计算。5、结构零件的设计：（1）模架的选择；（2）支承零部件的设计；（3）支撑板、动、定模座板；（4）合模导向机构设计。6、推行机构的设计：（1）推出机构的设计要求；（2）推出力的计算。7、温控调节系统：（1）模具温度与塑料成型温度；（2）冷却回路的确定。8、注塑模具的装配要求。9、绘制:总图和零部件图。本课题欲达到的目的或预期研究的结果通过这次的设计,希望能使我更好的掌握本专业的专业知识和技术，将理论知识与实际生产相结合，以及培养我分析问题和解决问题的能力，为提高模具设计质量和效率而奋斗。计 划 进 度时 间工 作 内 容备 注四月一号至六月十二号7、8周：阅读与注射模相关的资料，如：中文期刊，学位论文等。了解本领域目前国内现状，并完成5000字的读书心得（文献综述）。9周：填写毕业设计开题报告，与导师进行设计思想交流。10周：检索、阅读与设计题目相关的外文资料，并书面翻译30005000汉字的外文资料(附外文原文及出处)。准备本设计所用的工具书。11周：1.绪论；2.塑料制品的工艺分析；3.拟定设计方案：(1)型腔数及排列方式；(2)注射机的具体型号与参数；(3)注射机有关工艺参数的校核；(4)分型面位置的确定；(5)浇注系统的设计。4. 成型零件的设计：(1) 成型零件的结构设计;(2) 成型零件的工作尺寸计算。12周： 5、结构零件的设计：（1）模架的选择；（2）支承零部件的设计；（3）支撑板、动、定模座板；（4）合模导向机构设计。6、推行机构的设计：（1）推出机构的设计要求；（2）推出力的计算。7、温控调节系统：（1）模具温度与塑料成型温度；（2）冷却回路的确定。8、注塑模具的装配要求。13周：9、绘制:总图和零部件图。14周：修改与完善。15周：答辩。指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日专业教研室意见 教研室主任签名： 年 月 日文献综述学院（系） 机电工程学院 专 业 材料成型及控制工程 班 级 材控08-2班 姓 名 左龙凯 学 号 08024180245 文献综述1. Pro/E软件的作用Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。现从二维设计向三维设计转化，优化设计流程。以往的设计工作是以二维CAD软件为工具的，设计流程为：零件构思二维工程图绘制设计修改。其中二维工程图绘制占用大部分设计时间，设计修改具有滞后性。零件构思阶段对部件整体结构的考虑有很大的局限性，不可能考虑好每个细节，经常需要在装配图上找各种关系；二维的装配图本身就给关系校核带来不便，因设计修改带来的二维工程图修改更是极为普遍，往往使设计师因修改二维工程图工作量过大使设计师不能或不愿完善设计。而以Pro/E软件为工具的设计流程为：零件构思三维造型及设计修改二维出图。三维设计直观方便，各种结构关系在装配中可方便的观察到或测量到；Pro/E的二维出图是三维向二维的转化，用时很少，可节约大量时间用于改进设计；三维模型修改后，二维图自动修改，不必再考虑原本繁琐的改图工作；把设计修改提前于二维出图，使设计流程更加合理，设计工作真正从结构开始。将实现结构关系的主动控制，简化设计思路。以往的设计工作是以二维CAD软件为工具的，实现设计的结构关系控制有两种方式，一种是构思零件或子组件时考虑相互关系，设计相应结构，这种方法使得设计师必须反复校核关系，对复杂结构更是令设计师绞尽脑汁，考虑不周之处在所难免；另一种是先设计组件，即先画装配图，再拆出各零件，这样做在一定程度上减少了校核工作，若存在设计修改，工作量与前一方式没有多大区别。采用Pro/E软件设计，软件本身提供大量工具，变被动的校核为主动的自动约束，可方便实现结构的自动相关修改。Pro/E软件提供了很多工具以增强设计的相关性：在组件中对零件进行结构细化处理，增强零部件间的联系，提高设计效率；采取创建RELATIONS（关系）的方法，约束各相关尺寸，实现相关尺寸的自动修改；采取PARAMETERS（参数）控制的方法，在特征创建、装配等各处，利用已定义的参数控制尺寸间的相互关系。将实现设计的系列化，提高设计的继承性。设计工作中，系列零件、相似零件、相似结构、各种标准件在设计工作中有着广泛的应用，解决系列问题是设计工作的重要组成部分，Pro/E软件的参数化功能可对任何尺寸进行相关约束，可在任何尺寸间建立关系。Pro/E软件有强大的族表功能，可对尺寸、特征、装配的元件、内部参数等建立系列族表，提高设计工作的延续性和继承性。推广有限元分析模块，将实现对零件和中小部件的强度控制。Pro/E软件的有限元分析功能不同于ANSYS等专用CAE软件，对于大部件的应力分析，功能不及专用软件，但Pro/E软件的应力分析模块是面对设计师的，不需专业的分析人员，因采用P单元划分网格，网格划分对运算结果影响相对较小，又具有和CAD交互处理的优点，将成为设计师用首要分析软件。将实现自顶向下的设计。设计工作并非从零件开始，零件子组件组件部类的顺序是装配顺序，设计工作的顺序刚好相反，从设计规划开始，沿目标产品大部类规划组件子组件零件的顺序展开的，利用Pro/E软件的TOP-DOWN模块和布局模块，实现分级对设计工作的控制。2.Moldflow的概况软件一直主导塑胶成型CAE软体市场。近几年，在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。利用CAE技术可以在模具加工前，在电脑上对整个注塑成型过程进行类比分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以後再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。从以上可以看出，如何降低成本和提高质量，从而提升企业竞争力度，将成为各个企业面临的头等大事，而Moldflow软件的强大功能，恰恰在降低成本和提高质量方面，为企业提高竞争给予了强大的后盾。我国塑料模具工业的发展现状3.塑料模具的发展水平与市场趋势整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。 加入WTO，给塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时带来更多的机会。由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的1/51/3，加入WTO后，国外同类产品对国内冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入WTO前本来就主要依靠进口，加入WTO后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。 近年来，中国塑料模具制造水平已有较大提高。大型塑料模具已能生产单套重量达到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2m，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展，高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括：提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平；在模具设计制造中广泛应用cad/cae/cam技术；大力发展快速制造成形和快速制造模具技术； 在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；发展优质模具材料和先进的表面处理技术；逐步推广高速铣削在模具加工的应用；进一步研究开发模具的抛光技术和设备；研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；开发新的成形工艺和模具。模具是工业生产中的基础工艺设备，是一种高附加值的技术密集型产品，也是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要指标。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。目前我国模具工业的发展步伐日益加快，“十一五期间”产品发展重点主要表现在：1.汽车覆盖件模2.精密冲模3.大型及精密塑料模4.主要模具标准件5.其它高技术含量的模具目前我国模具年生产总重量虽然已位居世界第三，其中，冲压模占模具总重量的40%以上，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。以大型覆盖件冲模为代表，我国已经生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产进程中前进了一大步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，以国外相比还存在一定的差距。标志模具技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模相比，存在一定差距。参考文献：1李海梅、申长雨注塑成型工艺与模具设计M北京：化工工业出版社材料科学与工程出版中心，20022黄锐塑料工程手册M北京：机械工业出版社，20003屈华昌塑料成型工艺与模具设计M北京：高等教育出版社，20014伍先明塑料模具设计指导M北京：国防工业出版社，20075周永泰中国模具产业的现状剖析和未来展望M北京：中国模具工业协会6李大鑫、张秀梅模具技术现状与发展趋势综述M天津：天津大学国家大学科技园（天津）专业负责人批准日期 毕 业 设 计 任 务 书院（系）： 机电工程学院 专业 材料成型及控制工程 班 级： 材控08-2班 学生： 左龙凯 学号： 08024180245 毕业论文课题 基于Moldflow的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计二、毕业论文工作自 2012 年 3 月 22 日起至 2012 年 6 月 10 日止三、毕业设计进行地点 广东石油化工学院 四、毕业设计的内容要求 (一) 设计之原始数据： 制品精度等级：四级 制品材料：ABS 流道： 普通流道 生产批量：大批量生产 其余见附图 (二) 设计计算及说明部分内容： 1、绪论 设计任务、设计思想、设计特点； 2、塑料制品的Moldflow注塑流动分析 3、塑料制品的注塑工艺分析 4、拟定设计方案： 选择注射机型号；确定分型面及考虑排气措施；模具总体结构、凹凸模结构的确定，同时考虑模具制造工艺的可行性；成型零件的尺寸设计；设计浇注系统，确定浇口形式和位置，决定主流道、分流道和冷料井的形式及尺寸；脱模机构设计；导向机构设计或确定所选用的标准模架；冷却系统设计；直顶与斜顶的机构设计 5、校核的内容： 模具与注射机有关参数的校核；对浇注系统流道和塑料件的流程比校核；模具型腔壁厚和垫板厚度的强度与刚度校核； (三) 设计图纸 设计图纸折合2张零号图。 (四)附属专题 1、专题外文翻译 检索与阅读与设计题目相关的外文资料，并书面翻译20003000字的外文资料(附原文)。 2、撰写文献综述 检索与阅读与设计题目相关的文献资料，完成30005000字的文献综述。(五)部分参考书目 1、Moldflow中文版注塑流动分析王卫兵编 清华大学出版社 2、塑料成型工艺及模具设计 叶久新 王群编 机械工业出版社 3、塑料模具设计指导 伍先明编 国防工业出版社 4、 Pro/ENGENEER 2.0模具设计 林清安编 清华大学出版社 指导教师 接受论文任务开始执行日期 年 月 日学生签名 毕业设计（论文）进度表 机电工程 学院 (系) 材料成型及控制工程 专业 材控08 - 2 班月日周次任务阶段名称及详细项目检查日期检 查 结 果34 53.223.255阅读相关书籍和文献，并开始着手撰写开题报告3.264.16初步确定完成该课题应采用的手段方法，完成开题报告4.024.87阅读与注射模相关的资料，如：中文期刊，学位论文等。了解本领域目前国内现状，并完成5000字的读书心得（文献综述）4.94.158测量产品尺寸利用proe创建产品模型4.164.229与导师进行设计思想交流4.234.2910检索、阅读与设计题目相关的外文资料，并书面翻译30005000汉字的外文资料(附外文原文及出处)。准备本设计所用的工具书。4.305.6111.绪论；2.塑料制品的工艺分析；3.拟定设计方案：(1)型腔数及排列方式；(2)注射机的具体型号与参数；(3)注射机有关工艺参数的校核；(4)分型面位置的确定；(5)浇注系统的设计。4. 成型零件的设计：(1) 成型零件的结构设计;(2) 成型零件的工作尺寸计算。优化模具结构设计，以及相关数据的计算及参数校核5.075.1312结构零件的设计：（1）模架的选择；（2）支承零部件的设计；（3）支撑板、动、定模座板；（4）合模导向机构设计。6、推行机构的设计：（1）推出机构的设计要求；（2）推出力的计算。7、温控调节系统：（1）模具温度与塑料成型温度；（2）5.145.2013绘制:总图和零部件图5.215.2714修改完善65.286.0315准备答辩指导教师(签名) 学生(签名) 年 月 日 年 月 日 广东石油化工学院毕业设计（论文）选题表题目名称基于Moldflow的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计指导教师何照荣题目类型设计项目意义 设计对象为液晶显示器外框，随着网络的普及，人们对上网用电脑的要求越来越高，液晶显示器已成为现代不可缺少的消费品，同时人们对其质量等方面也提出了更高的要求，外观要造型漂亮，且尽可能减少体积，超薄并经久耐用，在长时间使用中不会产生疲劳感，从产品的成型角度考虑，成型性能应该良好。由于大批量生产，要求生产周期短。通过Moldflow分析软件，可以对整个注塑过程进行模拟仿真，改进模具浇注系统的设计，优化注塑工艺参数，从而提高试模一次成功率和塑件产品质量。主要内容及要求主要内容及要求：1、 分析液晶显示器前外框的基本结构，应用pro/E进行建模和模具设计，并绘制CAD装配图和零件图；2、 利用Moldflow进行模流分析；3、 结合模具设计经验参数，采用优化设计方法，优化调整模具结构。需要人数（人）学生名单（由学生签名）:院(系)意见:签 章： 年 月 日广东石油化工学院本科毕业设计：玩具椅注塑模具设计 摘摘 要要分析了液晶显示器外壳前框的结构和成型特点,通过 Moldflow 分析软件对其注塑模浇注系统进行了优化设计。设计了组合式凸模成型前框的内形、18 根推杆上设计了 18个斜销和成型内凸的 18 个三角形卡钩。斜销兼有成型内凸卡钩和推出塑件的双重功用。工艺性较好,提高了模具的一次试模成功率。经生产验证,模具运行可靠,产品质量稳定。 关键词关键词: : 模流分析;液晶显示器;浇注系统IAbstract The structural and forming featuresof the front shellof a LCD are analyzed.Injectionsystem design isoptimized by Moldflow. The configuration of combined die is designed for the inner shape of the front shell was molded by a combined punch, 18anglepinson18pushpoles, and 18 triangular hooks to form the inner convex. Theanglepinsnotonly form theinnerconvexhooks, but also push out the plastic parts. The mold design possesses high success rate of primary test mold and good turability. Furthermore, the product quality is stable. Keywords:moldflowanalysis; LCDmonitor; injection systemII目 录摘摘 要要 I IABSTRACTABSTRACT IIII第一章第一章 绪绪 论论 1 11.1 引言11.2 液晶显示器注塑模具设计的意义11.3 液晶显示器注塑模具设计的主要意义和特点2第二章第二章 液晶显示器外框模流分析报告液晶显示器外框模流分析报告 3 32.1 产品基本信息 42.2 模型壁厚分析 42.3 模型的网格划分 52.4 最佳浇口分析 62.5 浇口方案的拟定 72.6 冷却水道的布置。 