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模具的仿真设计与应用毕业论文第1章 绪论1.1 注塑成型CAE技术的发展塑料成型是制造业中的一个重要组成部分，而流动模拟对塑料成型具有重要意义。运用塑料流动模拟能帮助设计人员优化成型工艺与模具结构，指导设计人员从成型工艺的角度改进产品形状结构，选择合适的塑料材料和成型设备，评判不同材料采用同一工艺与模具成型的可行性，分析可能出现的问题，达到降低生产成本，缩短模具开发周期的目的。对于一般简单的塑料制品的成型，只进行流动模拟分析即可，但对于复杂精密塑件的成型，不仅要对流动过程进行模拟分析，还需要对充模，保压过程中塑件与模具的冷却进行分析，甚至需要分析开模后塑件的残余变形与应力等。对于任何注塑成型来说，最重要的是控制塑料在模具中的流动方式。 制品的许多缺陷，如气穴、熔接痕、短射乃至制品的变形、冷却时间等，都与树脂在模具中的流动方式有关。通过moldflow软件对熔体在模具中的流动行为进行模拟分析， 可以预测和显示熔体流动前沿的推进方式、填充过程中的压力和温度变化、气穴和熔接痕的位置等，帮助工艺人员在试模前对可能出现的缺陷进行预测，找出缺陷产生的原因，改进产品的结构设计和模具设计，从而提高一次试模的成功率。模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发 展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的 推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适 应产品更新换代和提高质量的要求。计算机辅助工程（CAE）技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途 径。同传统的模具设计相比，CAE技术无论在提高生产率、保证产品质 量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。美国上市公司moldflow公司是专业从事注塑成型软件和咨询公司，自 1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导塑料成型CAE软件市场。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moldflow技术可以在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型 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、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 模以后再返修模具。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。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用 CAE技术。这是发展的必然趋势。 注塑成型分两个阶段，即开发设计阶段（包括产品设计、模具设计 和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数， 甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品 开发周期。采用CAE技术，可以完全代替试模，技术提供了从制品 设计到生产的完整解决方案，在模具制造之前，预测塑料熔体在型腔中的整个成型过程，帮助研判潜在的问题，有效地防止问题发生，大大缩短了开发周期，降低生产成本。 近年来，模具行业发展迅猛，在制造业的地位日益突出。针对模具 设计和塑料成型的软件可以协助设计人员及早发现模具和成型质 量方面存在的问题，从而能够便捷地修改设计方案，有效地降低成本和 缩短生产周期。moldflow公司研发的系列软件为注塑成型设计和生产 提供了高效的解决方法。1.2moldflow的发展状况。moldflow公司自1976年成立以来，在模拟分析产品与设计上享有极好的声誉。moldflow与1986年成立的同类软件公司c-mold于2000 年2月11日合并后，结合两者的优势为已有市场提供更专业的服务与 支持。 moldflow软件包括三部分：Moldflow Plastic Advisers（产品优化顾问，简称MPA）：塑料产 品设计师在设计完产品后，运用软件模拟分析，在很短的时间内， 就可以得到优化的产品设计方案，并确认产品表面质量。 Moldflow Plastic Insight（注塑成型模拟分析，简称MPI）：对塑料产品和模具进行深入分析的软件包，它可以在计算机上对整个注塑 过程进行模拟分析，包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应 力和收缩，以及气体辅助成型分析等，使模具设计师在设计阶段就找出未来产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率。