供水三通注塑成型工艺有限元模拟研究毕业论文.doc

供水三通注塑成型工艺有限元模拟研究毕业论文目录第1章 绪论41.1 课题背景41.2 课题研究内容5第2章 国内外注塑发展现状以及Moldflow的简介72.1 国内注塑发展现状72.2 国际注塑发展现状82.3 Moldflow MPI简介9第3章 供水三通有限元模型建立123.1 供水三通三维模型的建立123.2 供水三通的网格划分与分析123.2.1网格的类型分类123.2.2 网格的划分133.2.3网格统计133.4 网格诊断153.4.1纵横比诊断153.4.2网格配向诊断163.4.3连通性诊断163.4.4 网格匹配诊断173.5 材料的选择17第4章 注塑工艺分析224.1 浇注口位置设置224.2 浇注系统的建立224.3 充填分析234.3.1 设置充填工艺参数234.3.2 充填分析过程与结果244.4 流动分析284.4.1 设置流动工艺参数284.4.2 流动分析结果284.5 冷却分析304.5.1 冷却系统的创建304.5.2 设置冷却工艺参数324.5.3 冷却分析过程与结果324.6 翘曲分析354.6.1 设置翘曲分析工艺过程参数364.6.2 翘曲分析的过程与结果36第5章 总结和展望395.1 设计总结395.2 研究展望39参 考 文 献41致谢43附录一 英文文献翻译44附录二 毕业设计任务书67661.1 课题背景塑料通过模流分析软件MPI(Moldflow Plastic Insight)可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、流道平衡等。应用Moldflow对注塑件进行填充，流动，冷却等模拟分析，得到的成型工艺参数和成型结果有助于工艺人员和模具设计人员更快更便捷的找出缺陷的原因。从而优化注塑模具结构的设计和注塑成型工艺方案，最终为生产优质塑料制件提供指导作用在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术,近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度,为其进一步普及创造了良好的条件;基于网CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪,其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题;CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高;塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。随着我国国民经济的发展和产品的更新换代，我国已成为模具和模具材料的生产大国。据1997年统计，我国年耗模具材料13万吨，其中普钢4.5吨。这说明模具这个特殊的产品在近十年中从计划经济条件下的备件逐步发展成市场经济条件下的商品，并日益被模具制造商在其质量和品牌上得到重视。而作为一个工业日趋发展，产品交替更新节奏很快的国家，其对模具的发展也更进一步地被产品生产商重视。因此，一批过去已被研制成功的系列的能适应不同工况条件和产品制造要求的模具材料的开发、试制和生产成为各大特钢厂竞争相推出和竞争的市场热点。但是，模具材料由于其规格繁多，同规格单次需求量少，市场即时采购等特点，使得各大钢厂规模性生产装备无法适应。因此纷纷寻找合适的代理商以求得规模效应。可是，众多的代理商虽然手中握有厚资，但是对于模具工况条件，材料特性以及相关热处理等问题的了解不够，都停留于普钢类方面的激列竞争。另外，国外的资深代理机构和各著名钢厂近几年来组织重兵力图挤入中国的模具材料市场。1.2 课题研究内容对塑件进行工艺分析，通过有限元软件（Moldflow或Pro/e自带模块Plastic Advisor）模拟塑件成型流动过程, 获得相关工艺参数及模具结构对塑件成型质量的影响，为工艺优化提供基础。首先，通过三维建模软件Pro/e对供水三通进行建模。将建好的模型导入Moldflow软件中进行网格的划分与处理，然后找出最佳浇注口位置，建立浇注系统，再进行工艺设置分析，最后对其进行冷却、流动、翘曲等多方面分析，通过分析的结果便可获得最佳的相关数据、图表以及最佳相关工艺参数。本课题的主要重点内容如下： 1）网格的划分对所导入的模型进行网格划分，如果划分不能符合要求就进行下一步网格处理，一般情况下是必须要进行网格处理的。