72.7 分析结果 82.8 总结 9第三章第三章 塑件成型工艺性分析塑件成型工艺性分析 10103.1 塑件的分析103.1.1 外形尺寸103.1.2 精度等级103.1.3 脱模斜度103.2 塑件的选材113.3 ABS 的特点与性能 113.3.1 特点113.4 ABS 的注射成型工艺过程及工艺参数 123.4.1 注射成型过程123.4.2 注射工艺参数12第四章第四章 模具结构形式的拟定模具结构形式的拟定 13134.1 分型面位置的确定134.2 型腔数量的确定13第五章第五章 注射机型号的确定注射机型号的确定 14145.1 注射机选用原则145.2 注射机的初选145.2.1 计算塑件的体积145.2.2 选择注射机 145.3 型腔数量及注射机的相关参数的校核155.3.1 注射量的校核155.3.2 注射压力的校核155.3.3 锁模力的校核15III第六章第六章 成型零件的结构设计及尺寸计算成型零件的结构设计及尺寸计算 17176.1 成型零件的结构设计176.1.1 凹模的结构设计 176.1.2 凸模的结构设计（型芯） 176.2 成型零件尺寸计算186.3 注塑模具成型零件材料选用特点 196.4 型腔零件刚度和强度校核 20第七章第七章 模架的选取模架的选取 21217.1 模架结构以及各板尺寸217.2 模架各尺寸的校核21第八章第八章 浇注系统的设计浇注系统的设计 22228.1 概述 228.2 浇注系统的设计原则 228.3 浇注系统的组成 228.4 浇注系统各部件设计 228.4.1 主流道的设计228.5 分流道的设计238.5.1 分流道的布置形式 238.5.2 分流道的当量直径 248.5.3 分流道的表面粗糙度和脱模斜度 248.6 浇口的设计248.7 浇口剪切速率的校核 248.8 冷料穴及拉料杆的设计258.8.1 主流道冷料穴 258.8.2 分流道冷料穴 25第九章第九章 推出机构的设计推出机构的设计 26269.1 顶针的设计269.2 斜顶的设计269.3 推出机构的复位26第十章第十章 排气系统的设计排气系统的设计 2828第十一章第十一章 冷却系统的设计冷却系统的设计 292911.1 冷却系统的设计原则 2911.2 加热系统2911.3 冷却系统29第十二章第十二章 模具图模具图 313112.1 绘制模具装配图3112.2 零件图的绘制31总总 结结 3232参考文献参考文献 3333IV致致 谢谢 3434附件一附件一 外文外文翻翻译译 3535广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计第一章第一章 绪绪 论论1.1 引言塑料工业近20年来发展十分迅速，早在十多年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛地应用。相应地, 塑料模具在整个模具行业占有很重要的地位。根据国内外模具市场的发展状况，有关专家预测，未来我国的模具业经行业调整后，塑料模具的比例将不断增大。近年来, 塑料模具的设计与制造技术得到很快发展，特别是计算机技术的飞速发展及其在塑料模设计与制造中的应用，彻底改变了传统的模具设计与制造方式，使塑料模技术得到了飞跃性的发展。 塑料模具是用于成型具有一定形状尺寸的塑料制品的成型工具。模具是塑件生产的重要工艺装备之一，不同的塑料成型方法使用着不同的成型工艺和原理及模具结构。对塑件质量的优劣及生产效率的高低，除其他因素外，模具因素也是一个重要的因素。在现代塑件生产中，合理的模塑工艺、高效的模塑设备、先进的塑料模具和制造技术是必不可少的，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，塑件的使用要求和造型设计等，具有重要作用。作为产品生命周期的重要一环，模具质量的好坏直接影响产品质量。塑料模具设计与制造是一项综合性的工作，塑件成型生产，涉及成型物料，成型设备，成型工艺，成型模具及模具制造等各个方面，而这些便构成了塑件成型生产的系统。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，生产的塑料制品数量之大是其他成型方法望尘莫及的。由于注塑成型加工实现了生产自动化、高速化，因此具有极高的经济效益。注塑模具作为注塑成型的主要工具之一，其质量、精度、制造周期，将直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新时间，同时，也代表企业在市场竞争中的反应能力和速度。1.2 液晶显示器注塑模具设计的意义液晶显示器应用越来越广泛，针对这一产品的要求表面光滑，注塑成型时，需要优化零件结构，使其既满足用户使用要求，同时也降低生产成本。在 Pro/E 环境下，对显示器外框进行三维曲面建模，达到模具设计分模的要求，并使其加工制造工艺简单化。这不仅有利于提高学生的 3D 建模能力，而且增强学生理论设计与实际生产需求相结合的意识。 第一章 绪论1要求学生绘制模具相关的标准装配图及零件图，加强学生的 CAD 综合绘图能力，广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计2掌握生产中标准作图方法和相关要求。要求使用 CAE 软件对模具成型过程进行模拟分析，优化模具设计结构，确定合适的成型参数。不仅提高学生的软件分析能力，而且增强学生优化设计的意识。通过模具设计，熟练应用设计资料（如标准、手册、图册、规范等） 、掌握模具设设计的一般方法和步骤，使学生对所学的模具设计专业知识有了更加清楚地了解，并能够利用所学的专业知识解决实际问题，为今后的实际工作打下良好的基础。该课题源于生产应用，要求学生面向生产生活，从实际出发，从而培养学生的工程应用素质和解决问题的能力。1.3 液晶显示器注塑模具设计的主要意义和特点设计对象为液晶显示器外框，随着网络的普及，人们对上网用电脑的要求越来越高，液晶显示器已成为现代不可缺少的消费品，同时人们对其质量等方面也提出了更高的要求，外观要造型漂亮，且尽可能减少体积，超薄并经久耐用，在长时间使用中不会产生疲劳感，从产品的成型角度考虑，成型性能应该良好。由于大批量生产，要求生产周期短。通过 Moldflow 分析软件，可以对整个注塑过程进行模拟仿真，改进模具浇注系统的设计，优化注塑工艺参数，从而提高试模一次成功率和塑件产品质量。第二章 液晶显示器外框模流分析报告3第二章第二章 液晶显示器外框模流分析报告液晶显示器外框模流分析报告 Moldflow 公司是一家专业从事塑料成型计算机辅助工程分析（CAE）的软件和咨询公司，是塑料分析软件的创造者，自 1976 年发行世界上第一套流动分析软件以来，一直主导着塑料 CAE 软件市场。Moldflow 软件可以模拟整个注塑过程及这一过程对注塑成型产品的影响。其软件工具中融合了一整套设计原理，可能评价和优化组合整个过程，可以在模具制造之前对塑料产品的设计、生产和质量进行优化。公司将二十几年来关于塑料产品设计、模具设计以及注塑工艺的经验经过系统的总结，形成了 Mold flow 设计原理。该系统提供了有关聚合物、注塑模、注塑成型过程、材料特性和产品设计原理的基本训练。Moldfow 软件的 MPI 全称为 Moldflow Plastic Insight，是用于注塑模流分析的强大的 CAE 软件，是目前公认的模流分析最佳软件。Moldflow Plastic Insight 包括 MF/Flow流动分析、MF/Cool 冷却分析、MF/Warp 翘曲分析等模块。对于常规的塑料制品，其分析流程如图 1-1 所示。图 1-1 分析流程广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计42.1 产品基本信息表表 2-1 产品信息和材料介绍 分析对象如下：由 Pro/E 三维软件绘制的 HKC 液晶显示器前外壳模型（图 2-1） ，型号：S988A。在 Pro/E 的环境中转为 STP 格式文件，才导入 Moldflow 中进行分析。 图 2-1 显示器 3D 模型2.2 模型壁厚分析基本壁厚 T=2.0mm第二章 液晶显示器外框模流分析报告5图 2-2 壁厚分析被分析模型的网格划分和修改是 MPI 分析前处理中最为重要，同时也是最为繁琐和复杂，并且网格划分的是否合理，将直接影响到产品最终的分析结果。做壁厚诊断有帮助于我们初步选定网格划分的网格长度或是修改，系统一般会给出一个推荐的网格大小，但有时候并不能达到我我们想要的结果，所以需要通过自己设定网格长度划分网格，网格的边长一般是产品基本壁厚的 1.52 倍。2.3 模型的网格划分网格类型 fusion网格数量 27426基本料厚 T=2.0mm图 2-3 网格划分广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计6在网格修改之前，首先需要对网格状态进行统计，再根据统计的结果对现有的网格缺陷进行修改，网格划分一般需要控制单元纵横比最大值在 1020 之间，匹配率应大于 85%，做翘曲分析时，应大于 90%，这样才能更好的确保分析结果的精确，由网格统计可知，本产品网格划分以满足要求。2.4 最佳浇口分析图 2-4 浇口分析按照分析结果满足填充于变形最理想是布置 8 个浇口，但是考虑到这样做熔接线会太多，所以布置四个浇口，如上图 2-4 所示。第二章 液晶显示器外框模流分析报告72.5 浇口方案的拟定图 2-5 浇口拟定流道采用正交的形式分布，为保证产品表面光滑，故选择浇口选择潜伏式侧浇口。2.6 冷却水道的布置。广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计8图 2-6 冷却水道排布2.7 分析结果图 2-7-1 冷却温度、填充时间分析产品填充样式，显示了胶料填充产品的动态过程。红色代表最后充填的位置，蓝色代表最早充填的区域。从以上方案的填充平衡来看，方案可行性比较强。第二章 液晶显示器外框模流分析报告9图2-7-2熔接痕分析图2-7-3注塑压力分析图2-7-4锁模力分析2.8 总结通过模流分析，可以初步的对产品的成型工艺设定，随后主要分析产品的进胶点，冷却系统的布置以及成型的周期时间。最后分析影响产品的因素等，从而在模具设计时提供参考，再根据实际情况进行模具的优化设计，提高产品一次成型的成功率。广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计10第三章第三章 塑件成型工艺性分析塑件成型工艺性分析3.1 塑件的分析3.1.1 外形尺寸该塑件为玩液晶显示器前外框，结构较复杂，壁厚为 2mm，制品较薄，外观尺寸较大，因此浇口形状及位置对产品的体积收缩影响很大，故浇注系统的合理安排非常重要，配合要求高，整体结构无尖角，外观质量要求较高，表面要求光滑，可适合注射成型，其外形结构如图 3-1 和 3-2 所示。3.1.2 精度等级 塑件尺寸未给出，根据实际观察测量，按精度等级 MT4 进行计算。3.1.3 脱模斜度在塑件建模过程中，根据其外形特征，不同部位确定不同脱模斜度，以满足成型加工要求。图 3-1 平面图图 3-2 3D 模型第二章 液晶显示器外框模流分析报告113.2 塑件的选材随着网络时代的发展，电脑越来越普及，液晶显示器也成为现代不可缺少的消费品，针对本产品，及要求质量好，又要求一定强度和耐磨性，内外表面圆滑，重要的是绝缘性要好。根据实际使用要求以及经济实惠因素，选择 ABS HF 380 为原材料。3.3 ABS 的特点与性能3.3.1 特点 1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.2、与 372 有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理.3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。4、流动性比 HIPS 差一点，比 PMMA、PC 等好，柔韧性好。5、用途：适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件.6、同 PVC（聚氯乙烯）一样在屈折处会出现白化现象。3.3.2 性能ABS 外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS 相对密度为 1.05 左右，吸水率低。ABS 同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS 的氧指数为 1820，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的肉桂味。力学性能ABS 有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS 的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS 的耐蠕变性比 PSF 及 PC 大，但比 PA 及 POM 小。ABS 的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS 的力学性能受温度的影响较大。热学性能ABS 的热变形温度为 93118，制品经退火处理后还可提高 10左右。ABS 在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。电学性能ABS 的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。环境性能ABS 不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS 的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计123.4 ABS 的注射成型工艺过程及工艺参数3.4.1 注射成型过程成型前的准备 ABS 材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件 为 8090C 下最少干燥 2 小时。材料温度应保证小于 0.1%。注射过程 塑科在常温下是玻璃态，若加热则变为高弹态，进而变为粘流态，从而具有优良的可塑性，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。3.4.2 注射工艺参数 表 3-1-ABS 塑料的注射工艺注射机类型螺杆式螺杆转数/(rmin-1)3060密度/gcm31.05收缩率（%）0.5形式直通式前段150170喷嘴温度/170180中段165180模具温度/6080料筒温度/后段180200注射压力/Mpa7090注射时间/s35保压压力/ Mpa5070保压时间/s1530降温固化时间/s1530成型周期/s4070第四章 模具结构形式的拟定13广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计14第四章第四章 模具结构形式的拟定模具结构形式的拟定4.1 分型面位置的确定1.