Moldflow Plastic Xpert（注塑成型过程控制专家，简称MPX）： 集软硬件为一体的注塑成型品质控制专家，可以直接与注塑机控制器相连，可进行工艺优化和质量监控，自动优化注塑周期、降低废品率及监 控整个生产过程。 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。1.3论文研究目的和内容目的： 优化塑料制品设计。塑件的壁厚、浇口数量、位置及流道系统设计等对于塑料制品的成 败和质量关系重大。以往全凭制品设计人员的经验来设计，往往费力、 费时，设计出的制品也不尽合理。利用moldflow软件，可以快速地设 计出最优的塑料制品。制品设计者能用流动分析解决下列问题： 制品能否全部注满这一古老的问题仍为许多制品设计人员所 注目，尤其是大型制件，如盖子、容器和仪表板等。 制件实际最小壁厚如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的 材料成本。减小壁厚还可大大降低制件的循环时间，从而提高 生产效率，降低塑件成本。 ?浇口位置是否合适采用分析可使产品设计者在设计时具 有充分的选择浇口位置的余地，确保设计的审美特性。 2优化塑料模设计。由于塑料制品的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性，传统的 模具设计往往要经过反复试模、修模才能成功。利用moldflow软件， 可以对型腔尺寸、浇口位置及尺寸、流道尺寸和冷却系统等进行优化设 计，在计算机上进行试模、修模，可大大提高模具质量，减少试模次数。moldflow与CAD软件集成，分析可在以下诸方面辅助设计者和制 造者，以得到良好的模具设计。 良好的充填形式：对于任何的注塑成型来说，最重要的是控制 充填的方式，以使塑件的成型可靠、经济。单向充填是一种好 的注塑方式，它可以提高塑件内部分子单向和稳定的取向性。 这种填充形式有助于避免因不同的分子取向所导致的翘曲变 形。 最佳浇口位置与浇口数量：为了对充填方式进行控制，模具设 计者必须选择能够实现这种控制的浇口位置和数量，分析可 使设计者有多种浇口位置的选择方案并对其影响做出评价。 流道系统的优化设计；实际的模具设计往往要反复权衡各种因 素，尽量使设计方案尽善尽美。通过流动分析，可以帮助设计 者设计出压力平衡、温度平衡或者压力、温度均平衡的流道系 统，还可对流道内剪切速率和摩擦热进行评估，如此，便可避 免材料的降解和型腔内过高的熔体温度。 冷却系统的优化设计：通过分析冷却系统对流动过程的影响， 优化冷却管路的布局和工作条件，从而产生均匀的冷却，并由 此缩短成型周期，减少产品成型后的内应力。 ?减小反修成本：提高模具一次试模成功的可能性是分析的 一大优点。反复地试模、修模要耗损大量的时间和金钱。此外， 未经反复修模的模具，其寿命也较长。 3优化注塑工艺参数。由于经验的局限性，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加 工参数，选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。moldflow软件可以帮助工程技术人员确定最佳的注射压力、锁模力、模具温度、熔体 温度、注射时间、保压压力和保压时间、冷却时间等，以注塑出最佳的塑料制品。 近年来，CAE技术在注塑成型领域中的重要性日益增大，采用CAE 技术可以全面解决注塑成型过程中出现的问题。CAE分析技术能成功地应用于三组不同的生产过程，即制品设计、模具设计和注塑成型。设计人员望在制件成本、质量和可加工性方面得到CAE技术的帮助。 更加宽广更加稳定的加工：流动分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要注塑加工参数提出一个目标趋势，通过流动分析，注塑者便可估定各个加工参数的正确值，并确定其变动范围。会同模具设计者一起，他们可以结合使用最经济的加工设备，设定最佳的模具方案。 减小塑件应力和翘曲：选择最好的加工参数使塑件残余应力最小。残余应力通常使塑件在成型后出现翘曲变形，甚至发生失效。省料和减少过量充模：流道和型腔的设计采用平衡流动，有助于减少材料的使用和消除因局部过量注射所造成的翘曲变形。 最小的流道尺寸和回用料成本：流动分析有助于选定最佳的流 道尺寸。以减少浇道部分塑料的冷却时间，从而缩短整个注射成型的时间，以及减少变成回收料或者废料的浇道部分塑料的体积。内容：1. 三维实体的设计。利用proe三维设计软件完成所给零件的三维图，并将part文件转化成moldflow可以使用的STL文件。2moldflow分析基础知识的概述。通过塑料成型的相关基础知识、专业术语的简单讲解，清楚注塑成型的几个主要阶段的工艺参数及其相互关系对最终产品的影响，同时清楚常见制件质量问题产生的原因以及解决方法。保证在进行moldflow模拟分析时预测制品最终可能出现的缺陷，找到缺陷产生的正确原因， 在模具加工之前得到最优化的制品设计、模具设计方案和最适宜的成型工艺条件，确保产品以最短的周期、最低成本投入市场，增强市场竞争能力。