基于MOLDFLOW的玩具车外壳成型工艺分析开题报告.doc

基于MOLDFLOW的玩具车外壳成型工艺分析学 生：安福松指导老师：张园 教学单位：三峡大学科技学院1、 课题的来源本课题来源于工业生产实际，面向玩具车外壳设计和基于moldflow注塑成型分析过程。2、 课题研究的意义本课题的性质是对比较简单的塑料件采用MOLDFLOW软件进行成型工艺仿真。其主要的内容是已知玩具车外壳及其相关技术要求, 采用MOLDFLOW软件对整个注塑成型过程进行模拟分析，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、制品的收缩和翘曲变形等情况从而制定其最佳成型工艺方案。本课题以实际用的塑料件为研究对象，可以培养学生对有限元软件的了解，能通过注塑模拟软件对注塑成型过程进行模拟分析的能力。通过计算机模拟仿真技术可以减少试模修模次数，提高制品质量和降低成本等，对企业降低成本，提高效率有着重大的技术和经济意义。本塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计浇注系统优化分析、冷却系统优化分析，注塑工艺参数优化等几个主要方面，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计、制造已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益3、 注射成型的发展概况及未来发展趋势3.1 注注射成型的发展概况注塑成型工艺是塑料制品加工中非常重要技术类型，大多数行业的塑料件加工均需要注塑成型工艺来完成。所涉及的行业及领域甚广，如食品、电子电器、仪表仪器、汽摩、日用、化工、农业、运输等行业都可使用到注塑成型工艺制造的塑料元件。注塑成型是塑料制品成型的一种重要方法。几乎所有的热塑性塑料、多种热固性塑料和橡胶都可用此法成型。在中国，目前注塑成型制品约占塑料制品总量的30%左右，注塑机占塑料机械总产值的38%左右。注塑成型可制造各种形状、尺寸、精度、性能要求的制品。注塑制品包括小到几克甚至几毫克的各种仪表小齿轮、微电子元件、医疗微器械等，大到几千克的电视机、洗衣机外壳、汽车用塑料件，甚至几万克的制品。3.2 注射成型的未来发展趋势近年来，工业领域的迅速发展，给注塑成型技术的发展提供了强大的推动力，使注塑成型技术在发展速度上、水平上都得到了迅猛的发展，特别是对于注塑成型新技术的发展更是起到了强大的推动作用。注塑成型新技术发展动向主要集中在：新型气辅注塑成型技术、多组分注塑成型新技术、微孔发泡注塑成型技术、微注塑成型技术等方面。（1）新型气辅注塑成型技术：它通过高压气体在注塑制件内部产生中空截面，利用气体积压，减少制品残余内应力，消除制品表面缩痕，减少用料，显示传统注塑成型无法比拟的优越性。近年来，气体辅助注塑成型技术发展迅速，出现了一些创新性技术，如水辅助注塑成型技术、冷却气体气辅技术、气辅共注成型技术、外部气辅注塑技术及振动气辅技术等。（2）多组分注塑：是由至少两种不同的材料通过注塑成型得到所需部件的加工过程，其整合各组分的优越性能，可以生产普通单组分注塑过程无法实现的特殊性能制品。（3）微孔发泡注塑成型技术与传统塑料发泡技术比较，既不需要化学发泡剂，也不需要以烃基为原料的物理催化剂、泡沫剂及其他助剂。合理利用微孔注塑成型技术可以扩大产品结构形式、提高生产效率、降低生产成本。（4）微注塑成型与普通注塑成型相比，具有如下的优点：1.原料利用率提高。微注塑系统可以显著缩小流道的尺寸，从而提高原料的利用率；经过优化设计的流道，其物料利用率可达60%；2.制品精度高。可控制的注射量、缩小的浇口和流道都有利于提高制品的精度，目前微注塑制品的尺寸误差可控制在0.01mm 之内，质量误差不超过0.00008g；3.生产周期缩短。浇口、流道尺寸缩小及变温控制系统加快了制品的充模、冷却速度，缩短了成型周期。一般采用用微注塑成型的零件，其成型循环时间较从前缩短40% 左右。4、 注射成型的主要内容4.1 注射成型的概念及成型原理注塑成型是一种把塑料材料制成复杂形状的产品的成型工艺，整个过程包括塑料的加热、注射材料到模具、塑料在模具中的冷却及产品的顶出。注塑成型是加工成型塑料（绝大部分是热塑性塑料）的粒料或粉料的一种方法。