分型面的形式：(a).按分型面的位置来分，分型面有垂直于开模运动方向，平行于开模方向和倾斜于开模方向。(b).按分型面的形状来分，有平面分型面、曲面分型面、阶梯分型面。2.分型面的选择原则：(a).分型面选择应便于塑件脱模和简化模具结构，选择分型面应尽可能使塑件开模时留在动模具；(b).分型面应尽可能选择在不影响外观的部位，并使其产生的溢料边易于消除或修整；(c).分型面的选择应保证塑件尺寸精度；(d).分型面选择应有利于排气；(e).分型面选择应便于模具零件的加工；(f).分型面选择应考虑注射机的技术规格。本实例选择平面分型面。4.2 型腔数量的确定 本产品属于薄壁塑件，且外观尺寸较大，结构复杂，有多个倒扣，为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，定型腔数一模一腔。第五章 注射机型号的确定15第五章第五章 注射机型号的确定注射机型号的确定5.1 注射机选用原则注射机是安装在注射机上使用的设备，因此设计注射模应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是根据塑件的的大小及型腔的模具和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户自己提供型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。5.2 注射机的初选5.2.1 计算塑件的体积通过 Pro/E 的建模分析，塑件体积 V70.763 cm3，流道凝料的体积还是个未知数，但根据经验可按塑件体积的 0.21 倍来估算，本例按塑件体积 0.3 倍来计算。所以注射量为： V(总)1.3*V=1.3*70.763cm3=91.91cm35.2.2 选择注射机 一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体的容量或质量必需在注射机额定注射量的 80以内,由上一步计算，初步选取 XS-ZY-125 螺杆式注射机。 表 5-1-XS-ZY-125 螺杆式注射机规格螺杆直径/mm42理论注射容量/ cm3125注射压力/MPa 150锁模压力/kN900移模行程/mm300最小模具厚度/mm200球面半径/mmR12喷嘴孔直径/mm4定位圈尺寸/mm100广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计165.3 型腔数量及注射机的相关参数的校核5.3.1 注射量的校核 V(总)91.91cm3 125cm3 *80%=100cm3 所以，注射量合格。 5.3.2 注射压力的校核 查表可知，ABS 所需注射压力为 80110MPa，取=100MPa 该注射机的公称0p0p注射压力=150MPa,注射压力安全系数=1.251.4，这里取=1.3，则：1p1k1k 1011.3 100130kpp所以注射压力合格。式中，：PP 成型所需压力（MPa） ；0p：注射机的公称注射压力（MPa） ；1p5.3.3 锁模力的校核塑件在分型面上的投影面积，由三维软件测量得 12464.67。1A2mm浇注系统在分型面上的投影面积，可以按照多型腔模的统计分析来确定。是2A2A每个塑件在分型面上的投影面积的 0.20.5 倍。这里取。1A210.2AA塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积：A=A1+A2=1.2*2464.67=14956.14 2mm2mm式中，：塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积（） ；A2mm：每个塑件在分型面上的投影面积（） ；1A2mm：浇注系统在分型面上的投影面积（） ；2A2mm ：模具型腔内的胀型力（MPa） ；1F14956.14*35N=532.46 kN 1FA p式中，型腔的平均计算压力值（MPa） ，查表 4-2 取35 Mpa，查表 4-1 可得该pp注射机的公称锁模力=900kN，锁模力安全系数为=1.11.2，这里取=1.2。2F2k2kF1=1.2*532.46=628.152kN900kN 2k所以，注射机锁模力合格。对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。第五章 注射机型号的确定17表 5-2 常用塑料注射时型腔的平均压力塑件特点举 例型腔平均压力（MPa）容易成型塑件PE、PP、PS 等薄厚均匀的日用品、容器类25一般塑件在模温较高下，成型壁薄容器类30中等粘度塑料及有精度要求的塑件ABS、POM 等有精度要求的零件，如壳体等35高粘度塑料及高精度、难充型塑料高精度的机械零件，如齿轮、凸轮等40广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计18第六章第六章 成型零件的结构设计及尺寸计算成型零件的结构设计及尺寸计算制品尺寸能否达到图纸尺寸要求，与型腔、型芯的工作尺寸的计算有很大关系。成型零件工作尺寸的计算内容包括：型腔和型芯的径向尺寸（含矩形的长和宽） 、高度尺寸及中心距尺寸等。成型零件工作尺寸的计算方法很多，现仅介绍以塑料平均收缩率为基准的计算方法。计算模具成型零件最基本公式为：McpAAAS式中，塑料的平均收缩率；模具成型零件在室温（20C）时的尺cpSMA寸；A塑料制品在室温时的尺寸。本设计中成型零件包括型腔和型芯。6.1 成型零件的结构设计6.1.1 凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，为便于加工，采用整体式凹（图 6-1） 。 图 6-1 整体式凹模6.1.2 凸模的结构设计（型芯） 凸模有整体式和组合式两种。整体式凸模型芯与模板做成一体。组合式凸模将成第六章 成型零件的结构设计及尺寸计算19型内部结构的凸出分型面的部分单独镶拼。镶件固定孔可以是通孔，也可以是盲孔。盲孔的强度和刚度较好，但如果镶件和凸模的配合孔需要线切割加工时，必须是通孔。为方便模具加工，模具排气、维修及节约材料，凸模常采用组合式，设计时将其放在动模部分。本设计采用组合式（图 6-2） 。 图 6-2 动模仁6.2 成型零件尺寸计算采用平均收缩法，计算公式如下1：凹模（型腔）径向尺寸 （5-1zMcpsLSLx 1）凹模（型腔）深度尺寸 （5-1zMcpsHSHx2）凸模（型芯）径向尺寸 （5-1zMcpslSlx 3）凸模（型芯）深度尺寸 （5-1McpszhSHx 4）塑件的平均收缩率 （5-maxmin2cpSSS5） 广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计20式中， ：系数，查表可知一般在 0.50.8 之间，取 0.6； ：相应尺寸制造公xxz差（mm） ； ：制件公差（mm） ；下标 s、m：分别代表塑件和模具。根据材料 ABS 的特收缩率,由制件成型工艺分析，收缩率（Scp）取 0.5%。根据制件精度等级为 4 级查表1，可取塑件公差 的 1/31/6，为使公差规范化，通过z查标准公差数值6，确定各尺寸，并计算模具尺寸公差如表 5-1 所示：z表 6-1 成型零件各尺寸计算结果 单位（mm）尺寸部位塑件尺寸计算公式模具尺寸规范公差sL标准zML 凹模径向尺寸442.5438.50.420.480.100.101zMcpsLSLx 442.80+0.10438.95+0.10sHMH凹模深度尺寸10120.680.920.160.221zMcpsHSHx10.34+0.1612.90+0.22slMl型芯径向尺寸411.1440.120.071zMcpslSlx 411.65-0.12438.71-0.07sHMh型芯深度尺寸 100.420.101McpszhSHx 10.53-0.106.3 注塑模具成型零件材料选用特点机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工后能得到高精度零件的钢种。为此，以中碳钢和中碳合金钢最常用，这对大型模具尤其重要。对需电火花加工的零件，还要求该钢种的烧伤硬化层较薄。第六章 成型零件的结构设计及尺寸计算21耐磨性和抗疲劳性能好。注塑模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热交变的温度应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差，易形成表面裂纹，不宜采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模的次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到批量生产的使用寿命期限。抛光性能优良。注塑模成型零件工作表面，多需要抛光到镜面，Ra0.05m，需要钢材硬度 3540HRC 为宜，过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，较少杂质，无针点。具有耐腐蚀性能。对有些塑料品种，如聚氯乙烯和阻燃型塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。对于成型零件材料的选用，要求机械加工性良好，耐磨和抗疲劳性能要好。抛光性能优良，要具有耐腐蚀性能等要求。由于本设计塑件是大批量生产，模具采用整板式，精度是 4 级精度，对塑件的精度要求并不是很高。尺寸要求并不是很大，模具型腔采用优质碳素结构钢 45 调质处理，型芯用碳素工具钢 T10 淬火处理。6.4 型腔零件刚度和强度校核 由于塑件成型部分采用模仁，再从模板上开框把模仁镶入，再用螺丝吃紧或是模仁锁紧块吃紧。成型部分离模仁有满足条件的规定距离（2025mm） ，而模仁离模板四周也有满足条件的规定距离，并且在本设计中运用了撑头支持，所以成型时型腔零件完全满足强度和刚度的要求，在这里就不一一校核。广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计22第七章第七章 模架的选取模架的选取根据产品的尺寸以及计算，初选大水口系统标准模架 CI-5565-A80-B100-C120 模架。7.1 模架结构以及各板尺寸模架结构和尺寸如图 7-1 所示。图 7-1 模架7.2 模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。模具平面尺寸 350530260360（单边拉杆间距） ，校核合格。模具高度尺寸 317mm，200317350，校核合格。模具开模行程模具的开模行程 S=H1+H2+（510）mm=15+30+（510）mm=5055mm300mm（开模行程） ，校核合格 （开模行程） ，校核合格。第八章 浇注系统的设计23第八章第八章 浇注系统的设计浇注系统的设计8.1 概述注射模的浇注系统的作用是将塑料熔体填充满型腔并使注射压力传递到各个部分，以获得组织致密、外形清晰、美观的制品。因此，浇注系统的好坏对塑件性能、外观以及成型难易程度等都影响很大。所以浇注系统的设计是塑料模具设计重要内容之一。8.2 浇注系统的设计原则1 能顺利地引导熔融塑料充满型腔，不产生涡流，又有利于型腔内气体的排出。2 在保证成型和排气良好的前提下，选取短流程，少弯，以减少压力损失，缩短填充时间。3.尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯移位或变形。4 浇口料容易清除，整修方便，无损制品的外观和使用。5 浇注系统流程较长或需开设两个以上浇口时，由于浇注系统的不均匀收缩导致制品曲变形，应设法予以防止。6 在一模多腔时，应使各腔同步连续充浇，以保证各个制品的一致性。7 合理设置冷料井、溢料糟，使冷料不得直接进入型腔及减少毛边得负作用。8 在保证制品质量良好得条件下，浇注系统的断面和长度应尽量取小值，以减小对塑料的占用量，从而减小回收料。8.3 浇注系统的组成浇注系统通常分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两大类。普通流道浇注系统属于冷流道浇注系统，应用广泛。无流道浇注系统属于热流道浇注系统，应用日益广泛。它由主流道、分流道、冷料穴、浇口组成。8.4 浇注系统各部件设计8.4.1 主流道的设计主流道是熔融塑料进入模具型腔时最先经过的部分，它的大小影响塑料的流动速度和填充时间。主流道小，冷却面积相对增加，热量损耗大，使熔体粘度变大，压力广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计24损失相应增大，造成成型困难。反之，主流道太大，回收料增多，定型时间长，降低劳动生产率。主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，具有一顶的锥度，以便熔体的流动和开模时主流到凝料的顺利拔除。（1）主流道尺寸和浇口的设计主流道的小端直径 D =注射机喷嘴直径+（0.51） =4+（0.51） ，取 D=4.5mm 。主流道的球面半径 SR =注射机喷嘴球头半径+（12） =12+（12） ，取 SR=13mm 。球面的配合高度 取 h=3mm 。主流道的长度 取 L=3+70=73mm。（2）浇口套的设计主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求比较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套（图 8-1） ，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如 T8A、T10A 等，热处理硬度为 50HRC55HRC. 图 8-1 浇口套第八章 浇注系统的设计258.5 分流道的设计8.5.1 分流道的布置形式 考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还考虑减小分流道的容积，保证压力平衡，因此采用平衡式分流道（图 8-2） ，根据塑件和模具的结构。图 8-2 分流道的分布8.5.2 分流道的当量直径 根据经验分流道直径按上一级流道的（80%90%）来计算，所以一级分流=6.47.2，取=6.5，其上 D 为主流道大端直径 8mm。 10.8 0.9DD1D8.5.3 分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取 Ra1.22.5um 即可，此处取 Ra1.6um。8.6 浇口的设计根据外部特征，外观表面质量比较高，要求没有明显的浇口痕迹，在分析模流分析工程中，可以得出用牛角式浇口进胶，压力过大，需要很大的锁模力，所以在此对浇口优化设计，改为扇形浇口（图 8-3） ，同时脱模也比较容易，小段宽度为 3.88mm，大端宽度为 4.04mm,厚度为 2mm。广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计26图 8-3 浇口8.7 浇口剪切速率的校核点浇口的体积流量为：3127.2717.271/1Vqcmst由点浇口的经验公式得，剪切速率为： 423344 7.2717.4 10 /3.14 0.05qsR为 104s-1105s-1,剪切速率校核合格。8.8 冷料穴及拉料杆的设计8.8.1 主流道冷料穴如图 8-4 所示，才用圆形冷料井。大端直径为 8.5mm,高度 12.5mm。