3moldflow分析流程。通过一个简单的例子演示熟悉moldflow的分析流程，从模型的导入、分析类型的选择、参数的设置、到分析结果的介绍，清楚的知道moldflow 要进行的工作和顺序，形成一个完整的分析流程。 4将零件产品通过moldflow分析，得到各种分析结果，并根据分析结果进行产品结构的调整，完善模具设计，在注塑过程中进行参数的控制。完成产品设计优化和模具的优化。加工出模具，并利用模具，注塑设备和合理的工艺参数注塑出实际产品。第2章 Moldflow基础知识2.1注塑成型基础知识。所谓注塑成型，是指将已加热熔化的材料喷射注入到模具内，经由冷却与固化后，得到成品的方法。注塑成型已经成为大多数塑料制品的成型方法，moldflow软件对注塑成型方式的模拟分析技术比较成熟。在树脂原料经由注塑机注塑成型变为塑料制品的整个过程中，包括以下几部分：1计量：为了成型一定大小的塑件，必须使用一定量的颗粒状塑料， 这就需要计量。2塑化：为了将塑料充入模腔，就必须使其变为熔融状态，流动充入 模腔。 3注塑充模：为了将熔融塑料充入模腔，就需要对熔融塑料施加注塑 压力，注入模腔。 4保压增密：熔融塑料充满模腔后，向模腔内补充因制品冷却收缩所 需的物料。 5制品冷却：保压结束后，制品开始进入冷却定型阶段。 6开模：制品冷却定型后，注塑机的合模装置带动模具部分与定模部 分分离。 7顶件：注塑机的顶出机械顶出塑件。 8取件：通过人力或机械手取出塑件和浇注系统冷凝料等。 9闭模：注塑机的合模装置闭合并锁紧模具。2.2注塑成型机 注塑成型机可以分为柱塞式和螺杆式两种。这两种注塑机都由注塑系统、锁模系统及模具组成。2.2.1 注塑系统注塑系统是注塑机的主要部分，它能够使树脂原料在柱塞式或螺杆 的推动或旋转推进下均匀塑化，在高压下注入模具。注塑系统包括加料 装置、料筒、螺杆或杠塞、喷嘴、加雎和驱动装置等。 2.2.2公称注射量。注射量是指在对空注射条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行 程时，注塑装置所能达到的最大射出量。该参数在一定程度上反映了注 塑机的加工能力，标志着该机器能成型塑料制品的最大质量，是注塑机 的一个重要参数。 2.2.3注射压力。 注射压力是指在注射时，螺杆或柱塞对熔料施加的压力，注塑机的注射压力指标往往指注塑机能提供的最大注射压力。注射压力是为了克 服熔料流经喷嘴、流道和型腔时的流动阻力以及提供压实制品所需要的 外力。 2.2.4注射速率。 注射速率是指在注射时单位时间内所能达到的体积流率，是注射容 量与注射时间的绝比值。 2.2.5锁模系统。注塑机上实现锁合模具、启闭模具和顶出制件的机构统称为锁模系统。熔料在高压下注入模具，必须施加足够在的锁模力才能保证模具严 密闭合不溢料。锁模结构还应保证模具启闭灵活、准确、迅速而安全， 并防止损坏模具和制件。避免机器受到强烈震动，达到安全运行以延长 机器和模具的使用寿命。 2.2.6模具。 模具是为了将树脂原料做成某种形状而用来承接射出树脂的部件。注塑模具主要由浇注系统、成型零件和结构零件组成。浇注系统是塑料熔体从喷嘴进入模腔前的流道部分，包括主流道、冷料并、分流道和浇口等。成型零件是构成制品形状的各种零件，包括动模、定模、模腔、型芯、成型杆和排气口等。结构零件是构成模具结构的各种零件，包括导向、脱模、抽芯以及分型的各种零件。模具通常还具有加热或冷却装置，使塑料熔体在模具内合适的温度下固化定型。2.3注塑成型过程。在注塑过程的塑化、填充、保压和冷却这个主要阶段中，起主要作用的工艺参数也随着过程的变化而变化。2.3.1塑化 塑化是指塑料在料筒内经加热达到良好塑性的流动状态的全过程。 因此可以说塑化是注塑成型的准备过程。熔体在进入模腔之前应达到规定的成型温度，并能在规定时间内达到足够数量，熔体温度应均匀一致，不发生或极少发生热分解以保证生产的连续进行。2.3.2填充 这一阶段人柱塞或螺杆开始前移起动，直至模腔被塑料熔体充满为止。填充过程中包含的重要工艺参数有熔体温度、注塑压力和填充时间。 充模刚开始一段时间内模腔内没有压力，待模腔充满时， 料流压力迅速上升而达到最大值。充模的时间与模塑压力有关。 充模时间长，先进入模内的塑料受到较多的冷却，粘度增大，后面的塑料就需要在较高 的压力下才能进入模腔，反之，所需要的压力则较小。2.3.3保压 这是指从熔体充满模腔时起，至柱塞或螺杆撤回时为止的一段时间。 保压阶段包括的主要工艺参数有保压压力，保压时间。保压阶段中，塑料熔体因受到冷却而发生收缩，但因塑料仍然处于柱塞或螺杆的稳压下，料筒内的熔料会被继续注入模腔内以补足因收缩而留出的空隙。如果柱塞或螺杆停在原位不动，压力曲线就会略有衰减；如果柱塞或螺杆保持压力不变，也就是随着熔料入模的同时向前做少许移动，则在此段中模内压力保持不变，此时压力曲线与时间轴平行。压实阶段对于提高制品的密度、降低收缩和克服制品表面缺陷都有影响。 2.3.4冷却。 这一阶段是指从浇口的塑料完全冻结时起，到制品从模腔中顶出时为止。