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子弹头
积木
moldflow
设计
分析
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摘 要此次我所设计的是子弹头塑料积木，塑料模具作为模具的一种，因为其加工的成本低廉且易成形，日渐运用广泛。在塑料模具设计流程中，主要运用 UG、CAD 绘制图形，再运用 moldflow 软件对该模具的浇口位置、工艺参数、数据流动等进行分析，从而设计出既节能省料又精致的塑料玩具模型。关键词：子弹头积木；moldflow ；工艺参数；浇口位置目 录前 言 .11 塑件的结构与工艺分析 .21.1 塑件的成型工艺分析 .21.1.1 塑件的工艺 .21.2 塑件的材料选择 .32 塑件的 Moldflow 分析 .42.1 Moldflow 简介 .42.2 塑件 Moldflow 分析流程 .43 塑件的冷却分析 .73.1 冷却分析的概念 .73.1.1 影响冷却系统的因素 .73.2 流动分析解果 .74 塑件的浇口位置数据分析 .104.1 浇口位置设计理论知识 .104.2 浇口位置选择图文对比 .104.3 塑件数据分析对比 .12总 结 .18致 谢 .19附 录 .20参考文献 .210前 言模具工业作为“工业之母”是国民经济发展的重要基础工业之一，其生产水平的高低是一个国家加工行业发展水平的重要标志。而作为其中的塑料模具近年来发展也很快，在国内模具工业产值中所占的比例不断扩大，如：家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件，工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。在现代塑料成型加工工业中，正确的加工工艺、高效的设备、先进的模具以及计算机辅助模具设计和制造是影响塑件生产的四大重要因素，而塑料模对塑料成型加工工艺的实现、保证塑件的质量起着极为重要的作用。从近年来看，越来越多的企业运用注塑模流分析技术进行模具设计，其主要原因是它能高效率分析出设计方案，能够给设计师减少不必要的麻烦，能够为企业降低生产成本，提高生产效率。此次实例就是讲解如何利用 Moldflow 对产品的冷却结构、浇口位置进行工艺分析，最后完成对设计方案的确定。11 塑件的结构与工艺分析1.1 塑件的成型工艺分析1.1.1 塑件的工艺如图 1-1 所示，子弹头积木的草图。图 1-1 子弹头积木草图如图 1-2 所示，子弹头积木的立体图。图 1-2 子弹头积木立体图2产品名称：子弹头积木产品材料：PP产品数量：大批量生产塑件尺寸：如图 1-1 所示产品精度：中、低精度要求：其塑件表面要求无凹痕，尺寸均无精度要求，可按 MT10 级精度查公差值1.2 塑件的材料选择聚丙烯（PP）（1）基本特性在热塑性塑料中，聚丙烯也是一种后起之秀的塑料。它的比重仅为 0.900.91/cm，在机械性能方面，如屈服强度、压缩强度、抗拉强度、硬度等均优于低压聚乙烯。PP 是一种半结晶性材料。它比 PE 要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的 PP 温度低于0以下时非常脆，因此许多商业的 PP 材料是加入 14%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。 共聚物型的 PP 材料有较低的热扭曲温度(100)、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。PP 的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP 的维卡软化温度为 150。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP 不存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对 PP 进行改性，PP 也不象 PE 那样在高温下仍具有抗氧化性。（2）主要用途PP 广泛用于家用电器、工业设备以及日常生活用品等领域，如注塑衣架、凳子、玩具、电风扇叶、电视剧外壳等；工业机械中的把手、仪表盘、轴承、手柄等。（3）成型特点成型收缩范围大，易发生缩孔，凹痕及变形；聚丙烯热容量大，注射成型模具必须设计能充分冷却的冷却回路；聚丙烯成型的适宜模温为 80，低温过低会造成制品表面光泽差或产生熔接痕等缺陷。温度过高会产生翘曲现象。