第八章 浇注系统的设计27图 8-4 主流道冷料井8.8.2 分流道冷料穴 在与进胶口中弯曲延伸 10mm 作分流道冷料穴。如图 8-5 所示：图 8-5 分流道冷料井广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计28第九章第九章 推出机构的设计推出机构的设计塑件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，推出机构的设计是不可忽视的。在设计时，根据塑件和模具的结构，本设计采用推杆、顶针、直顶、斜顶一起推出制品和浇注系统里的凝料，推杆直径与模板上的推杆孔采用 H8/f8 间隙配合，材料为 T8A 碳素工具钢，采用标准推杆推出。9.1 顶针的设计 本设计顶针主要是推出浇注系统的成型料，顶在主流道冷料井上的顶针 如图 9-1 所示：图 9-1 顶针9.2 斜顶的设计 斜顶是由于产品的内扣而设计的一个独立斜滑块，本身也有顶出制品的功能，设计如图 9-2 所示：图 9-2 斜顶第九章 推出机构的设计299.3 推出机构的复位脱模机构完成塑件推出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置。在标准模架上已默认有复位机构，直接调用就可以了，有时为了设计需要，可以自己添加更精确的复位定位块，如图 9-3，所设计的定位块：图 9-3 定位块广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计30第十章第十章 排气系统的设计排气系统的设计排气的方式有很多种，较多用的有以下几种：1、利用分型面排气，这是最简单的方法，其排气效果与分型面的接触精度有关；2、利用型芯一模板的配合间隙排气；3、利用推杆与孔的配合间隙排气；4、利用侧型芯运动间隙排气；5、开设排气孔。该套模具有多处倒扣，模板分型面上设置1mm深的排气槽用于排气，设置多个推杆推出，已满足排气需求。第十一章 冷却系统的设计31第十一章第十一章 冷却系统的设计冷却系统的设计各种塑料由于性能和成型工艺的不同，对模具温度的要求也不同：对于要求模温较低的塑料(80C 以下)仅需要设置冷却系统即可；对于要求模温(80120C)较高的塑料，还要设置加热装置。11.1 冷却系统的设计原则（1）动、定模要分别冷却，保持冷却平衡。（2）孔径与位置，一般塑件的壁厚越厚，水管孔径越大。（3）冷却水孔的数量越多，模具内温度梯度越小，塑件冷却越均匀。（4）冷却通道可以穿过模板与镶件的交界面，但是不能穿过镶件与镶件的交界面，以免漏水。（5）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等。当塑件壁厚不均匀时，壁厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔，距离要小。（6）浇口处加强冷却。（7）应降低进水与出水的温差。（8）标记出冷却通道的水流方向。（9）合理确定冷却水管接头的位置。（10）冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象，设计时要通盘考虑。11.2 加热系统 由于该套模具的模温要求在 80以下，所以无需设置加热装置。C11.3 冷却系统根据实用模具设计与制造手册433 页，式 6-31)(431TTKaWW广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计32其中 W 根据注射模典型结构 100 例P201 附表 3 中查得185gs，W595.4g，W，)635(64. 01003 . 185VV595.4cm，取直径 d20mm，L1.8m，式中：W14 .595241dV22014. 3414 .595W通过模具的冷却水重量，单位时间内进入模具的塑料重量，a每可塑料的热1W容量，K热传导系数，出水温度，如水温度，冷却液容重，V冷却水3T4T道体积，L冷却水道长度，d冷却水道直径。第十二章 模具图33第十二章第十二章 模具图模具图12.1 绘制模具装配图绘制总装图采用 1：1 的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。模具总装图应包括以下内容：（1）模具成型部分结构 （2）浇注系统结构形式。 （3）分型面及脱模机构。 （4）外形结构及所有连接件，定位、导向件的结构及位置。 （5）标注模具总体尺寸。 （6）按顺序将全部零件序号编出，并且填写明细表。 （7）标注技术要求和使用说明。12.2 零件图的绘制 由模具总装图拆画零件图的顺序应为：先内后外，先复杂后简单，先成型零件，后结构零件。1）图形要求：视图选择合理，投影正确，布置得当。 2）标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。3）标注技术要求，填写标题栏。广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计34总总 结结本次毕业设计是我们大学四年所学知识做的一次总测验，是锻炼也是检验自己四年来所学并掌握运用知识的能力，是我们高等院校学生的最后的学习环节，通过这次设计，我学到了许多原来未能学到的东西，对过去没有掌握的知识得到了更进一步巩固。独立思考，综合运用所掌握理论知识的能力得到很大的提高，学会了从生产实际出发，针对实际课题解决实际问题，掌握了综合使用各种设计手册、图册、资料的方法，提高了电脑绘图水平，也是为我们即将参加工作所做的必要准备，打下基础，更是我们四年机械设计制造及其自动化专业知识的一次综合。本次设计也暴露了我们不少的缺点和问题：对于所学知识还没有做到仔细、认真消化，许多方面还是只有一个大概的认识，没有深入探讨，对实际事物没有深刻得了解，没有做到理论联系实际，没有达到对所学的知识熟练运用的水平。这也从一个侧面反映出我们设计经验不足，思维不够开拓，不够灵活。从而是我得出一个结论：无论是现在还是以后走上工作岗位，还是再深造，都应该虚心向老师和前辈们学习，从而不断完善自我，提高自我水平。参考文献35参考文献参考文献1林清安. Pro/ENGENEER 2.0 模具设计M. 北京：清华大学出版社，2004.2林清安. Pro/ENGENEER 2.0 零件设计基础篇M. 北京：清华大学出版社，2004.3 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计M.北京: 机械工业出版社，1995.4 伍先明. 塑料模具设计指导M. 北京：国防工业出版社，2006.5 唐志玉. 模具设计师指南M. 北京：国防工业出版社，1999.6 塑料模设计手册编写组. 塑料模设计手册M. 北京：机械工业出版社，1994.7 廖念钊. 互换性与技术测量M. 北京：中国计量出版社，1991.8 模具制造手册编写组. 模具制造手册M. 北京：机械工业出版社,1996.9马金骏. 塑料模具设计M. 北京：中国科学技术出版社，1994.10夏巨谌,李志刚.中国模具设计大典M. 北京：机械工业出版社，2002.11张荣清. 模具制造工艺M. 北京：高等教育出版社，2006.广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计36致致 谢谢回想四年的学习生活，在这里我获得了知识，学会了学习，也懂得了如何利用学到的知识去为社会做贡献,而这些都是我辛勤的老师教予我的。在此，对所有在学习上、生活上给过我帮助的老师表示衷心的感谢，感谢您们孜孜不倦的教导，感谢您们教会了我如何学习、如何做人、如何做事！本次设计即将完成，我的心情却无法平静，从开始进入课题到论文的到完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！在这里首先要感谢我的指导老师。指导老师平日里工作繁多，但在我整个设计过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是老师仍然细心地纠正图纸中的错误。从他的身上，我学习到的不仅仅是专业知识，更重要的是他渊博的学术知识、严谨的治学态度、认真负责的工作态度和待人以诚的宽广胸怀，使我受益匪浅，必将对我以后的学习和工作产生巨大的影响，在此向他致以诚挚的谢意！其次要感谢同学们给我帮助和支持,在设计中遇到的困难,他们会热心的给我排忧解难;遇到不能解决的问题,大家一起讨论.然后还要感谢我的母校对我的大力栽培,感谢大学四年来所有的老师，为我们打下模具设计专业知识的基础；正是因为有了这些专业知识此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢我的父母，他们辛勤地工作才让我有机会坐在这里享受教育,他们的支持鼓励着我从容面对人生。附件一 外文翻译37附件一附件一 外文翻译外文翻译Integrated simulation of the injection molding process with stereolithography moldsAbstract Functional parts are needed for design verification testing, field trials, customer evaluation, and production planning. By eliminating multiple steps, the creation of the injec-tion mold directly by a rapid prototyping (RP) process holds the best promise of reducing the time and cost needed to mold low-volume quantities of parts. The potential of this integration of injection molding with RP has been demonstrated many times. What is missing is the fundamental understanding of how the modifications to the mold material and RP manufacturing process impact both the mold design and the injection molding process. In addition, numerical simulation techniques have now become helpful tools of mold designers and process engineers for traditional injection molding. But all current simulation packages for conventional injection molding are no longer applicable to this new type of injection molds, mainly because the property of the mold material changes greatly. In this paper, an integrated approach to accomplish a numerical simulation of injection molding into rapid-prototyped molds is established and a corresponding simulation system is developed. Comparisons with experimental results are employed for verification, which show that the present scheme is well suited to handle RP fabricated stereolithography (SL) molds. KeywordsKeywords Injection molding Numerical simulation Rapid prototyping 1 IntroductionIn injection molding, the polymer melt at high temperature is injected into the mold under high pressure 1. Thus, the mold material needs to have thermal and mechanical properties capable of withstanding the temperatures and pressures of the molding cycle. The focus of many studies has been to create the injection mold directly by a rapid prototyping (RP) process. By eliminating multiple steps, this method of tooling holds the best promise of reducing the time and cost needed to create low-volume quantities of parts in a production material. The potential of integrating injection molding with RP technologies has been demonstrated many times. The properties of RP molds are very different from those of traditional metal molds. The key differences are the properties of thermal conductivity and elastic modulus (rigidity). For example, the polymers used in RP-fabricated stereolithography (SL) molds have a thermal conductivity that is less than one thousandth that of an aluminum tool. In using RP technologies to create molds, the 广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计38entire mold design and injection-molding process parameters need to be modified and optimized from traditional methodologies due to the completely different tool material. However, there is still not a fundamental understanding of how the modifications to the mold tooling method and material impact both the mold design and the injection molding process parameters. One cannot obtain