2)网格的处理对于所给的供水三通模型设置其边长，或合并网格以此达到进一步的处理，直至满足分析条件即匹配率为85以上为止。3）浇注系统的创建供水三通模型是一个对称的三维模型，其流道的建立就是一个复杂的过程。流道的建立光靠看是不能把握的，它必须在浇口位置分析之后，根据所得的最佳浇口位置和其他因素进行确定建立。4）冷却系统的创建冷却系统对制品的影响非常大冷却的好坏直接影响制品表面的质量、机械性能和结晶度。所以设置的时候一定要道道尽量贴近制品表面。5）工艺参数设置要对各种分析进行不同的工艺参数设置，设置时要考虑到具体的实际情况，和分析可能导致的结果，如不符合则重新设置。直至符合要求为止。6）分析过程和分析结果要能够对其分析的过程和结果进行说明，明白其结果和过程的含义。第2章 国内外注塑发展现状以及Moldflow的简介模具材料是工模具加工业的基础。随着我国国民经济发展和人民生活水平的提高， 人们对产品的审美观，价值观也不断提高，从而对各类工、模具产品，无论是内在质量还是外表美观等方面均要求日益精臻，困此势必对工模具材料在数量上、系列上和质量上提出更 高的要求。中国的模具材料从无到有，从小到大，从少到多，直到现在，无论是从钢种还是从规格、标准化、系列化等方面，都是伴随着模具制造发展而发展的。2.1 国内注塑发展现状（1）五十、七十年代（空白阶段）在这三十年中，由于我国推行计划经济的模式和产业结构上依照前苏联的生产方式，模具制造纯属依附于企业的一个配件加工车间。再则由于工业发展的缓慢和经济封闭，以及人民的生活水平处于很低的消费水平等诸多因素，抑制了模具制造的产业化、社会化和商品化。由此而带来了模具制造业对其所采用的材料要求不高甚至没有要求，供需关系处于有什么用什么的不合理的混乱状态。（2）八十年代（发展阶段） 随着改革开放和国民经济的增长，很大程度上推动了模具制造业的发展。模具制造业已走出企业禁锢的状态，十年中，我国的仿制国外新钢种的同时，还在高校、科研院所和各钢厂的配合下，自行研制开发了一批适合我国国情的模具新钢种。不仅改善了加工性能，而且还大大提高了模具的使用寿命。仿制D2钢代替Cr12MoV制造冲压模，用P20钢代替45号钢制造塑料模型芯、型腔，使模具的光洁度和寿命都有了较大的提高。用H13钢代替国外已淘汰的3CW8V制造锻模和压铸模。在冷作模具钢方面，自行开发了65Nb、O12A、CG-2、LM1-2、LD、GD、GM、DS钢等品种。其中65Nb、LD、GD及DS钢因具有良好的抗冲击性而更适合于作冷墩及原料冲裁凸模。GM钢因有良好的耐磨性特别适合于作螺纹滚丝轮，与Cr12MoV相比，寿命可提高十多倍。除上述合金钢外，还开发了GT35及DT等牌号的钢结硬质合金和YG系列的钨钴类硬硬合金以满足高寿命的要求，制造高速冲床用的模具。在塑料模具钢方面，自行开发了易切削类的5NiCa、06Ni、SM1、SM2以及PMS、CPR、PCY等钢，都是一些具有良好加工、使用性能的优良钢种，并在使用上得到用户的认可。在热作模具钢方面Y4、Y10、HM-1、GR、ER8等新品种的开发和应用彻底改变了热作模具几十年来由3Cr2W8V一统天下的局面。（3）九十年代（竞争阶段）随着我国国民经济的发展和产品的更新换代，我国已成为模具和模具材料的生产大国。据1997年统计，我国年耗模具材料13万吨，其中普钢4.5吨。这说明模具这个特殊的产品在近十年中从计划经济条件下的备件逐步发展成市场经济条件下的商品，并日益被模具制造商在其质量和品牌上得到重视。而作为一个工业日趋发展，产品交替更新节奏很快的国家，其对模具的发展也更进一步地被产品生产商重视。因此，一批过去已被研制成功的系列的能适应不同工况条件和产品制造要求的模具材料的开发、试制和生产成为各大特钢厂竞争相推出和竞争的市场热点。但是，模具材料由于其规格繁多，同规格单次需求量少，市场即时采购等特点，使得各大钢厂规模性生产装备无法适应。因此纷纷寻找合适的代理商以求得规模效应。可是，众多的代理商虽然手中握有厚资，但是对于模具工况条件，材料特性以及相关热处理等问题的了解不够，都停留于普钢类方面的激列竞争。另外，国外的资深代理机构和各著名钢厂近几年来组织重兵力图挤入中国的模具材料市场。如：瑞典的NUDDEHOLM、ASSAB，以及德国的蒂森、萨斯特，日本的大同等公司都在上海乃至全国各地树起了优特钢的旗帜，但由于他们的价格过高，已逐渐显得无法展开规模销售，就连目前在国内较有名气的外资公司都在中国寻找价格低廉，品质优良的模具材料。2.2 国际注塑发展现状美国1991年发表的“国家关键技术报告”认为材料领域的进展几乎可以显著改进国名经济所有部门的产品性能，提高他们的竞争能力因此把材料列为六大关键技术的首位。