32 塑件的 Moldflow 分析2.1 Moldflow 简介Moldflow 是全球领先的塑料注塑成型生产解决方案计算机软件和咨询公司。Moldflow 软件适用于优化塑料、优化塑料结构、优化注塑工艺参数，并提供解决方案，帮助设计人员从设计到注塑整个流程中的优化工作，降低企业生产成本，提高生产效益。它还是一个提供深入制件和模具分析包软件，它提供强大分析功能、可视化功能和项目管理工具。它让制作者对塑件的几何形状、材料的选择、模具设计及工艺参数设置进行优化，以获得高质量产品。2.2 塑件 Moldflow 分析流程模流分析主要包括三大步骤：分析前处理、建模、分析后处理。操作步骤如下：（1） 打开 Moldflow，创建新工程，如图 2-1 所示。图 2-1 创建新工程（2） 点击导入命令，导入文件，如图 2-2 所示。图 2-2 导入文件（3） 点击生成网格命令，如图 2-3 所示。4图 2-3 生成网格（4） 点击型腔重复，如图 2-4 所示。图 2-4 型腔重复（5） 选择注射位置，如图 2-5 所示。5图 2-5 注射位置（6） 点击流道系统，点击下一步，下一步，完成，如图 2-6 所示。图 2-6 流道系统（7） 如图 2-7 所示，点击冷却回路，再下一步，下一步，完成，最后生成报告。图 2-7 冷却回路63 塑件的冷却分析3.1 冷却分析的概念塑件冻结后的冷却阶段是指浇口塑料熔体完全冻结时起到塑件从型腔中顶出时为止。此时，型腔内压力迅速下降，型腔内塑料熔体在这阶段内主要是继续进行冷却，以便塑件在脱模时有足够的刚度而不发生扭曲变形。在 Moldflow 中，冷却分析是用来模拟熔体在模具内的热量传递情况，从而判断塑件冷却效果优劣。3.1.1 影响冷却系统的因素冷却系统是用来冷却塑件、液压油、浇注系统及模具的，冷却效果的好坏对成型效率和塑件的质量影响很大。它是一个封闭的循环系统，将冷却介质分配到各个独立的回路上并对其流量进行控制。因此，影响冷却系统的因素主要包括以下几点：（1） 塑料熔体与模板间的热导率。（2） 塑件熔体与模板界面到模板与冷却介质界面的热导率。（3） 模板与冷却介质的热导率。冷却回道的创建，如图 3-1 所示。图 3-1 冷却回道3.2 流动分析解果（1）如图 3-2 所示，最长的填充时间为 0.5363s。7图 3-2 填充时间（2） 如图 3-3 所示，子弹头积木的压力切换时的压力为 32.44MPa。图 3-3 压力切换时压力（3） 图 3-4 所示为压力分布图，末端压力为 30.02MPa。图 3-4 填充末端压力8（4） 图 3-5 为注射、保压、冷却整个过程变化图。图 3-5 注射位置处压力（5） 图 3-6 为产品上的熔接位置，熔接线存在直接影响塑件外观质量和力学性能。图 3-6 熔接线94 塑件的浇口位置数据分析4.1 浇口位置设计理论知识浇口是流道和型腔的连接部分，也是注塑模进料系统的最后部分，其基本作用是为了使从流道来的熔融塑料以最快的速度进入充满型腔；型腔充满后，浇口能迅速冷却封闭，防止型腔能还未冷却的塑料回流。因此选择产品的浇口位置时，一般遵循以下几个原则：（1）浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；（2）浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使具流程为最短；（3）浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对型腔中宽畅，厚壁部位，以便于塑料顺利流入；（4）浇口位置应开设在塑件截面最厚处；（5）避免塑料在流下型腔时直冲型腔壁、型芯或嵌件，使塑料能尽快流入到型腔各部位，并避免型芯或嵌件变形；（6）尽量避免使制品产生熔接痕，或使其熔接痕产生在制品不重要部位；（7）浇口位置及其塑料流入方向，应使塑料在流入型腔时，能沿着型腔平行的方向均匀地流入，并有利于型腔内气体的排出；（8）浇口应设置在制品上最易清除的部位，同时尽可能不影响产品外观。4.2 浇口位置选择图文对比方案一： 方案二:（1） 填充时间，如图 4-1 所示。图 4-1 填充时间（2） 填充压力，如图 4-2 所示。10图 4-2 填充压力（3） 塑件流动速率，如图 4-3 所示。图 4-3 流动速率（4） 锁模力大小，如图 4-4 所示。图 4-4 锁模力（5） 速度与压力切换时的压力，如图 4-5 所示。