reasonable results by simply changing a few material properties in current models. Also, using traditional approaches when making actual parts may be generating sub-optimal results. So there is a dire need to study the interaction between the rapid tooling (RT) process and material and injection molding, so as to establish the mold design criteria and techniques for an RT-oriented injection molding process. In addition, computer simulation is an effective approach for predicting the quality of molded parts. Commercially available simulation packages of the traditional injection molding process have now become routine tools of the mold designer and process engineer 2. Unfortunately, current simulation programs for conventional injection molding are no longer applicable to RP molds, because of the dramatically dissimilar tool material. For instance, in using the existing simulation software with aluminum and SL molds and comparing with experimental results, though the simulation values of part distortion are reasonable for the aluminum mold, results are unacceptable, with the error exceeding 50%. The distortion during injection molding is due to shrinkage and warpage of the plastic part, as well as the mold. For ordinarily molds, the main factor is the shrinkage and warpage of the plastic part, which is modeled accurately in current simulations. But for RP molds, the distortion of the mold has potentially more influence, which have been neglected in current models. For instance, 3 used a simple three-step simulation process to consider the mold distortion, which had too much deviation. In this paper, based on the above analysis, a new simulation system for RP molds is developed. The proposed system focuses on predicting part distortion, which is dominating defect in RP-molded parts. The developed simulation can be applied as an evaluation tool for RP mold design and process optimization. Our simulation system is verified by an experimental example.Although many materials are available for use in RP technologies, we concentrate on using stereolithography (SL), the original RP technology, to create polymer molds. The SL process uses photopolymer and laser energy to build a part layer by layer. Using SL takes advantage of both the commercial dominance of SL in the RP industry and the subsequent expertise base that has been developed for creating accurate, high-quality parts. Until recently, SL was primarily used to create physical models for visual inspection and form-fit studies with very limited functional applications. However, the newer generation stereolithographic 附件一 外文翻译39photopolymers have improved dimensional, mechanical and thermal properties making it possible to use them for actual functional molds. 2 Integrated simulation of the molding process 2.1 Methodology In order to simulate the use of an SL mold in the injection molding process, an iterative method is proposed. Different software modules have been developed and used to accomplish this task. The main assumption is that temperature and load boundary conditions cause significant distortions in the SL mold. The simulation steps are as follows: 1 The part geometry is modeled as a solid model, which is translated to a file readable by the flow analysis package. 2 Simulate the mold-filling process of the melt into a photopolymer mold, which will output the resulting temperature and pressure profiles. 3 Structural analysis is then performed on the photopolymer mold model using the thermal and load boundary conditions obtained from the previous step, which calculates the distortion that the mold undergo during the injection process. 4 If the distortion of the mold converges, move to the next step. Otherwise, the distorted mold cavity is then modeled (changes in the dimensions of the cavity after distortion), and returns to the second step to simulate the melt injection into the distorted mold. 5 The shrinkage and warpage simulation of the injection molded part is then applied, which calculates the final distortions of the molded part. In above simulation flow, there are three basic simulation modules. 2. 2 Filling simulation of the melt 2.2.1 Mathematical modeling In order to simulate the use of an SL mold in the injection molding process, an iterative method is proposed. Different software modules have been developed and used to accomplish this task. The main assumption is that temperature and load boundary conditions cause significant distortions in the SL mold. The simulation steps are as follows:1. The part geometry is modeled as a solid model, which is translated to a file readable by the flow analysis package.2. Simulate the mold-filling process of the melt into a photopolymer mold, which will output the resulting temperature and pressure profiles.3. Structural analysis is then performed on the photopolymer mold model using the 广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计40thermal and load boundary conditions obtained from the previous step, which calculates the distortion that the mold undergo during the injection process.4. If the distortion of the mold converges, move to the next step. Otherwise, the distorted mold cavity is then modeled (changes in the dimensions of the cavity after distortion), and returns to the second step to simulate the melt injection into the distorted mold.5. The shrinkage and warpage simulation of the injection molded part is then applied, which calculates the final distortions of the molded part.In above simulation flow, there are three basic simulation modules.2.2 Filling simulation of the melt2.2.1 Mathematical modelingComputer simulation techniques have had success in predicting filling behavior in extremely complicated geometries. However, most of the current numerical implementation is based on a hybrid finite-element/finite-difference solution with the middleplane model. The application process of simulation packages based on this model is illustrated in Fig. 2-1. However, unlike the surface/solid model in mold-design CAD systems, the so-called middle-plane (as shown in Fig. 2-1b) is an imaginary arbitrary planar geometry at the middle of the cavity in the gap-wise direction, which should bring about great inconvenience in applications. For example, surface models are commonly used in current RP systems (generally STL file format), so secondary modeling is unavoidable when using simulation packages because the models in the RP and simulation systems are different. Considering these defects, the surface model of the cavity is introduced as datum planes in the simulation, instead of the middle-plane.According to the previous investigations 46, fillinggoverning equations for the flow and temperature field can be written as:where x, y are the planar coordinates in the middle-plane, and z is the gap-wise coordinate; u, v,w are the velocity components in the x, y, z directions; u, v are the average whole-gap thicknesses; and , ,CP (T), K(T) represent viscosity, density, specific heat and thermal conductivity of polymer melt, respectively.