这是由于先进材料与技术是国名经济与国防发展的经济基础，是各种高新技术成果转变为使用产品与商品的关键，当前各种新材料市场规模超过1000亿美金，预计到2000年达到4000亿美金，由新产品带动而产生的新产品新技术则是一个更大的市场。以上参展的项目基本上代表了当前国际和国内的先进水平和发展趋势。具体表现在以下3个方面。1 .网络的CAD/CAE/CAM一体化系统结构初具端倪随着计算机的硬件与软件的进步以及工业部门的实际需求。国外许多计算机供应商已能按实际生产过程中的功能需求划分产品系列，在网络系统下实现CAD/CAM的一体化。解决了传统混合型CAD/CAM系统的无法满足实际生产过程分工合作的要求问题。以便更能符合实际应用的自然过程。2AM软件日益深入人心发挥也越来越重要的作用在90年代，能进行复杂形体几何造型和NC加工的CAD/CAM系统主要在工作站上采用UNIX系统开发和应用的，在90年代后期，新一代微机CAD/CAM软件，如soldwold获得用户的好评3AM软件的智能化程度逐渐提高 由于在现阶段，模具设计和制作在很大程度上，仍然靠着模具设计师和工程师的经验，仅凭CAD/CAM软件难以适合当前的进度和结果，软件的智能化功能必不可少。而制造由于知识的智能化功能是衡量模具设计与制造软件的先进性与实用性重要标志之一。在的摸架的使用过程中实现了模具架的相关内容，并自动生产明细表和供NC加工的钻孔表格。2.3 Moldflow MPI简介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1978年成立，NASDAQ上市公司，注塑成型CAE技术的领导者和革新者。Moldflow Plastic Insight(MPI)是一个提供深入制件和模具设计分析的软件包，它提供强大的分析功能、可视化功能和项目管理工具。这些工具使客户可以进行深入的分析和优化。MPI使用户可以对制件的几何形状、材料的选择、模具设计及加工参数设置进行优化以获得高质量的产品。1.集成的用户界面集成的用户界面使用户可以方便地输入CAD模型、选择和查找材料、建立分析模型、进行一系列的分析，并采用先进的后处理技术使用户方便的观察分析结果、它还可以生成基于INTERNET的分析报告，方便的实现数据共享。2.CAE模型的获取MPI提供了CAE行业最优秀的CAD集成方案，Moldflow实现了最广泛的几何模型集成。包括线框模型、表面造型、薄壁实体以及难以用中型面来表达的厚壁实体。无论您设计的几何体是什么形式，MPI都提供了易于使用的、稳定的、集成的环境来处理您的模型。对于线框和表面造型，MPI可以直接读取任何CAD表面模型并进行分析。在用户采用线框和表面造型文件时，MPI可以自动生成中型面网格并准确计算单元厚度，进行精确的分析。MPI的中型面模块用于处理薄壁制件，节省了用户大量的CAE建模时间。使他们致力于CAE分析和优化。对于薄壁实体，MPI的FUSION模块基于Moldflow的独家专利的DaulDomain分析技术，使用户可以直接进行薄壁实体模型分析。这将原来需要几小时甚至几天的建模工作缩短为几分钟，无需进行中型面网格的生成和修改。FUSION可以直接从塑件顾问中读取模型而进行进一步的分析。对于厚壁实体Moldflow的MPI/Flow3D、和MPI/Cool3D模块采用全三维的自适应网格进行全三维分析。这三种方法提供了最广泛的几何设计模型的集成，是其它软件难以匹敌的。3.分析功能简介注塑流动模拟MPI的流动分析模拟了塑料熔体在整个注塑过程中的流动情况，确保用户获得高质量的制件。使用流动分析用户可以优化浇口位置和加工参数、预测制件可能出现的缺陷、自动确定取得流动平衡的流道系统尺寸。冷却模拟注塑和保压过程得到了优化后，可以进行冷却系统造型：包括流道、模具外形、镶块等，并进行冷却分析。结构模拟MPI的翘曲分析可以预测塑料制件的收缩和翘曲。可以使用线性和非线性方法来精确预测翘曲的变形量，并指出引起翘曲的主因。MPI的模内残余应力修正算法(CRIMS)使用户可以精确分析Moldflow数据库中500种材料的翘曲情况。MPI应力分析功能可以分析塑件的在外力状态下的结构性能，它提供一个线性分析方法在概念设计阶段，快速预测制件是否符合设计的结构要求。采用非线性方法来确定由于外载荷而导致的永久变形。注塑参数优化MPI的注塑工艺优化功能对于每一特定制件，自动的确定其最优加工工艺参数和注塑机参数。它的分析结果可以作为MPX的输入参数使试模快捷高效。第3章 供水三通有限元模型建立3.1 供水三通三维模型的建立供水三通原始模型的建立可以利用pro/e等三维软件进行建立。