11图 4-5 速度与压力切换时的压力4.3 塑件数据分析对比方案一：（1）模型细节 :网格类型 = 双层面网格匹配百分比 = 79.3 %相互网格匹配百分比 = 73.3 %节点总数 = 2273注射位置节点总数 = 1注射位置节点标签是: 53单元总数 = 4396零件单元数 = 4256主流道/流道/浇口单元数 = 72管道单元数 = 68连接器单元数 = 0分型面法线 (dx) = 0.0000(dy) = 0.0000(dz) = 1.0000三角形单元的平均纵横比 = 3.2383三角形单元的最大纵横比 = 38.7058具有最大纵横比的单元数 = 2236三角形单元的最小纵横比 = 1.1547具有最小纵横比的单元数 = 16012总体积 = 6.4898 cm 3充填时间 = 0.4825 s最初充填的体积 = 0.0000 cm 3要充填的体积 = 6.4898 cm 3要充填的零件体积 = 5.2428 cm 3要充填的主流道/流道/浇口体积 = 1.2469 cm 3总投影面积 = 12.2949 cm 2（2）填充数据分析：如表 4-1 所示，充填阶段: 状态: V = 速度控制P = 压力控制V/P = 速度/压力切换表 4-1 填充数据时间(s)体积(%)压力(MPa)锁模力(tonne)流动速率(cm3/s)状态0.024 4.06 5.37 0.00 12.42 V0.050 8.80 7.17 0.00 13.07 V0.073 13.29 8.14 0.01 13.18 V0.098 17.93 9.13 0.03 13.19 V0.121 20.99 18.93 0.27 12.90 V0.147 25.91 19.93 0.30 13.31 V0.170 30.38 20.44 0.31 13.36 V0.195 35.19 20.92 0.33 13.37 V0.220 39.88 21.30 0.34 13.38 V0.245 44.70 21.71 0.35 13.40 V0.271 49.78 22.13 0.36 13.40 V0.291 53.44 22.44 0.38 13.40 V0.319 58.91 22.88 0.39 13.41 V0.341 63.12 23.22 0.41 13.41 V130.369 68.41 23.68 0.43 13.42 V0.389 72.26 24.09 0.45 13.43 V0.411 76.56 24.57 0.48 13.43 V0.435 80.95 25.12 0.51 13.43 V0.459 85.45 25.83 0.55 13.44 V0.482 89.83 27.15 0.64 13.45 V0.507 94.14 29.79 0.83 13.45 V0.531 98.37 32.32 1.05 13.45 V0.533 98.64 32.44 1.09 13.15 V/P0.534 98.89 31.43 1.11 11.11 P0.536 100.00 30.02 1.09 11.11 已填充充填阶段结果摘要 :最大注射压力 (在 0.5326 s) = 32.4433 MPa充填阶段结束的结果摘要 :充填结束时间 = 0.5363 s总重量(零件 + 流道) = 4.7603 g最大锁模力 - 在充填期间 = 1.1134 tonne零件的充填阶段结果摘要 :总体温度 - 最大值 (在 0.534 s) = 223.6187 C总体温度 - 第 95 个百分数 (在 0.121 s) = 222.1942 C总体温度 - 第 5 个百分数 (在 0.534 s) = 185.4444 C总体温度 - 最小值 (在 0.534 s) = 100.8226 C剪切应力 - 最大值 (在 0.531 s) = 0.2156 MPa剪切应力 - 第 95 个百分数 (在 0.121 s) = 0.1788 MPa剪切速率 - 最大值 (在 0.507 s) = 1.7682E+004 1/s剪切速率 - 第 95 个百分数 (在 0.121 s) = 1.6126E+004 1/s方案二：（1）模型细节 :网格类型 = 双层面14网格匹配百分比 = 79.4 %相互网格匹配百分比 = 73.3 %节点总数 = 2216注射位置节点总数 = 1注射位置节点标签是: 36单元总数 = 4337零件单元数 = 4252主流道/流道/浇口单元数 = 43管道单元数 = 42连接器单元数 = 0分型面法线 (dx) = 0.0000(dy) = 0.0000(dz) = 1.0000三角形单元的平均纵横比 = 3.2383三角形单元的最大纵横比 = 38.7058具有最大纵横比的单元数 = 2236三角形单元的最小纵横比 = 1.1547具有最小纵横比的单元数 = 160总体积 = 6.9012 cm 3充填时间 = 0.6371 s最初充填的体积 = 0.0000 cm 3要充填的体积 = 6.9012 cm 3要充填的零件体积 = 5.2435 cm 3要充填的主流道/流道/浇口体积 = 1.6577 cm 3总投影面积 = 13.4062 cm 2（2）填充数据分析：如表 4-2 所示，充填阶段: 状态: V = 速度控制P = 压力控制15V/P = 速度/压力切换表 4-2 填充数据时间(s)体积(%)压力(MPa)锁模力(tonne)流动速率(cm3/s)状态0.037 5.52 0.49 0.00 10.81 V0.068 10.09 0.81 0.01 10.81 V0.097 14.33 1.08 0.01 10.76 V0.132 19.48 1.58 0.02 10.52 V0.159 23.03 5.06 0.16 3.95 V0.192 26.09 15.63 0.53 10.52 V0.224 30.68 16.87 0.58 10.68 V0.257 35.46 17.76 0.61 10.66 V0.288 39.90 18.62 0.65 10.71 V0.319 44.25 19.40 0.68 10.74 V0.352 48.97 20.09 0.71 10.76 V0.383 53.33 20.66 0.74 10.77 V0.414 57.81 21.22 0.77 10.78 V0.448 62.63 21.79 0.80 10.78 V0.482 67.51 22.34 0.83 10.80 V0.510 71.54 22.80 0.86 10.80 V0.544 76.18 23.79 0.92 10.75 V0.575 80.54 24.62 0.97 10.82 V0.609 85.37 25.48 1.03 10.82 V0.637 89.27 26.37 1.10 10.83 V0.670 93.74 28.28 1.28 10.82 V0.701 97.79 31.92 1.60 10.83 V0.706 98.42 32.32 1.65 10.56 V/P0.711 99.00 29.02 1.60 6.84 P0.714 100.00 27.14 1.53 5.60 已填充16充填阶段结果摘要 :最大注射压力(在 0.7063 s) = 32.3249 MPa充填阶段结束的结果摘要 :充填结束时间 = 0.7143 s总重量(零件 + 流道) = 5.2200 g最大锁模力 - 在充填期间 = 1.6547 tonne零件的充填阶段结果摘要 :总体温度 - 最大值 (在 0.706 s) = 223.3220 C总体温度 - 第 95 个百分数 (在 0.192 s) = 221.6710 C总体温度 - 第 5 个百分数 (在 0.711 s) = 171.6280 C总体温度 - 最小值 (在 0.711 s) = 74.0451 C剪切应力 - 最大值 (在 0.706 s) = 0.2070 MPa剪切应力 - 第 95 个百分数 (在 0.192 s) = 0.2068 MPa剪切速率 - 最大值 (在 0.192 s) = 1.7832E+004 1/s剪切速率 - 第 95 个百分数 (在 0.192 s) = 1.7832E+004 1/s根据 moldflow 的分析出塑件温度、压力、锁模力等的图文以及填充数据等的对比，发现方案一更加优于方案二，因此在此次的设计中选择方案一。17总 结在本次的塑料模具设计分析中，我选用的题材是“子弹头积木 Moldflow 设计分析” ，在这设计过程中运用的绘图工具是 CAD 和 UG，而占据文章最主要的还是 Moldflow 软件的分析。还记得刚开始制作论文时，一直对选题犹豫不决，不知何从下笔，后来在老师给的提点下，才确定了本次选题的内容。对于塑料模具这个实践性特别强的设计课题，老师对我们进行了大量的教学，我也查阅了大量关于塑料模具的书籍。在设计过程中，我就因对于此次模具的推出机构不解询问老师，老师在了解我所设计产品后，不厌其烦的悉心为我解答直到我们完全掌握为止。当一切都确定好了，就开始进入绘图阶段了。首先是 UG 绘制三维图，但由于之前对于 UG 不能够熟练运用，在绘图过程中不断出现些问题，不过后来在同学的帮助之下问题都一一解决，也正因为这次毕业设计，让我对于软件知识又多了一分的了解。弄完这一切后就是将三维图转成 CAD 中的二维图标注，最后就是进行 Moldflow 分析了，在进行模流分析时也出现了一些问题，对于浇口位置的选择一直困扰着我，后来在经过同学和老师的解答下，才使我跨过了这道坎，最终完成设计。这次的毕业设计不仅让我进一步了
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