附件一 外文翻译41Fig.2-1 ad. Schematic procedure of the simulation with middle-plane model. a The 3-D surface model b The middle-plane model c The meshed middle-plane model d The display of the simulation resultIn addition, boundary conditions in the gap-wise direction can be defined as:where TW is the constant wall temperature (shown in Fig. 2a).Combining Eqs. 14 with Eqs. 56, it follows that the distributions of the u, v, T, P at z coordinates should be symmetrical, with the mirror axis being z = 0, and consequently the u, v averaged in half-gap thickness is equal to that averaged in wholegap thickness. Based on this characteristic, we can divide the whole cavity into two equal parts in the gap-wise direction, as described by Part I and Part II in Fig. 2b. At the same time, triangular finite elements are generated in the surface(s) of the cavity (at z = 0 in Fig. 2b), instead of the middle-plane (at z = 0 in Fig. 2a). Accordingly, finite-difference increments in the gapwise direction are employed only in the inside of the surface(s) (wall to middle/center-line), which, in Fig. 2b, means from z = 0 to z = b. This is single-sided instead of two-sided with respect to the middle-plane (i.e. from the middle-line to two walls). In addition, the coordinate system is changed from Fig. 2a to Fig. 2b to alter the finite-element/finite-difference scheme, as shown in Fig. 2b. With the above adjustment, governing equations are still Eqs. 14. However, the original boundary conditions in the gapwise direction are rewritten as:Meanwhile, additional boundary conditions must be employed at z = b in order to keep the flows at the juncture of the two parts at the same section coordinate 7:where subscripts I, II represent the parameters of Part I and Part II, respectively, and Cm-I and Cm-II indicate the moving free melt-fronts of the surfaces of the divided two parts in the filling stage.It should be noted that, unlike conditions Eqs. 7 and 8, ensuring conditions Eqs. 9 and 10 广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计42are upheld in numerical implementations becomes more difficult due to the following reasons:1. The surfaces at the same section have been meshed respectively, which leads to a distinctive pattern of finite elements at the same section. Thus, an interpolation operation should be employed for u, v, T, P during the comparison between the two parts at the juncture.2. Because the two parts have respective flow fields with respect to the nodes at point A and point C (as shown in Fig. 2b) at the same section, it is possible to have either both filled or one filled (and one empty). These two cases should be handled separately, averaging the operation for the former, whereas assigning operation for the latter.3. It follows that a small difference between the melt-fronts is permissible. That allowance can be implemented by time allowance control or preferable location allowance control of the melt-front nodes.4. The boundaries of the flow field expand by each melt-front advancement, so it is necessary to check the condition Eq. 10 after each change in the melt-front.5. In view of above-mentioned analysis, the physical parameters at the nodes of the same section should be compared and adjusted, so the information describing finite elements of the same section should be prepared before simulation, that is, the matching operation among the elements should be preformed.Fig. 2a,b. Illustrative of boundary conditions in the gap-wise direction a of the middle-plane model b of the surface model2.2.2 Numerical implementationPressure field. In modeling viscosity , which is a function of shear rate, temperature and pressure of melt, the shear-thinning behavior can be well represented by a cross-type model such as:where n corresponds to the power-law index, and characterizes the shear stress level of the transition region between the Newtonian and power-law asymptotic limits. In terms of an附件一 外文翻译43Arrhenius-type temperature sensitivity and exponential pressure dependence, 0(T, P) can be represented with reasonable accuracy as follows:Equations 11 and 12 constitute a five-constant (n, , B, Tb, ) representation for viscosity. The shear rate for viscosity calculation is obtained by:Based on the above, we can infer the following filling pressure equation from the governing Eqs. 14:where S is calculated by S = b0/(bz)2 d. Applying the method, the pressure finite-element equation is deduced as:where l_ traverses all elements, including node N, and where I and j represent the local node number in element l_ corresponding to the node number N and N_ in the whole, respectively. The D(l_) ij is calculated as follows:where A(l_) represents triangular finite elements, and L(l_) i is the pressure trial function in finite elements.Temperature field. To determine the temperature profile across the gap, each triangular finite element at the surface is further divided into NZ layers for the finite-difference grid.The left item of the energy equation (Eq. 4) can be expressed as:where TN, j,t represents the temperature of the j layer of node N at time t. The heat conduction item is calculated by:where l traverses all elements, including node N, and i and j represent the local node number in element l corresponding to the node number N and N_ in the whole, respectively.The heat convection item is calculated by:广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计44For viscous heat, it follows that:Substituting Eqs. 1720 into the energy equation (Eq. 4), the temperature equation becomes:2.3 Structural analysis of the moldThe purpose of structural analysis is to predict the deformation occurring in the photopolymer mold due to the thermal and mechanical loads of the filling process. This model is based on a three-dimensional thermoelastic boundary element method (BEM). The BEM is ideally suited for this application because only the deformation of the mold surfaces is of interest. Moreover, the BEM has an advantage over other techniques in that computing effort is not wasted on calculating deformation within the mold.The stresses resulting from the process loads are well within the elastic range of the mold material. Therefore, the mold deformation model is based on a thermoelastic formulation. The thermal and mechanical properties of the mold are assumed to be isotropic and temperature independent.Although the process is cyclic, time-averaged values of temperature and heat flux are used for calculating the mold deformation. Typically, transient