冷却阶段包括的主要工艺参数是冷却时间。冷却时模腔内压力迅速下降，模腔内塑料在这一阶段内主要是继续冷却，以便制品在脱模时具有足够的刚度而不致发生扭曲变形。在这一阶段内，虽无塑料从浇口流出或流入，但模内还可能有少量的塑料流动，因此依然能产生少量的分子定向。由于模内塑料的温度、压力和体积在这一阶段中均有变化，因此到制品脱模时，模内压力不一定等于外界压力，模内压力与外界压力的差值成为残余应力。残余应力的大小与压实阶段的时间长短有密切关系。残余应力为正值时，脱模比较困难，制品容易被刮伤或破裂；残余压力为负值时，制品表面容易有陷痕或内部有真空泡。所以，只有在残余压力接近零时，脱模才比较顺利，并获得满意的制品。2.4注塑成型工艺条件2.4.1温度.注塑成型过程中要控制的温度主要有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。前两种温度主要是影响塑料的塑化和流动，而后一种温度主要是影响塑料的注塑和冷却定型。料筒温度的选择就保证塑料塑化良好，能顺利实现注塑又不引起塑料分解。喷嘴温度对产品的表观质量特别有意义。喷嘴温度的波动将使制品质量受影响，如熔接痕变粗、出现飞边、产生粘膜、变色、光泽不佳等。喷嘴部分的温度一般略低于料筒最高温度，同时要考虑到熔料温度可以从注塑瞬间发生的摩擦过程中得到提高。不过喷嘴温度不能调得太低，以避免造成冷料堵塞喷嘴孔道，或在成型下一个制品时将冷料带入，使制品带有冷料斑。料筒和喷嘴温度的选择不是孤立的，与其它工艺条件存有一定关系。 例如选用较低的注塑压力时，为保证塑科的流动，应适当提高料筒温度； 反之，料筒温度偏低就需要较高的注塑压力。由于影响因素很多，一般 都在成型前通过模拟软件进行分析，以便从中确定最佳的料筒温度和喷嘴温度。 模具温度是指和制件接触的模腔表面温度。模具温度直接影响熔体的充模流动行为、制件的冷却速度和制件最终质量。提高模具温度可以 改善熔体在模腔内的流动性，增强制件的密度和结晶度以及减小充模压力和制件中的压力。但是提高模具温度会增加制件的冷却时间、增大制件收缩率和脱模后的翘曲，制件成型周期也会因为冷却时间的增加而变长，降低了生产效率。降低模具温度，虽然能够缩短冷却时间、提高生产效率，但是，会降低熔体在模腔内的流动能力，并导致制件产生较大的内应力或者明显的熔接痕等制件缺陷。 2.4.2压力. 注塑成型过程的压力主要包招注塑压力、保压压力和塑化压力（常称背压）并直接影响塑料的塑化和制品的质量。 注塑压力是指螺杆或者柱塞沿轴向前移时，其头部向塑料熔体施加的压力。它主要用于克服熔体在成型过程中的流动阻力，还对熔体起一定程度的压实作用。注塑压力对熔体的流动、充模及制件质量都有很大影响。当注塑压力过低时，塑料进入型腔缓慢，与金属壁面接触的那一 层塑料会由于温度急剧下降而使黏度增高甚至凝固，并很快向流动轴心波及，使塑料流动通道在很短时间内变得狭窄，大大降低了进入模腔的压力，结果使制件表面出现波纹、缺料、气泡，有些塑料的制件还会出现脆性断裂。当注塑压力过高时，熔料充模过快，在浇口附近以湍流形式进入而发生“自由喷射”，夹带空气带入制件，于是制件表面出现云雾斑或闪光一类缺陷。高压注塑往往也是造成制件飞边的主要原因。同时，高压制件脱模残余应力大，脱模困难，容易发生翘曲变形。 保压压力是指对模腔内树脂熔体进行压实以及维护向模腔内进行补料流动所需要的压力。保压压力是重要的注塑工艺参数之一，保压压力和保压时问的选择直接影响注塑制品的质量。保压压力通常及速度通常 是塑料充填模腔时最高压力的50%60%。在生产过程中，保压压力有时采用注塑压力。如果注塑和压实时的压力相等，则往往可以使制件的收缩率减少，并使批量制品之间的尺寸波动较小。缺点是造成脱模时的残余应力较大和成型周期较长。保压压力过大，加之时间较长的话，则有可能将浇口、流道上的冷料挤进制件内，使靠近浇口的部分出现冷料斑。 背压是指螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时对其施加的反向压力。增大背压可以排出原料中的空气，提高熔体密实程度，还会增大熔体内的压力，螺杆后退速度小，塑化过程的剪切作用加强、摩擦热增多、熔体 温度上升，塑化效果提高。但是如果背压过大时，螺杆后退受到较大阻力，在螺杆旋转不断地将塑料推向前方的情况下，将使机头压力增高，从而增大螺槽中的逆流和料筒与螺杆间隙的漏流，反而使塑化的效率降低。2.4.3时间。注塑成型周期主要由注塑时间、保压时间、冷却时间、开模时间组成。注塑时间指注塑活塞在注塑油缸内开始向前运动直至模腔被完全充满为止所经历的时间。注塑时间与制件的厚度、质量和注塑机喷嘴的速度有直接关系，它反比于充模速率。随着充模速度的不同可出现不同的充模效果。注塑时间长，注射速度低，料流速度慢，熔料从浇口开始逐渐向型腔远端流动，料流末端呈球状，先进入型腔的熔料先冷却而流速减慢，接近型腔壁的部分冷却成高弹态的薄壳，而远离型腔壁的部分仍为黏流态，球状料流术端继续延伸至完全充满型腔后，冷却壳的厚度加大而变硬。这种慢速充模由于熔料进入型腔时间长，冷却使得黏度增大，流动阻力也增大，需要用较高注塑压力充模。注塑时间长的优点是流速平稳，制件尺寸比较稳定。