它的成型过程是先把材料从贮料室送入加热室，使材料熔融；然后在高压的作用下物料被注射到模具内，并且保持一定的压力直到聚合物充分冷却固化；在冷却和凝固之后，打开模具，取出制品，并在操作上完成一个塑模周期，并不断重复上述周期的生产过程。4.2 注射成型过程注塑成型过程从表面上看有加料、塑化、注射、冷却和脱模等几个步骤，但从实质上看只有塑化和流动与冷却两个过程塑化过程是指塑料在料筒内经加热达到流动状态并具有良好的可塑性的过程。它是注射成型的准备过程。由于塑料的导热性差，对热传递是不利的，容易引起塑料熔体的热均匀性差，也就是靠近料筒或螺杆壁的塑料温度偏高，而在这两者中间的塑料温度则偏低，从而形成温度分布的不均。如果塑料收到的剪切作用强时，就会产生大量的摩擦热，使塑料升温快，但是也容易引起塑料受到过多的热而降解。流动与冷却过程是指首先用螺杆或柱塞将具有流动性和温度均匀的塑料熔体注射到模具，然后注射到模具中并将型腔注满，塑料熔体在一定的成型工艺条件下冷却定型，最后制品从模具型腔中脱出，一直冷却到与环境温度一致的这一过程。这个过程所经历的时间虽然短，但是塑料熔体在其间所发生的变化很多，而且这些变化对制品的质量影响很大。这一过程需要很高的注射压力，因为塑料熔体从料筒注射到模具型腔需要克服一系列的阻力（主要有塑料熔体与料筒、喷嘴、浇注系统、型腔和塑料熔体之间的摩擦等），并且还需要对塑料熔体进行压实。塑料熔体一进入模具后立即被冷却，这个过程一直到塑料与所处的环境温度一致时为止。5、 MOLDFLOW软件5.1 MOLDFLOW软件简介MOLDFLOW系列软件是由MOLDFLOW公司发行，它作为最具代表性的塑料模具CAE分析软件，真正地突破了传统思维的限制，帮助生产过程实现了合理化和人性化。自从 1978年美国MOLDFLOW公司发行了世界上第一套流动分析软件，几十年来以不断的技术改革和创新一直主导着CAE软件市场。随着MOLDFLOW在世界范围内不断地倍受重视及广泛使用，MOLDFLOW的应用领域已推广到光学仪器、航空航天、半导体、医疗机械、计算机、电子通信、玩具、家用电器和汽车等领域。5.2 MOLDFLOW软件功能介绍MOLDFLOW软件的MPI模块习惯上被简称为MOLDFLOW，它提供的分析功能包括热塑性注塑成型分析及热固性反应成型分析两大类，具体分析种类包括热塑性塑料注塑成型、气体辅助成型、热塑性塑料双色/嵌入成型、注塑压缩成型、共射出成型、微孔发泡成型、反应成型、微芯片封装和覆晶封装等。在未动手更改成型方式的情况下，MOLDFLOW默认为的成型方式为热塑性塑料注塑成型。5.3 MOLDFLOW软件的分类目前MOLDFLOW软件包括三大部分：快速试模分析（MPA）、高级成型分析（MPI）和品质控制专家分析软件（MPX）。（1）MPA是一款普及型模流分析软件。它能够快捷地测试产品工艺性及优化模具的设计。可以读取任何CAD模型，通过仿真分析，在短时间内就可以优化制品和模具设计。其功能包括预测塑料填充过程、流道系统优化、保压优化、冷却系统设计评估、翘曲预测和成本评估等。MPA包括Moldflow Part Adviser（产品顾问） 和 Moldflow Mold Adviser（模具顾问）两个产品。Moldflow Part Adviser（产品顾问） 在产品的概念设计阶段就可以进行分析，并且对潜在的设计问题提供有实践意义的建议。产品设计专家能对产品壁厚，浇口位置，和其它的问题迅速做出反馈，从而使产品更利于制造。能准确的预测熔接纹和困气的位置，及在模穴中压力和温度的分布。Moldflow Part Adviser的功能：Moldflow Part Adviser是直接分析3D CAD实体模型，并不需要进行模型格式的转换，也不需要划分网格；可直接从绝大部分的CAD建模软件中输入实体模型；Moldflow Part Adviser只需数分钟就可学会，并不需要专门的培训和模具知识；可提供诸如充满模腔的程度及动态的设计建议等多方面的信息。Moldflow Mold Adviser（模具顾问）使模具设计和制造人员在模具设计的早期就可以进行模具设计和优化。它扩展了Moldflow Part Adviser的功能，可快速创建浇流道系统，排布模穴，预测锁模力，一次注射量和成型周期。