此次设立的模型已给出。所以用三维软件画出供水三通的三维图如图3-1所示，所以模型建立完成，接下来主要任务是将其转换格式从而导入到Mordflow软件中进行分析。而在此是通过转换成STL格式导入进去的。图3-1 供水三通三维模型3.2 供水三通的网格划分与分析供水三通模型导入到Mordflow之后，首先要进行划分网格。网格是Mordflow模拟仿真整个过程的最基础部分，网格的划分好坏直接影响模拟结果的精度，严重的会导致无法得出结果。3.2.1网格的类型分类Moldflow MPI有3种网格类型，即中面网格（Midplane）、表面网格（Fusion）和实体网格（3D）。本次划分的网格类型为Fusion网格。1. 中面网格中面网格模型是由三节点的三角形单元组成的，网格创建在模型壁厚的中间形成的单层网格。2. 表面网格表面网格是由三节点的三角形单元组成的，与中面网格不同，它是创建在模型的上下表面上。3. 实体网格实体网格模型是由四面体单元组成的，每个四面体单元有4个Midplane模型中的三角形单元组成。3.2.2 网格的划分打开Moldflow将模型导入之后，选择【网格】【生成网格】对供水三通模型进行初步的网格划分。初次划分后的模型如图3-2所示。图3-2 网格划分由于划分后并不能达到以后分析的要求所以，对其网格边长进行加长，再从新划分得到符合要求的网格划分，图形和3-2差不多，只是网格的边长大小不一样。3.2.3网格统计供水三通在网格自动划分完毕后，需要对网格进行统计，诊断当前的网格质量，以便根据统计结果对网格进行修补。网格统计结果如图3-3所示。图3-3 网格统计网格统计结果表明三角形有5820个，节点数位2908个，连通区域为1，自由边（即一个三角形或3D的某一边没有与其他边共用）为0，纵横比范围为1.15800011.122000，匹配率为94.2%。而在Fusion表面模型分析中，由于纵横比最大值一般为6，所以要进行调整重新设置其数据。图3-4 初始纵横比 图3-5 处理后纵横比三通的未调整前纵横比如图3-4所示，由图可知其纵横比不满足条件，因此需要对其进行修改。要想降低其纵横比，首先要对其进行网格的自动合并，然后对其节点进行处理，主要通过插入节点和合并节点的方法。进行一系列的操作之后其纵横比降至6以下。纵横比处理之后的供水三通模型如图3-5所示现在再次对其进行网格统计，统计结果如图3-6所示，由图可以看出其三角形数变为5739，节点数变为2856，最大纵横比下降到5.792，达到了分析的要求。图3-6 处理后的网格统计3.4 网格诊断网格的诊断是为了更好地对网格存在的缺陷进行处理。网格诊断要点有网格的纵横比诊断、网格配向诊断、网格连通性诊断、网格匹配诊断几点。3.4.1纵横比诊断在表面模型和中面模型网格中，纵横比指的是三角形长高方向的极限尺寸之比。单元纵横比对分析计算的结果精确性有很大影响，一般要求在表面类型和中面类型网格中，纵横比推荐最大值为6，在3D类型网格中，推荐值在5-50之间。对供水三通进行纵横比的诊断步骤和结果在前面已经列出，如图3-5所示。由图可知其纵横比已经达到要求。3.4.2网格配向诊断网格配向诊断主要是针对网格单元的方向进行判别，一般对于Fusion表面网格，其单元应该是顶部朝外，底部朝内。在此通过【网格】【网格诊断】【网格配向诊断】进行诊断，其诊断结果如图3-7所示。图3-7 网格配向诊断由诊断结果可以看出网格都是以蓝色显示，表明网格的方向是一致的。每个单元都是顶部朝外，底部朝内。3.4.3连通性诊断连通性指的是模型中各个单元相互连通的情况。连通性诊断主要用于一模多穴分析时，流道设计是否和多个塑件都相通的测试。在此通过【网格】-【网格诊断】-【连通性诊断】命令，得到如果图3-8所示。图3-8 连通性诊断其显示的颜色一致，表明当前的连通性正常，图中诊断结果以红色和蓝色显示，蓝色表示已连接，红色表示未连接单元，由图可以看出都是以蓝色显示，表明连通性正常。3.4.4 网格匹配诊断网格匹配诊断主要是显示表面模型网格上下表面网格单元的匹配程度。一般对翘曲分析匹配率要求达到90以上。其步骤如下选择【网格】-【网格诊断】-【网格匹配率诊断】得到网格匹配率诊断图。供水三通模型的诊断结果如图3-9所示。图3-9 网格匹配诊断诊断结果以颜色来区分，红色表示没有匹配，蓝色表示匹配，由上图可以看出匹配率已经很高了，其具体数据可查看图3-6可知道其匹配率为95.4。3.5 材料的选择Moldflow为用户提供了许多的材料数据库，用我们可以根据自己产品的特性进行选择。据此可以为供水三通选择ABS塑料。