temperature variations within a mold have been restricted to regions local to the cavity surface and the nozzle tip 8. The transients decay sharply with distance from the cavity surface and generally little variation is observed beyond distances as small as 2.5 mm. This suggests that the contribution from the transients to the deformation at the mold block interface is small, and therefore it is reasonable to neglect the transient effects. The steady state temperature field satisfies Laplaces equation 2T = 0 and the time-averaged boundary conditions. The boundary conditions on the mold surfaces are described in detail by Tang et al. 9. As for the mechanical boundary conditions, the cavity surface is subjected to the melt pressure, the 附件一 外文翻译45surfaces of the mold connected to the worktable are fixed in space, and other external surfaces are assumed to be stress free.The derivation of the thermoelastic boundary integral formulation is well known 10. It is given by:where uk, pk and T are the displacement, traction and temperature, , represent the thermal expansion coefficient and Poissons ratio of the material, and r = |yx|. Clk (x) is the surface coefficient which depends on the local geometry at x, the orientation of the coordinate frame and Poissons ratio for the domain 11. The fundamental displacement ulk at a point y in the xk direction, in a three-dimensional infinite isotropic elastic domain, results from a unit load concentrated at a point x acting in the xl direction and is of the form:where lk is the Kronecker delta function and is the shear modulus of the mold material.The fundamental traction plk , measured at the point y on a surface with unit normal n, is:Discretizing the surface of the mold into a total of N elements transforms Eq. 22 to:where n refers to the nth surface element on the domain.Substituting the appropriate linear shape functions into Eq. 25, the linear boundary element formulation for the mold deformation model is obtained. The equation is applied at each node on the discretized mold surface, thus giving a system of 3N linear equations, where N is the total number of nodes. Each node has eight associated quantities: three components of displacement, three components of traction, a temperature and a heat flux. The steady state 广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计46thermal model supplies temperature and flux values as known quantities for each node, and of the remaining six quantities, three must be specified. Moreover, the displacement values specified at a certain number of nodes must eliminate the possibility of a rigid-body motion or rigid-body rotation to ensure a non-singular system of equations. The resulting system of equations is assembled into a integrated matrix, which is solved with an iterative solver.2.4 Shrinkage and warpage simulation of the molded partInternal stresses in injection-molded components are the principal cause of shrinkage and warpage. These residual stresses are mainly frozen-in thermal stresses due to inhomogeneous cooling, when surface layers stiffen sooner than the core region, as in free quenching. Based on the assumption of the linear thermo-elastic and linear thermo-viscoelastic compressible behavior of the polymeric materials, shrinkage and warpage are obtained implicitly using displacement formulations, and the governing equations can be solved numerically using a finite element method.With the basic assumptions of injection molding 12, the components of stress and strain are given by:The deviatoric components of stress and strain, respectively, are given byUsing a similar approach developed by Lee and Rogers 13 for predicting the residual stresses in the tempering of glass, an integral form of the viscoelastic constitutive relationships is used, and the in-plane stresses can be related to the strains by the following equation:Where G1 is the relaxation shear modulus of the material. The dilatational stresses can be related to the strain as follows:Where K is the relaxation bulk modulus of the material, and the definition of and is:If (t) = 0, applying Eq. 27 to Eq. 29 results in:附件一 外文翻译47Similarly, applying Eq. 31 to Eq. 28 and eliminating strain xx(z, t) results in:Employing a Laplace transform to Eq. 32, the auxiliary modulus R() is given by:Using the above constitutive equation (Eq. 33) and simplified forms of the stresses and strains in the mold, the formulation of the residual stress of the injection molded part during the cooling stage is obtain by:Equation 34 can be solved through the application of trapezoidal quadrature. Due to the rapid initial change in the material time, a quasi-numerical procedure is employed for evaluating the integral item. The auxiliary modulus is evaluated numerically by the trapezoidal rule.For warpage analysis, nodal displacements and curvatures for shell elements are expressed as:where k is the element stiffness matrix, Be is the derivative operator matrix, d is the displacements, and re is the element load vector which can be evaluated by:The use of a full three-dimensional FEM analysis can achieve accurate warpage results, however, it is cumbersome when the shape of the part is very complicated. In this paper, a twodimensional FEM method, based on shell theory, was used because most injection-molded parts have a sheet-like geometry in which the thickness is much smaller than the other dimensions of the part. Therefore, the part can be regarded as an assembly of flat elements to predict warpage. Each three-node shell element is a combination of a constant strain triangular element (CST) and a discrete Kirchhoff triangular element (DKT), as shown in Fig. 广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计483. Thus, the warpage can be separated into plane-stretching deformation of the CST and plate-bending deformation of the DKT, and correspondingly, the element stiffness matrix to describe warpage can also be divided into the stretching-stiffness matrix and bending-stiffness matrix.Fig. 3ac. Deformation decomposition of shell element in the local coordinate system. a In-plane stretching element b Plate-bending element c Shell element3 Experimental validationTo assess the usefulness of the proposed model and developed program, verification is important. The distortions obtained from the simulation model are compared to the ones from SL injection molding experiments whose data is presented in the literature 8. A common injection molded part with the dimensions of 36366 mm is considered in the experiment, as shown in Fig. 4. The thickness dimensions of the thin walls and rib are both 1.5 mm; and polypropylene was used as the injection material. The injection machine was a production level ARGURY Hydronica 320-210-750 with the following process parameters: a melt temperature of 250 C; an ambient temperature of 30 C; an injection pressure of 13.79 MPa; an injection time of 3 s; and a cooling time of 48 s. The SL material used, Dupont SOMOSTM 6110 resin, has the ability to resist temperatures of up to 300 C temperatures. As mentioned above, thermal conductivity of the mold is a major factor that differentiates between an SL and a traditional mold. Poor heat transfer in the mold would produce a non-附件一 外文翻译49uniform temperature distribution, thus causing warpage that distorts the completed parts. For an SL mold, a longer cycle time would be expected. The method of using a thin shell SL mold backed with a higher thermal conductivity metal (aluminum) was selected to increase thermal conductivity of the SL mold.Fig. 4. Experimental cavity modelFig. 