波动较小，而且因料流剪切速度减小，制件内应力低。注塑时间长的缺点是容易使制件出现分层和结合不良的熔接痕；注塑时间短，注射速度快，料流速快，熔料从浇口射入模腔，直到熔体冲撞到型腔壁为止，后来的熔料接踵压缩，最后相互折叠熔合成为一个整体。注塑时间短的优点是料温及黏度下降小，可采用较低的注塑压力。高速充模能改进制件的光泽度和平滑度，削除了接缝现象及分层现象，收缩凹陷小，颜色更均匀一致。注塑时间短的缺点是充模速度过快时，有可能转化成“自由喷射”，出现湍流或涡流现象，从而混入空气，使制品起泡。保压时间为从模腔充满后开始，到保压结束为止所经历的时间。保压时间的长短对制品尺寸准确性和外观都有影响。保压期间，模腔内的塑料仍有流动，加上温度持续迅速下降，必然会在制件中形成分子定向。此期间由于塑料冻结较多，所以制件分子定向主要在此期间形成并被固定下来，时间越长，定向程度越大。塑料定向程度过大时，制件各个位置和方向的内应力差异大，脱模时易发生翘曲和龟裂。保压时间长短与料温有很直接的关系，熔料温度越高，浇口封闭时间就长，保压时间也长；反之保压时间短。 冷却时间指保压结束到开启模具所经历的时间。冷却时间主要取决于制品的厚度、塑料的热性能和结晶性能以及模具温度等。冷却时间的终点应以保证制品脱模时不引起变形为原则。冷却时间过长没有必要，不仅降低生产效率，对复杂制件还将造成脱模困难，强行脱模时甚至还会产生脱模应力。 开模时间为模具开启取出制件到下个成型周期开始的时间。2.5常见制品缺陷及产生原因2.5.1短射. 短射是指由于模具模腔填充不完全造成制品不完整的质量缺陷，即熔体在完成填充之前就已经凝结。 短射成因： 流动限制，由于浇注系统设计的不合理导致熔体流动受到限制， 流道过早凝结； 出现滞流或者制品流程过长、过于复杂； 排气不充分，未能及时排出的气体会产生阻止流体前沿前进的压力，从而导致短射发生。 模其温度或者熔体温度过低，降低了熔体的流动性，导致填充不完全； 成型材料不足，注塑机塑量不足或者螺杆速率过低也会造成短射； 注塑机缺陷，入料堵塞或者螺杆前端缺料等，都会造成压力损失和成型材料体积不足，形成短射。解决方案： 避免滞流现象的发生 尽量消除气穴，将气穴放置在容易排气的位置或利用顶杆排放气体；增加模具温度和熔体温度； 增加螺杆速率，螺杆速率的增加会产生更多的剪切热，降低熔体粘性，增加流动性； 改进制品设计，使用平衡流道，并尽是减小制品厚度的差异，减小制品流程的复杂程度。 更换成型材料，选用具有较小粘性的材料，材料粘性小，易于填充，而且完成填充所需要的注塑压力也会降低。 增大注塑压力最大值。 2.5.2气穴气穴是指由于熔体前沿汇聚而在塑件内部或者模腔表面形成的气泡。 气穴成因： 跑道效应； 滞流； 流长不平衡，即使制件厚度均匀，各个方向上的流长也不一定 相同，导致气穴产生； 排气不充分，在制件最后填充区域缺少排气口或者排气口不足是引起气穴形成的最常见原因。 解决方案： 平衡流长； 避免滞流和跑道效应的出现，对浇注系统作修改，从而使制品最后填充位置位于容易排气的区域； 充分排气，将气穴放置在容易排气的位置或利用顶杆排放气体。 2.5.3熔接痕和熔接线 当两个或多个流动前沿融合时，会形成熔接痕和熔接线。熔接痕和熔接线成因：由于的几何形状，填充过程中出现两个或多个流动前沿时，很容易形成熔接痕和熔接线。解决方案： 增加模具温度和熔体温度，使两个相遇的熔体前沿融合更好； 增加螺杆速率； 改进浇注系统的设计，在保持熔体流动速率的前提下减小流道尺寸，以产生摩擦热。 如果不能消除熔接线和熔接痕，那么应使其位于制品上较不敏感的区域，以防止影晌制品的机械性能和表观质量。通过改变浇口位置或改变制品壁厚可以改变熔接线和熔接痕的位置。2.5.4滞流 滞流是指某个流动路径上的流动变缓甚至停止。 滞流成因： 如果流动路径上出现壁厚差异，熔体会选择阻力较小的壁厚区域首先填充，这会造成薄壁区域填充缓慢或者停止填充，一旦熔体变缓，冷却速度就会加快，粘度增大，从而使流动更加缓慢，形成循环。滞流通常出现在筋、制件上与其他区域存在较大厚度差异的薄壁区域等。 滞流会产生制品表面变化，导致保压效果低劣、高应力和分子趋向不均匀，降低制品质量。如果滞流的熔体前沿完全冷却，那么成型缺陷就由滞流变为短射。 解决方案： 浇口位置远离可能发生滞流的区域； 尽量使容易发生滞流的区域成为最后填充区域；增加容易发生滞流区域的壁厚，从而减小其对熔体流动的阻力； 选用粘度较小的成型材料； 增加注塑速率以减小滞流时问；增大熔体温度，使熔体更容易进入滞流区域。 2.5.5飞边 飞边是指在分型面或者顶杆部位从模具腔溢出的一薄层材料。飞边仍然和制件相连，通常需要用手工清除。 飞边成因： 模具分型面闭合性差，模具变形或者存在阻塞物； 锁模力过小，锁模力必须大于模具模腔内的压力，有效保证模具闭合； 过保压；成型条件有待优化，如成型材料粘度、注塑速率、浇注系统等； 排气位置不当。 解决方案： 确保模具分型面能很好的闭合； 避免保压过度； 选择具有较大锁模力的注塑机； 设置合适的排气位置；优化成型条件。 2.5.6跑道效应 跑道效应指在制件薄壁区域未充满之前熔体已经完成了对厚壁区域 的填充。 