之所以选他是由于他的综合性能好，冲击强度高，化学稳定，电性能好，尺寸稳定好，抗化学药品性，染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水无机盐、不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而异溶于醛、酮、酯和某些卤代烃中。其命令是【分析】-【选择材料】得到如下图3-103-17其材料属性及特性。图3-10 材料描述描述：包括材料化合物的类型、材料名称、生产厂家、材料结构、数据来源、数据最终修改时间、数据状态、材料编号、等级代码、供应商代码等内容。图3-11 推荐工艺推荐工艺：包括是用户设置具体工艺参数的重要参考依据，并且当分析完成后，如果分析结果中的某个参数超出推荐值，Moldflow将自动以红色显示该值。由上图可以看出期推荐的模具表面温度为50，熔体温度为240，模具温度范围为40-60，熔体温度范围为220-260.绝对最大熔体温度为300，顶出温度为91。而且没有红色的数字说明符合要求。图3-12 流变属性流变属性：可以看到该塑胶材料的转化温度，也就是塑胶的玻璃态温度为100。在此也可以查看其粘度、剪切速率、温度的关系，如图3-13所示。图3-13 粘度、剪切速率、和温度曲线图由图3-13可知，在相同温度下，剪切速率越高，塑胶粘度越低；剪切速率相同时，温度越高，塑胶粘度越低。所以在注射过程中，增加剪切速率和提高熔体温度都是可以降低熔体粘度、改善塑胶流动性。图3-14 热属性由上图可以看出ABS塑料的比热数据和热传导数据。可以看出其材料的比热和热传导在所要进行的注塑过程中还是比较好的。图3-15 PVT属性 PVT属性：由上图可以看出其熔体密度1.0819g/cm，固体密度1.1839g/cm。图3-16 PVT数据图PVT数据图包含了压力、体积、温度特性，在塑料成型中，这三个参数非常重要，影着材料的性能和制件成响型后的质量。由图可以看出随着温度的升高其体积比容逐渐升高。图3-17 机械属性机械特性：由图可以看出材料ABS的机械属性数据，如弹性模量、泊松比、热膨胀数据的横向系数，影响成型后制件的承载力和强度。第4章 注塑工艺分析4.1 浇注口位置设置为了能够得到更好地供水三通注塑工艺数据，我们必须设置最佳浇注口位置。因此要利用Moldflow分析出最佳浇注口位置，可得到如下结果，如图4-1所示 图 4-1 最佳浇口位置分析结果由分析结果可以看出，蓝色表示最佳位置位于模型的中间部位，具有对称性结果为合理。4.2 浇注系统的建立浇注系统是塑料熔体从注塑机嘴喷出来后，到达模腔之前在模具中流经的通道。浇注系统设计的好坏直接影响塑件制品的质量和外观。浇注系统包括主流道、分流道以及浇注口。对于供水三通模型的浇注系统创建方案如下图4-2所示 图4-2 浇注系统由上图可以看出建立的浇注系统是一模一穴。4.3 充填分析充填分析为模拟塑料从注塑开始到模腔被填满的整个过程，预测制品在模腔中的充填行为。模拟结果包括冲填时间、压力、流动前沿温度、分子趋向、剪切速率、气穴、熔接痕等。4.3.1 设置充填工艺参数在确定号浇注口位置和注射位置之后，在进行工艺参数设置，【选择分析】-【成型条件设置】得到如图4-3所示：图4-3 充填工艺设置 由上图可以看出模具表面温度为40，熔体温度为280，而其向导的参数意义如下：u 模温。模具表面温度，默认值是系统根据选择的材料特性参数推荐，值为40可以按实际进行设置。u 料温。熔料温度，默认值为280也是系统根据选择的材料特性参数推荐。u 充填控制。熔料从进入模腔开始到充满整个模腔的控制过程。u 速度/压力切换。速度压力切换转换点的控制。u 包压控制。包压以及冷却过程中的压力控制。4.3.2 充填分析过程与结果1. 充填过程充填分析的过程显示了充填的工艺，它以日志形式显示出来，以下为其部分日志：图4-4 充填时间与冷却时间信息由上图可以看出充填时间为3.0808s，冷却时间为20s图4-5 保压压力信息它代表在保压阶段的前10s内保压压力为充填压力的80%，10s后压力降为0。图4-6 充填过程由上图可以看出充填结果是充填完成，达到了和好的充填结果。2 充填结果（1）充填时间充填时间如图4-7所示，由图可知填充时间为3.349s，熔体基本上同时到达模腔的边缘，可以满足要求。在分析填充时间分布图时，应该遵循以下原则：充满、填充平衡、填充均匀。图4-7 充填时间（2）流动前沿温度由图4-9可知流动前沿温度最高为230.5，最低为229.9，在成型参数设置中设置的熔温为280，说明塑胶在流动的过程中未出现较大的温度波动和局部过热现象，温差较合理在接受范围内。