5. A comparison of the distortion variation in the X direction for different thermal conductivity; where “Experimental”, “present”, “three-step”, and “conventional” mean the results of the experimental, the presented simulation, the three-step simulation process and the conventional injection molding simulation, respectively.Fig. 6. Comparison of the distortion variation in the Y direction for different thermal conductivities广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计50Fig. 7. Comparison of the distortion variation in the Z direction for different thermal conductivitiesFig. 8. Comparison of the twist variation for different thermal conductivitiesFor this part, distortion includes the displacements in three directions and the twist (the difference in angle between two initially parallel edges). The validation results are shown in Fig. 5 to Fig. 8. These figures also include the distortion values predicted by conventional injection molding simulation and the three-step model reported in 3.4 ConclusionsIn this paper, an integrated model to accomplish the numerical simulation of injection molding into rapid-prototyped molds is established and a corresponding simulation system is developed. For verification, an experiment is also carried out with an RPfabricated SL mold.It is seen that a conventional simulation using current injection molding software breaks down for a photopolymer mold. It is assumed that this is due to the distortion in the mold caused by the temperature and load conditions of injection. The three-step approach also has much deviation. The developed model gives results closer to experimental.Improvement in thermal conductivity of the photopolymer significantly increases part quality. Since the effect of temperature seems to be more dominant than that of pressure (load), an improvement in the thermal conductivity of the photopolymer can improve the part quality significantly.Rapid Prototyping (RP) is a technology makes it possible to manufacture prototypes quickly and inexpensively, regardless of their complexity. Rapid Tooling (RT) is the next step in RPs steady progress and much work is being done to obtain more accurate tools to define 附件一 外文翻译51the parameters of the process. Existing simulation tools can not provide the researcher with a useful means of studying relative changes. An integrated model, such as the one presented in this paper, is necessary to obtain accurate predictions of the actual quality of final parts. In the future, we expect to see this work expanded to develop simulations program for injection into RP molds manufactured by other RT processes.References1. Wang KK (1980) System approach to injection molding process. Polym-Plast Technol Eng 14(1):7593.2. Shelesh-Nezhad K, Siores E (1997) Intelligent system for plastic injection molding process design. J Mater Process Technol 63(13):458462.3. Aluru R, Keefe M, Advani S (2001) Simulation of injection molding into rapid-prototyped molds. Rapid Prototyping J 7(1):4251.4. Shen SF (1984) Simulation of polymeric flows in the injection molding process. Int J Numer Methods Fluids 4(2):171184.5. Agassant JF, Alles H, Philipon S, Vincent M (1988) Experimental and theoretical study of the injection molding of thermoplastic materials. Polym Eng Sci 28(7):460468.6. Chiang HH, Hieber CA, Wang KK (1991) A unified simulation of the filling and post-filling stages in injection molding. Part I: formulation. Polym Eng Sci 31(2):116124.7. 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Dissertation, University of Delaware, Newark, DE. .广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计52立体光照成型的注塑模具工艺的综合模拟立体光照成型的注塑模具工艺的综合模拟摘要摘要功能性零部件都需要设计验证测试，车间试验，客户评价，以及生产计划。在小批量生产零件的时候，通过消除多重步骤，建立了有快速成型形成的注塑模具，这种方法可以保证缩短时间和节约成本。这种潜在的一体化由快速成型形成注塑模具的方法已经被多次证明是可行的。无论是模具设计还是注塑成型的过程中，缺少的是对如何修改这个模具材料和快速成型制造过程的影响有最根本的认识。此外，数字模拟技术现在已经成为模具设计工程师和工艺工程师开注塑模具的有用的工具。但目前所有的做常规注塑模具的模拟包已经不再适合这种新型的注塑模具，这主要是因为模具材料的成本变化很大。在本文中，以完成特定的数字模拟注塑液塑造成快速成型模具的综合方法已经发明出来了，而且还建立了相应的模拟系统。通过实验结果表明，目前这个方法非常适合处理快速成型模具中的问题。关键词关键词注塑成型,数字模拟,快速成型引言引言在注塑成型中，聚合物熔体在高温和高压下进入模具中。因此，模具的材料需要有足够的热性能和机械性能来经受高温和高压的塑造循环。许多研究的焦点都是直接有快速成型形成注塑模具的过程。在生产小批量零件的时候，通过消除多重步骤，直接由快速成型形成的注塑模具可以保证缩短时间和节约成本。这种潜在的有快速成型形成注塑模具的方法已经被证明成功了。快速成型模具在性能上是有别与传统的金属模具。主要差异是导热性能和弹性模量（刚性） 。举例来说，在立体光照成型模具中的聚合物的导热率小于铝制的工具的千分之一。在用快速成型技术来制造铸模时，整个模具设计和注塑成型工艺参数都需要修改和优化，传统的方法是改变彻底的刀具材料不过，目前还没有对如何修改这个模具材料的方法有根本的了解在当前的模具中，仅仅改变一些材料的性能是不能得到一个合理的结果的。同样，使用传统方法的时候，实际生产的零件也会有出先次品。因此，研究出一个快速成型过程，材料和注塑模具之间的互动关系是非常火急的。这样就可以确定模具设计标准和快速模具的注塑的技术。此外，计算机模拟是一种预测模塑件的质量的有效的方法。目前，商用仿真软件包已经成为模具设计师和工艺工程师在注塑过程中例行性的工具。不幸的是，目前常规注塑成型的模拟程序已经不再适用于这个快速成型模具，因为它极大的需要不同的刀具材料。例如，利用现在的仿真软件在铝和立体光照模具之间做个实验比较一下，虽然铝模具模拟植的部分失真是合理的，但是结果是不可以接受的，因为误差超过了百分之五十。在注塑成型中，失真主要是由于塑料零件的收缩和翘曲，模具也是一样的。对于通常模具，失真的主要因素是塑料件的收缩和翘曲，这个在目前的模拟中能测试准确。但是对于快速成型模具，潜在的失真会更多，在当前的测试中，其中就会附件一 外文翻译53有些失真会被忽视。例如，用一个简单的三步骤模拟分析模具变形的时候，就会出现很多偏差。在本文中，基于以上分析，一个新的快速成型模具的仿真系统已经开发出来了。拟议制度着重于预测部分失真，主要是用与预测快速成型模具的缺陷。先进的仿真系统可以用于预测快速成型模具设计和工艺是否最合理。我们的仿真系统已经被我们的实验证明是没有错误的。虽然有很多材料可以用于快速成型技术，但是我们还是专注于利用立体光照模具的技术来制造聚合物模具立体光照成型的过程是利用激光能量一层一层建立零件的部分。使用立体光照则可以体现出双方在快速成型工业的商业优势，而且在以后也可以生产出准确的，高品质的零部件。直到最近，立体光照主要是用于建立物理模型，为了检查视觉效果，仅仅只利用了它的一点点功能。不过，新一代的立体光照的光改善了立体化，机械性能，热学性能，所以它可以更好的应用于实际的模具中。2 综合仿真的成型过程综合仿真的成型过程2.1 方法方法 为了在注塑成型过程中模拟立体光照模具的功能，反复的试验中得到了一个方法。不同的软件组已经开发出来了，而且也已经做到了这一点。主要的假设是，温度和负载边界条件造成立体光照模具的扭曲，仿真步骤如下：部分几何模型则作为一个实体模型，这将通过流量分析软件包被翻译到一个文件中。模拟光聚合物模具中熔融体填充的过程，然后输出温度和压力的资料。在前一步获得了热负荷和边界条件，然后对光模具进行结构分析，其中失真的计算是在该注塑过程中进行的。如果模具的扭曲收敛了，那么直接进行下一步否则，扭曲的型腔（改动扭曲后的型腔的尺寸）返回第二个步骤，以熔体形式模拟注入扭曲的模具中。然后注射成型零件的收缩和翘曲模拟就开始应用了，算出该成型零件最终的扭曲部分上述的模拟流动中，基本上是三个仿真模块。2.22.2 充型模拟的熔体充型模拟的熔体2.2.1 数字建模数字建模 计算机仿真技术已经能成功的预测到在极其复杂的几何形状下的填充情况。然而，目前大多数字模拟是基于一种混合有限元和有限差的中性平面上的。模拟软件包的应用过程基于这一模型说明图。然而，不同与系统中模具设计中的表面实体模型，这里所谓的中性平面（如图所示，图）是一个假想的在中间型腔中有距离和方向的一个平面，这个平面可能会在应用的过程中带来很大的不便。举例来说，模广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：基于 Moldflow 的薄壁液晶显示器外框注塑工艺分析及模具设计54具表面常用于目前的快速成型系统中（通常是格式） ，所以当用模拟软件包的时候，第二次建模是不可避免的。那是因为模型在快速成型系统和仿真
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