跑道效应成因： 跑道效应是典型的流动不平衡现象，会产生气穴和熔接线。解决方案： 从产品的设计角度来讲，壁厚的差异有时是不可避免的，为了防止 出现跑道效应，应当尽量使模腔内的流动平衡，即熔体在同一时间完成 对模腔内各区域的填充。可以通过改变浇口位置或者采用多浇口的浇注系统实现平衡流动。 2.5.7过保压 过保压是指当一个流程还在进行填充的时候，另一个流程已经开始压实过多填充材料。 过保压成因： 当制件最易填满的过程完成填充后，这个区域就会出现过保压现象。 此时由于其他流程还未完成填充，注塑压力会继续将熔体向这个已经填满的区域推进，从而形成高密度高应力区域。形成过保压的主要原因是流动不平衡。 解决方案： 建立平衡的流动； 选择适当的浇口位置使各个方向的流长尽量相等； 去掉不必要的浇口。2.5.8色差 色差是指由于成型材料颜色发生变化而出现的制件色彩缺陷。 色差成因： 通常是由材料降解引起的。过大的注塑速率、过高的熔体温度以及不合理的螺杆和浇注系统设计都会引起材料降解。 解决方案： 优化浇注系统的设计； 修改螺杆的殴计； 选用较小泣塑量的注射机； 优化熔体温度； 优化背压、螺杆旋转速率和注塑速度； 设置合理的排气位置。 2.5.9喷射 当熔体以高注塑速率经过流动受限的区域如喷嘴、浇口，进入面积较大的厚壁模腔时，会形成蛇形喷射流。 喷射成因： 螺杆速率过高。 浇口位置不合理，熔体与模具接触性差，容易导致喷射发生。 浇注系统设计不合理。 解决方案： 优化浇口位置和浇口类型，改变浇口类型以降低熔体剪切速率和剪切应力； 优化螺杆速率曲线。 2.5.10不平衡流动 不平衡流动指在其他流程还未填满之前，某些流程已经完全充满。 平衡流动是指模具的末端在同一时间完成填充。 不平衡流动成因： 流长不平衡以及制件壁厚的差异都可能引起流动不平衡。不平衡流动可能导致产生许多成型问题，如飞边、短射、制件密度不均匀、气穴和产生过多熔接线等。因此，制件的流动模式一定要平衡。 解决方案： 通过增加或减小区域厚度来增强或减缓某个方向上的流动，从而获得平衡流动； 优化浇口位置。第3章 moldflow分析流程3.1新建项目。project（工程项目）是moldflow中的最高管理单位，项目中包含的所有信息都存放在一个路径下。 选择file菜单下的new project（新建工程项目）命令以创建一个新的用户项目，如图3-1所示。 图3-1 新建项目3.2导入CAD模型。向当前的项目中导入CAD模型可以选择文件菜单中的导入命令，如图3-2所示。图3-2导入CAD模型3.3划分网格。在导入或新建模型之后，要对未划分网格的模型进行网格划分。如图3-3所示。 图3-3网格划分后的模型3.4 网格修复。网格划分网格后，紧接着就要进行网格信息统计（图3-4），然后根据统计信息依次进行诊断，如果诊断结果显示存在不合理的网格，就要运用网格工具（图3-5）对网格进行修改，直到网格诊断结果合理为止。 图3-4 网格统计图3-5网格修复工具3.5创建模腔及浇注系统。如图3-5所示，建立模腔个浇注系统。图3-53.6创建冷却水道。如图3-6创建冷却水道。图3-6 3.7选择分析类型。通常进行的moldflow分析都是flow（流动）或者cool（冷却）。首先 利用Gate location进行浇口最佳位置的分析，然后利用浇口分析结果进行Fill（填充）分析。如图3-7. 图3-7选择填充分析3.8选择成型材料。根据设计所选用的材料，在moldflow的材料选择中选择相近的材料进行分析。如图3-8所示。 图3-8选择成型材料3.9分析双击study tasks窗口中的立即分析！进行分析。如图3-9所示。 图3-9选择分析 分析完成后，对应的study tasks窗口中原来立即分析！的位置下出现了分析的结果列表，如图3-10所示。 图3-10从分析结果中得到足够的信息后，就可以根掘制品的分析对产品结构设计、模具设计以及工艺条件进行调整以获得最好的成型放果。填充的分析结果如图3-11. 图3-11填充分析结果填充时间分析结果。填充时问是fill和flow分析的一个重要结果； 压力分析结果。压力结果显示了填充过程中模腔内的压力分布； 流动前沿温度分析结果。合理的温度分布应该是均匀的，即这个模型的温差不能太大； 冷凝层因子分析结果。它可以决定保压时间长短； 注塑口压力曲线分析结果。注塑压力的大小是成型过程中的重要参数，直接决定了该件成型用注塑机要提供注塑压力值大小的下限； 螺杆速率曲线分析结果。这个曲线可以用于设定注塑机螺杆在注塑过程中的运动： 气穴位置分析结果。气穴应当分布在分型面或者筋的末端；熔接线分析结果。熔接线应尽量避免，当无法避免时，就使其处于非外观处及不影响功能要求的位置。第4章 moldflow流动分析结果及应用4.1流动分析结果这里主要进行了填充时间分析、压力分析、流动前沿温度分析、 冷凝层因子分析、注塑口压力曲线分析、气穴位置分析和熔接线分析。4.1.1填充时间分析。低速填充时，流速平稳，制品尺寸比较稳定，波动较小，制品内应力低，制品内外各向应力趋于一致。在较为缓慢的充模条件下，料流的温差，特别是浇口前后料的温差大，有助于避免缩孔和凹陷的发生。