图4-8 流动前沿温度（3）压力分布情况压力分布图显示充填完毕后，模腔及其流道上的压力分布。如图4-9所示，最大压力在进料口处，为14.82MPa。图4-9 充填结束时的压力（4）注塑压力注塑压力图显示产品上各点在整个注塑过程中的压力动态变化，它也可以以动画形式播放。在图4-10中显示了注射位置处的压力XY图，其中可以查看其具体数值。图4-10 注射位置处压力变化图在图中可以看出随着时间的增加注射位置的压力也逐渐增大。（5）锁模力曲线锁模力曲线显示锁模力随时间的变化，它显示在整个成型过程中需要的锁模力值，在此可以查看其具体数值。锁模力的结果数据作为选择机台的规格。分析锁模力曲线时应注意锁模力应该足够大，防止因熔体的作用力而被撑开，所需力应小于机械上限的70%。图4-11 锁模力曲线从图中还可以看出所需锁模力的最大值约为0.4吨。4.4 流动分析流动分析“充填+保压”的组合目的是用来模拟塑料从注塑点逐渐扩展并充填完模腔的流动情况。通过预测缺陷，获得最佳的保压曲线，从而降低由保压引起的制品收缩、翘曲等缺陷。4.4.1 设置流动工艺参数供水三通模型的工艺参数设置如图4-12，其中的模温、料温、充填控制、冷却时间都采用默认设置，速度/压力切换采用“由%充填体积”方式，指定百分比为100%。图4-12 流动工艺设置其中某些参数含义在前面介绍过了，冷却时间指的是产品冷却至顶出温度所需要的时间。4.4.2 流动分析结果1 充填时间充填时间如图4-7所示，在此以等值线的形式来显示，等值线密集部分表示熔料流动速度快，稀疏部分表示流动缓慢。由图可以看出浇口附近的等值线较为密集，离浇口远的边缘位置等值线稀疏些。2 体积收缩率在分析时应该体积收缩率尽可能低，整个制件应均匀分布不应出现体积收缩率有加到的差距。图4-14 体积收缩率由图可以看出，体积收缩率最大为17.56%，而且处于流道中，制品表面颜色梯度较小，表面收缩较均匀。3气穴位置在分析气穴分布图时，气穴应发生在制件的外部边缘，易于排气。避免被熔体包围。图4-15 气穴位置气穴位置分布图如图4-15所示，由图可以看出气穴分布在三通管边缘最后填充的部位，因此在这些部位设置排气系统，如果不设置排气系统的话很可能会导致填充到此处后达不到所需的压力，从而无法将气体排出，最后得不到所需的产品。4 熔接痕熔接痕是模具不同位置浇注口处流出的熔融塑料，汇聚是形成的交接痕迹，熔接痕的形成原因是个浇注口流出的熔料经过形成复杂的型腔达到汇聚时各自的温度、压力、速度不完全一致所产生的。熔接痕是注塑的薄弱环节，不但影响制品的外观，而且易于产生应力集中，影响制品的总体强度。图4-16 熔接痕由上图可以看出供水三通的熔接痕是134.3deg，熔接痕的质量已经差不多很好了，如果熔接痕的质量太低，那就要增加浇注口，使熔接痕处过保压压力大大提高，或降低熔接痕处的冷冻层因子，从而提高熔接痕的质量。4.5 冷却分析冷却分析用于判断系统的冷却效果，根据冷却模拟所计算出的冷却时间来确定成型周期。另外通过冷却分析来优化冷却管的布局，缩短冷却时间，以此来降低成型周期和提高生产效率。4.5.1 冷却系统的创建1. 冷却系统设置冷却回路设置如图4-17和4-18所示，其中水管直径为10mm，沿Y方向排列。水管与制品表面的距离为12mm，管道数量为4根，管道中心相距12mm，管道伸出制品两端的距离为25mm。图4-17 冷却系统设置1图4-18 冷却系统设置2建立好的冷却管路如图4-19所示，它有2条管路以及2个冷却液入口。图4-19 冷却回路4.5.2 设置冷却工艺参数冷却工艺参数的设置如图4-20所示。 图4-20 工艺设置由图可以看出模具的表面温度设置为40，熔体温度设置为230，开模时间为5s所有时间为30s4.5.3 冷却分析过程与结果1. 冷却分析过程 图4-21 温度结果及执行时间它显示了模腔温度结果信息，及CPU执行时间。图4-22 冷却过程信息冷却过程信息显示了迭代次数、循环时间等。2. 冷却分析结果模流分析中每种分析的结果都可以以列表形式显示，如图4-23，它显示了冷却分析的各种结果。以下选取几个典型的结果分析： 图4-23 冷却分析结果列表 图4-24 回路管冷却介质温度（1）回路冷却介质温度水中冷却液的温度显示冷却液在水路中的温度变化，冷却液的温度变化要均匀，温度变化不能超过3，而由上图可以看出0.53，符合要求。（2）回路流动速率冷却液在回路管中的流动速率，如图4-25流动速率为2.117lit/min图4-25 回路流动速率（3） 回路管壁温度回路的管壁温度也叫做冷却液与管壁接触面的温度，水路的管壁温度与冷却液的入水温度相差不能超过5。