Moldflow Mold Adviser的功能：易于创建浇流道系统可对单模穴，多模穴及组合模具方便地创建主流道，分流道和浇口系统；预测充模模式:快速的分析塑料熔体流过浇流道和模穴的过程，以平衡流道系统，并考虑不同的浇口位置对充模模式的影响；预测成型周期一次注射量和锁模力，现在模具设计师可利用这些信息选定注射机，优化成型周期，减少废料量；可快速方便的传输结果:Moldflow Mold Adviser的网页格式的分析报告可在设计小组成员之间方便的传递各种信息，例如浇流道的尺寸和排布，塑料熔体流动方式，所选择的注射机。（2）MPI是一款专业性模流分析软件。它可以在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，包括最佳浇口位置、填充、保压、冷却、翘曲、流道平衡、最佳成型工艺、纤维取向、结构应力和收缩分析等。在设计阶段就可以找出未来产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率，以达到降低生产成本，缩短生产周期，并帮助模具设计人员预测常碰到的问题并加以修正设计。其它的效益是改变材料材质以节省材料费用及烦琐的射出成形条件设定，以达到降低成本之目的。MPI可提供的分析类型分为：流动分析、气体辅助成型分析、共射出成型分析、注塑压缩成型分析、微孔发泡成型分析、实验设计法反洗、冷却分析、翘曲变形分析、纤维分析、收缩分析、应力分析、填充分析、浇口位置分析、流道平衡分析和成型窗口分析。（3）MPX是MOLDFLOW公司专门为优化注塑生产过程而设计的，用于自动试模、优化注塑参数和注塑产品质量控制。MPX直接与注塑机控制器相连，进行工艺优化和监控，满足了注塑生产的要求。使工艺工程师和试模人员可以系统地进行试模，找到一个优化工艺条件窗口并实现生产过程的实时监控，并能够有效地优化产品生产周期。6、 课题研究的内容 本文利用MOLDFLOW对玩具车外壳进行模拟分析，通过分析确定浇注系统优化设计分析、冷却系统优化分析，注塑工艺参数优化，并实现熔体的平衡流动。同时了解此时塑件的流动、翘曲的情况。分析内容包括：利用浇口位置分析找出上下盖体的最佳浇口位置； 初步创建几套完整的浇注系统进行填充分析，以获得流道平衡分析所需的一些约束条件；设定约束条件，在初步模型填充分析的基础上进行流道平衡分析，从而得到优化的流道设计；根据流道优化分析的结果，调整和修改设计方案，进行工艺参数的优化，并对最后的方案进行分析验证；根据流道优化分析的结果，选择最理想的浇注系统；本课题通过CAD/CAE软件来辅助设计和对设计方案进行优化，选取合理的工艺参数。7、 课题研究的分析流程导入产品模型划分网格表面网格 中层面网格实体网格诊断并修复网格缺陷模具的加热与冷却建模（创建浇注、冷却系统）选择分析次序（填充分析、流动分析、冷却分析、翘曲分析）选择分析材料（PC、ABS、POM、PC+ABS）设定成型工艺参数（注塑时间、模温、料温、冷却温度）开始分析制作分析结果报告分析结果判读（填充情况、收缩情况、变形情况、射亚、锁模力）传统塑料成型分析双色成型分析气体辅助成型分析嵌入成型分析8、 工作的主要阶段、进度及技术指标2009.12.82009.12.30 整理收集资料，明确课题任务；2010.1.12010.1.30 完成开题报告（含文献综述），外文翻译；2010.3.12010.4.20 完成毕业设计（论文）正文 即设计计算，建模，绘图；2010.4.212010.5.20 编写毕业设计说明书、论文或完成论文结构的设计和撰写论文，提交初稿及修改论文，包括：论文提纲、理论分析及计算等；2010.5. 212010.6.5 整理设计（论文）资料，完善并提交设计（论文）成果；根据国家模具行业标准、注射模具设计标准等相关的技术规范、规定、条例、质量标准，完成本论文。9、 课题研究的最终目标及完成时间通过对注射工艺的深入研究，结合本专业对材料成型工艺和模具设计知识的掌握，完成塑料注射模具重要工艺参数的合理选取，采用PRO/E软件及AutoCAD软件辅助完成模具各零部件的结构设计及绘制模具总装图、主要零件的工程图。通过对该课题的学习与摸索,增强独立处理问题的能力和模具设计的能力。论文最终完成时间是5月20日。提交的成果包括外文翻译、开题报告、设计说明书一份，图纸电子档不少于十二张。10、 现有条件及必须采取的措施现有条件：阅读了若干相关文献，对注射模具有了一定的认识与了解，对机械设计也有了一定的理论基础，掌握了PRO/E软件建模方法并具备了一定的计算机有限元分析能力，且具备本课题所必须掌握的软件：AUTOCAD、PRO/E。必须采取的措施：由于对AUTOCAD、PRO