但由于充模时间延续较长容易使制件出现分层和结合不良的熔接痕，不但影响外观，而且使机械强度大大降低。 高速填充时，料流速度快，当高速充模顺利时，熔料很快充满型腔，料温下降得少，黏度下降得也少，可以采用较低的注射压力，是一种热料充模态势。高速充模能改进制件的光泽度和平滑度，消除了接缝线现象及分层现象， 收缩凹陷小，颜色均匀一致，对制件较大部分能保证丰满。但容易产生制品起泡或制件发黄，甚至烧伤变焦，或造成脱模困难，或出现充模不均的现象。 零件所选用的材料为塑料黏度高，流动性差的POM，熔料到达薄壁处易冷凝而滞留，所以采用低压慢速不能完全充满型腔各个角落的。另外零件对颜色的要求也很高，不能出现制件发黄及烧伤现象， 所以又不能采用高速填充。从图5-1可以看出，填充速度为2.465秒，最远两端（上下）的时间差为 0.6左右秒。既保证了整体的填充时间，同时又能够保证外观的功能要求 图4-1填充时间分析结果4.1.2压力分析 使用的最大压力应低于注射机的压力极限，很多注射机的压力极限为 140MPa。模具的设计压力极限最好为100MPa左右。如果所用注塑机的压力极限高于140MPa，则设计极限可相应增大。模具的设计压力极限应大约为注射机极限的80%。假如分析没有包括浇注系统，设计压力极限应为注射机极限的50%。 同充模时间一样，压力分布也应该平衡。压力图和充模时间图看起来应该十分相似，如果相似。则充模时制件内就只有很少或没有潜流。 从图4-2中可以看出，最大压力为88.56MPa，压力低于注射机的 压力极限100Pa。 另外从图中我们也可以看出，压力分布并不是均匀的。是由于产品的结构造成的，因为根据产品的功能要求，无法将产品设计成对称结构。所以在注塑过程要根据分析结果进行全理的参数控制，保证产品的质量要求，避免产品发生注塑缺陷。图4-2压力分析结果 4.1.3流动前沿温度分析 流动前沿温度是聚合物熔体充填一个节点时中间流温度。因为它代表的是截面中心的温度，因此其变化不大。 流动静沿温度图可与熔接线圈结合使用。熔接线形成时熔体的温度高，则熔接线的质量就好。而在一个截面内熔接线首先形成的地方是截面的中心，因此，如果流动前沿的温度高，熔接线强度通常都高。 同时，流动前沿的温度接近熔体温度易于成型，但是严禁前沿温度 超过熔体温度，如果超过熔体温度将会造成产品烧伤现象。反之，如果前沿温度过低，将会导致产品成型困难。 从图4-3中可以看出，流动前沿的温度低于我们所选择的原材料的熔体温度，能够很好满足产品的成型要求，同时又不会出现产品质量缺陷问题。 图4-3流动前沿温度分析结果4.1.4冻结层因子分析 冻结层厚度是中间数据结果。要观察制件和浇口冻结的时间，该结果非常有用。它可以决定保压补缩时问的长短。 保压补缩是从熔体充满型腔时起至柱塞或螺杆退回时为止的时间内，塑料仍处于螺杆的压力下，熔体会继续注入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙，使模腔中的塑料能成型出形状完整而致密的塑件。这对提高塑件质量、减少塑件的收缩、克服缺陷具有重要意义。所以冷凝层百分比比例不可以过高，如果过高会使制件上靠近浇口的一些区域冻结得早，就会造成补缩因难，从而导致远离浇口的区域具有高的收缩率。注塑出来的产品就会有明显的缩痕，影响产品的外观及使用功能。 从图4-4中，可以看出冻结层因子比例为0.25左右。所以，可以很好的满足保压补缩，从而保证产品的质量。 图4-4冻结层因子分析结果4.1.5注塑口压力曲线分析 注射节点足观察2维XY图的常用节点。通过注射位置压力的XY图 可以容易地看到压力的变化情况。当聚合物熔体被注入型腔后，压力持续增高。假如压力出现尖蜂（通常出现在充模快结束时），表明制件没有很好达到平衡充模，或者是由于流动前沿物料体积的明显减少使流动前沿的速度提高。注塑口压力是注塑参数中较为重要的参数，如果参数设置不合理， 将会出现过注和欠注的质量缺陷。同时，注塑口压力直接决定了注塑机的最小压力。从图4-5中可以看出，注塑该产品所用的注塑机最小压力要保证在80MPa以上，而我们 通常所用的注塑机压力在140MPa左右。 图4-5注塑口压力曲线分析结果4.1.6气穴位置分析 气穴定义在节点位置，当材料从各个方向流向同一个节点时就会形成气穴。气穴将显示在其真正出现的位置，但当气穴位于分型面时，气体可以排出。 气穴可能造成欠注和保压不充分，从而造成严重的产品质量缺陷。所以制件上的气穴应该消除。可使用几种方法做到这一点，如改变制件的壁厚、浇口位置和注射时间都有助于消除气穴。 另外，我们尽量使气穴处于分型面的区域。这样将保证在注塑过程中有利于气体的排放。如图4-6所示，分析结果表明气穴并不都在分型面附近，基本处于下端面尾处，因此设计模具时，应考虑在改位置增加排气措施。 图4-6气穴分析结果4.1.7熔接线分析 当两股聚合物熔体的流动前沿汇集到一起，或一股流动前沿分开后又合到一起时，就会产生熔接线，如聚合物熔体沿一个孔流动。有时， 当有明显的流速差时，也会形成熔接线。厚壁处的材料流得快，薄壁处流得慢，在厚薄交界处就可能形成熔接线。