图4-26 回路管壁温度由上图可以看出其温度相差4.38符合其要求（4）制品的冷结时间制品的冷结时间指的是从成型周期开始到制品完全冷却至低于顶出温度所需的时间，图4-27 回路冷却介质温度由上图可以看出该制品的冷结时间为40.89s（5）制品温度制品温度显示的是产品与模具接触面的温度分布，所以该结果也叫做模具表面温度，表现的是在成型周期中模具表面的平均温度。图4-28 制品温度由上图可看出该制品温度为81.67。4.6 翘曲分析制品在成型过程中由于冷却不均，收缩不均、分子配向性效率等元婴可导致翘曲变形。MPI翘曲分析是由于判断成型制品是否会出现翘曲，以及分析翘曲的原因。翘曲分析一般是在冷却和流动已经优化完成后在进行。翘曲分析的第一步是确定翘曲的类型、范围以及原因。判断翘曲量是否在接受范围，如不能在接受范围，就必须进行参数优化来降低制品的翘曲。4.6.1 设置翘曲分析工艺过程参数翘曲分析进入【成型参数设置向导】的对话框后的第三页，显示如图4-29选择分离翘曲原因，这样计算时系统自动独立分离翘曲的产生因素，如由于冷却不均导致翘曲、分子配向导致翘曲变形或者在加有玻纤情况下的翘曲变形等。图4-29 翘曲设置4.6.2 翘曲分析的过程与结果1. 分析过程现选取部分分析过程信息如图4-30所示，它显示了节点在X、Y、Z三个方向的位移。图4-30 翘曲分析过程信息2 分析结果（1）总体翘曲变形图4-31 总体翘曲变形量总体翘曲变形显示供水三通总的翘曲变形量。由图可以看出供水三通模型X、Y、Z三个方向的变形量分别为0.1429mm,0.2726mm,0.1838mm，总的翘曲变形量为0.325mm。由以上数据可以看出总体翘曲的变形量比较小，所以工艺参数设置的还是比较合理的，如果不合理则需要改善，具体改善如下。翘曲变形的改善根据翘曲分析的结果，应采取相应的措施减小翘曲变形以达到制品的设计要求。1分子取向不均匀u 确定合理的注塑工艺参数：在允许的范围内，适当提高注塑温度和注射速度。u 适当减小或增大制品局部地方的壁厚，特别是设置浇口的地方。u 改变浇口位置及形状，如多浇口进料，把中心浇口改为侧浇口，采用扇 图优化注塑参数的翘曲变形等。2 收缩不均匀u 优化保压参数，把单一压力保压改为分段保压效果明显。u 尽量使制品壁厚均匀，这与前面改善分子取向不均匀的措施矛盾，所以需要具体情况具体分析。3 冷却不均匀 u 合理设计冷却水道，对于复杂的型芯、型腔最好采取特殊的冷却方式，如采用镶块。u 确保冷却液在冷却道中保持紊流状态，进出口冷却液的温差小于3度。总之，为减小翘曲变形而采取的措施应保证不会产生其它缺陷，如熔接痕等。在以上方法都不能使翘曲变形保持在设计允许范围以内时，可考虑修改制品结构，如在大的平板部分添加加强筋，或者选择新的材料。第5章 总结和展望5.1 设计总结在注塑工艺中有许多问题，如果单单是靠在模具设计中靠有经验的老员工来发现其中的问题是不可能的，也不怎么可靠地，应为有些数据必须要靠，实验来提供的，只有通过仿真模拟来发现，进而提出解决的方案。然而运用Mordflow软件来进行模流分析，在设计产品阶段就可以发现其缺点，从而省去了其中许多的不必要的步骤，通过填充、冷却、保压模拟，已获得最佳的工艺方案，预测了其中可能发生的意外。进而改善其条件使其能够更好的完成注塑工艺的步骤，这样可以节省原料、工作时间、劳动力使其创造出更大的价值。本文主要是对供水三通进行工艺设计以及模型分析其具体工作内容有如下：u 通过阅读，了解Mordflow软件的基本应用，以及功能。u 用三维软件por/e画出供水三通的三维图形，在转换格式导入Mordflow中。u 在Mordflow中对供水三通图形进行网格划分、处理、诊断。u 为其选择材料、创建浇筑系统、冷却系统。u 进行充填、流动、冷却、翘曲分析，从而得到最佳的工艺方案。5.2 研究展望由于注塑机前几年发展过快，现在除了大型机，一般规格的注塑机已经供大于求，销售量能维持在顶峰期的13左右已经很不错了。但是一些科技含量高的注塑机，市场需求却渐渐走强。一是全电动、全液压精密类注塑机。这类产品主打市场是电子通讯、音像、家电、汽车等，加工条件要求较高，对注塑机的精密度要求也有所提高，这些产业均为朝阳产业，有很大的上升空间。二是中空注塑机发展较快。这是由于塑料零件在振动状态下的应力破坏问题是汽车全塑化及其他一些工程应用上的大难题，而多种橡塑材料结合应用加上中空注塑技术，可有效改善上述缺陷。三是带有空气辅助、水辅助装置的新型注塑机。这类技术有很大的近期市场，特别是对外观要求较高，使用寿命较长的产品，如家电、汽车、建筑等更有吸引力。本次只是对注塑供水三通这个小小的领域做出了一些工艺参数的设置，从而使得在以后在注塑的时候，大大的缩短了时间为社会创造价值。参 考 文 献1 隆灯梅. Moldflow模流分析在解决塑件翘曲变形中的应用M.模具制造，20092 王安柱，王诗彬，朱雄云，朱忠奎. 模流分析技术在注塑模成型质量分析中的应用M.苏州:苏州大学学报，2008（12）3 李红林，贺华波，费春华，刘军，孙保寿. 模流分析CAE技术在塑料模具设计和制造中的应用M.电加工与模具，2003（4）4 王卫兵. Moldflow中文版注塑流动分析案例导航视频教程M.北京:清华大学出版社，2008(5)5 兰芳，覃波，梁艳娟. 基于MPI的注塑成型分析M.装备制造技术2009（4）6 马文琦.孙红. 塑料成型模拟软件技术Moldflow/Polyflow基础与应用M.北京:中国铁道出版社，2006（10）7 陈智勇. Moldflow 6.1注塑成型从入门到精通M.北京：电子工业出版社，20098 刘荣亮，刘斌. 应用Moldflow软件分析优化手机后盖壳M.工程塑料应用20079 李德群. 现代塑料注射成型的原理、方法和应用M.上海：上海交通大学出版社，200510 董娇，王雷刚，黄瑶. 基于MPI的电器开关盒上盖注塑成型分析M.塑料科技，2009（11）11 张晓黎，雷波，王六一，陈静波. 模流分析在电动机护罩注塑模设计中的应用M.工程塑料应用，200912 李雯雯，卢 军，刘 洋. Moldflow软件在注塑模具CAE中的应用M.工程塑料应用，20013 黄虹. 塑料加工与模具M.北京:化学工业出版社，2003（3）14 刘来英. 注塑成型工艺M.北京：机械工业出版社，200515 付宏生. 塑料成型工艺与注塑模具M.北京；化学工业出版社，200716 郭广思. 注塑成型技术M.北京：机械工业出版社，200517 王刚，单岩. Moldflow模具分析应用实例M.清华大学出版社，200518 周其炎. 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By zooming in on a problematic surface and examining its boundary, you should see that the surface boundary has a beginning and end rather than being a closed loop.Note: Surface boundary errors cannot currently be corrected within MPI. You need to investigate and correct these defects in the original CAD system, and then re-import the revised model in MPI.To find and correct surface connectivity defects1.Click (Modeling Surface Connectivity Diagnostic).The Surface Connectivity Diagnostic dialog appears.2.Select whether you want the diagnostic to find free edges and/or non-manifold edges, then click Show to run the diagnostic.If any connectivity problems are identified, you can either correct them in the original CAD program used to create the geometry file, or use the surface repair tools provided in MPI as described in the next step. An example connectivity defect, that would lead to numerous overlapping elements being produced during meshing, is shown at the bottom of this help topic.3.To repair a surface connectivity defect, first