熔接线为分流汇交部位，很难避免，但通过调整参数可以改变熔接线的位置，也可以通过产品设计时注意壁厚的均匀来减小熔接痕，同时要使熔接线处于受力较小、不能影响外观的位置。熔接线对网格密度非常敏感。由于网格划分的原因，有时熔接线可能显现在并不存在的地方，或有时在真正有熔接线的地方没有显示。为确定熔接线是否存在，可与充模时间一起显示。同时熔接线也可与温度图和压力图一起显示，以判断它们的相对质量。 图4-7熔接痕分析结果4.2流动分析结果应用通过流动分析结果，要不断优化产品设计、模具设计和工艺参数的调整。最终完成产品的结构设计工作、模具最终的设计工作和注塑工艺参数的设定。 4.2.1流动分析结果在模具设计中的应用。moldflow流动分析结果在模具设计中应用主要是用来确定浇注系统的设计来保证注塑过程的准确、确保模具的结构要同材料的流动性相一致、保证模具的结构与材料的结晶与取向相一致和确保排气系统的设计能够满足气体的有效排出来避免气穴的产生。在流动分析结果中主要用于模具设计的结果有填充时间分析结果、熔接线分析结果、气穴位置分析结果、压力分析结果和流动前沿温度分析结果。4.2.1.1填充时间分析结果的应用 浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内外部质量及模具的结构、塑料的利用率等有较大影响。浇注系统主要由主流道、分流道、冷料井和浇口四部分组成。 主流道是指浇注系统中从注塑机喷嘴与模具接触处开始到分流道为 止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分。它与注塑机喷嘴在同一轴心上，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响。因此。在设计主流道结构时必须使熔体的温度降和压力损失最小。根据填充时间分析结果知道填充时间为3秒左右，时间较短。所以 我们将主流道设计成圆锥形并安装在模具的浇口套中。 分流道是在温度较高的塑料熔体和温度相对较低的模具之间提供较小的接触面积，以减少热量的损失。因为此零件注塑时间较短，所以热量损失一定要控制在最小，同时我们又要考虑到可制造性和经济性，所以我们最终对分流道的结构采用的是T型结构。这样既满足了加工较容易，又保证了热量损失与压力损失均比较少。冷料井是浇注系统的结构之一，它的作用是容纳浇注系统流道中料流前锋冷料，以免这些冷料进入型腔。因为，如果这些冷料进入到型腔 里面，既会影响熔体填充的速度，又影响成型塑件的质量。但是在一些 结构不复杂的，表面质量要求不高的制品中，冷料井是可以省略的。我们考虑到制造及使用的效率，我们将冷料井结构设计为倒锥形。 浇口的结构设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑料件能否被保证质量地注射成，功。在填充分析结果中可以看到采用四个浇口，同时将四个浇口分布在整个制件的中间位置，可以很好的满足填充时问的平衡。由于此产品所选用的材料POM具有很大的黏度，所以在设计浇口结构时采用的是点浇口，点浇口是一种截面尺寸很小的浇口，俗称小浇口。这种浇口由于前后两端存在较大的压力差，可较大程度地增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表现黏度下降，流动性增加，有利于型腔的填充，因而对于薄壁塑件是相当有利的。这种浇口还容易实 现自动切断料把，浇口在制品上的残留痕迹小而不影响制品表面质量。 通过上述内容我们知道浇注系统的形式、尺寸、结构以及冷却系统的设计和熔料的流动阻力等因素都会直接影响熔料的流动性。4.2.1.2熔接线分析结果的应用 从熔接线分析结果中我们看到了熔接线的分布位置。总体上来讲，这些熔接线所在的位置对零件并没有太大影响，但是熔接线的存在将会对产品的力学性能产生一定的影响。所以为了我们要尽量减少熔接线的数量，同时要保证熔接线处的机械强度，我们必须在设计模具浇注系统时，在保持熔体流动速率的前提下尽量减小流道尺寸，这样就可以产生摩擦热来保证熔体在接合处的充分熔合，保证熔接线处的机械强度。另外熔接线分析结果还将与流动前沿温度分析结果结合用于设定注塑工艺参数设置时使用，因为工艺参数的变动也能有效的减少熔接线的数量。4.2.1.3气穴位置分析结果的应用 气穴的产生主要是模腔内的气体没有合理的排放出去。而对制品质量影响最大的就是塑料的分解。塑料的分解是在聚合物成型过程中，由于压力、温度以及高温下微量水分、酸、碱、氧等的作用，聚合物发生降解或裂解除是不可避免的。但是降解过程中产生的小分子会产生高于塑料分解的温度，从而浇焦塑料制品形成外观缺陷。因此在进行排气系统设计时，主要考虑的就是要将物料熔体注射充模的瞬间，模腔的原有空气、物料蒸发出的水蒸气、热分解或化学反应的气体，顺利的排出模腔，否则就会使充模速率降低，或是气体溶入物料当中产尘气泡，或是受高压升温而灼伤制品。 通过气穴位置分析结果我们可以清晰的看到气穴的产生位置。这样我们就会在模具排气系统设计时要充分的考虑到这些位置的排气。通常 模具的主要的排气方式有分型面排气和型腔局部设排气塞排气。分型面排气是指在分型面上开设排气槽进行排气，从分析结果知道气穴产生的位置主