清洗器注射成型工艺分析及模具设计毕业论文.doc

太原科技大学毕业设计清洗器注射成型工艺分析及模具设计毕业论文目 录目 录I摘要IVAbstractV前 言- 1 -第一章 工艺参数的确定- 2 -1.1塑件成型工艺性分析- 2 -1.1.1塑件（一次性清洗器外筒）分析- 2 -1.1.2成型工艺性分析- 3 -1.1.3热塑性塑料的注射成型过程及工艺参数- 3 -1.2 确定型腔数量及排列方式- 5 -1.3注射机型号的确定- 5 -1.3.1所需注射量的计算- 6 -1.3.2注射机型号的确定- 6 -1.3.3型腔数量及注射机有关工艺参数的校核- 7 -1.4 浇注系统形式与浇口的设计- 9 -1.4.1主流道的设计- 10 -1.4.2 冷料穴的设计- 11 -1.4.3分流道的设计- 11 -1.4.4 浇口的设计- 13 -1.4.5浇注系统的平衡- 14 -1.5温度调节系统的设计- 15 -1.5.1加热系统- 15 -1.5.2冷却系统- 15 -1.5.3冷却装置的布置- 17 -1.6 用Moldflow软件进行分析注塑成型分析- 17 -1.6.1 分析前处理- 17 -1.6.2 分析计算- 19 -1.6.3分析结果及相关后处理- 19 -1.7优化后的结果分析- 30 -1.7.1设计参数的调整- 30 -1.7.2参数优化后的分析结果- 30 -第二章 模具的设计- 37 -2.1拟定模具结构形式- 37 -2.1.1分型面位置的确定- 37 -2.1.2模具结构形式的确定- 39 -2.2注射机工艺参数的校核- 39 -2.2.1 喷嘴尺寸- 39 -2.2.2定位圈尺寸- 39 -2.2.3最大与最小模厚- 40 -2.2.4开模行程的校核- 40 -2.2.5模架尺寸与注射机拉杆内间距校核- 40 -2.3成型零件的结构设计和计算- 41 -2.3.1型芯的设计计算- 41 -2.3.2斜滑块的设计计算- 42 -2.3.3 动模型腔套的设计计算- 43 -2.3.4滑块盖板的设计计算- 44 -2.3.5成型推杆的设计计算- 45 -2.3.6型腔零件强度、刚度的校核- 45 -2.4 模架的确定和标准件的选用- 47 -2.4.1定模座板- 47 -2.4.2 定模板- 47 -2.4.3动模板- 48 -2.4.4动模垫板- 48 -2.4.5垫块- 48 -2.4.6推杆支承板- 48 -2.4.7 推杆固定板- 48 -2.4.8 动模座板- 48 -2.5合模导向机构的设计- 49 -2.5.1导向机构的总体设计- 49 -2.5.2导柱设计- 49 -2.5.3导套设计- 49 -2.6 脱模推出机构的设计- 50 -2.6.1推出机构的设计原则- 50 -2.6.2塑件推出的推杆的设计- 50 -2.6.3脱模力的计算- 51 -2.7 侧向分型与抽芯机构的设计- 53 -2.7.1侧向分型与抽芯机构类型的选择- 53 -2.7.2斜滑块的组合形式- 53 -2.7.3斜滑块的装配要求- 53 -2.7.4 模具设计要点- 54 -2.8模具工作过程- 54 -致谢- 56 -参考文献- 57 -附录- 58 -CAD/CAE/CAM- 58 -清洗器注射成型工艺分析及模具设计前 言模具是现代化工业生产的重要工艺装备，被称为“工业之母”。而塑料模具又是在整个模具工业中的一枝独秀。工业技术部断进步的一个重要标志是计算机应用的日益普及。在机械制造业，计算机辅助设计(CAD)技术的地位和角色正在发生深刻的转变-由稀有昂贵的高级技术资源普及称为常规的和必要的技术手段。随着全球制造业向我国的转移，这种转变已经呈现出加速的趋势，形成了对该领域技术人才巨大的市场需求。今年来，模具行业发展迅速，在制造业中的地位日益突出。针对模具设计和塑料成型的CAE软件可以协助设计人员在模具设计过程中及早发现模具和成型过程中可能存在的问题，从而可以更加快速地做出设计方案，有效地缩短设计生产周期并降低成本。Moldflow软件为注塑成型设计和生产提供了高效的解决方法。Moldflow Plastics Insight简称为MPI，它是原Moldflow动态系列的升级产品，是一个更为深入的制件和模具设计分析得软件集成体，它提供了强大的分析功能、可视化功能和项目管理工具。MPI使用者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，从而获得高质量的产品。MPI能够模拟最广泛的热塑性塑料和热固性塑料注射成型中的制造工艺。可以模拟热塑性塑料注射成型过程中的充填、保压以及冷却阶段，还能预测出制品成型后的缺陷，如制品翘曲变形等。甚至能够分析纤维流动情况，预测纤维的取向并在预测产品翘曲时加以考虑。本次的设计是大学生涯的最后一次综合性的课程设计；是我们对大学四年所学专业理论知识和技能的一次综合性训练。模具设计是一项很复杂的工作，它要求我们在掌握理论知识的基础上要有更好的实践经验。设计一副好的模具，其中牵涉到许多的内容工艺，一套模具有多种工艺方案，在进行的比较中需要考虑的内容包括对塑件成型工艺的分析，如何确定分型面、型腔数目以及选择注射机型号。确定模具的总体结构、型腔、型芯的结构，同时还考虑了模具制造工艺的可行性以及模具制造的经济性；浇注系统的设计，确定浇口形式及位置大小；确定主流道，分流道和冷料穴的形式及尺寸；脱模机构的设计，脱模力的计算；模架的确定；侧向分型及抽芯机构的设计，导向机构的设计，冷却系统的设计。同时用Moldflow软件对制件进行动态分析，提高了成型的可靠性。第一章 工艺参数的确定注射成型过程中，塑料在型腔中的流动和成型，与材料的性能、制品的形状尺寸、成型温度、成型速度、成型压力、成型时间、型腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。在模具基本设计完成后，可以通过注塑成型分析，发现设计中存在的缺陷，从而保证模具设计的合理性，提高模具的一次试模成功率，降低企业生产成本。注塑成型CAE分析得内容和结果为模具设计和制造提供可靠、优化的参考数据，其中主要包括： 浇注系统的平衡，浇口的数量、位置和大小； 熔接痕的位置预测； 注塑过程中的注射压力和熔融料体在填充过程中的压力损失； 型腔内部的温度变化； 熔融料体的温度变化；根据注塑成型的CAE分析结果，就可以判断模具及其浇注系统的设计是否合理，其中的一些基本原则如下： 各流道的压差要比较小，压力损失要基本一致： 整个浇注系统要基本平衡，即保证熔融料体要同时到达，同时充满型腔； 型腔要基本同时填充完毕； 填充时间要尽可能短，总体注射压力要小，压力损失压要小； 填充结束时熔融料体的温度梯度不大； 熔接痕和气穴位置合理，不影响产品质量。1.1塑件成型工艺性分析1.1.1塑件（一次性清洗器外筒）分析塑件为一次性清洗器外筒，材料为PP,，如图1.1所示。属于长筒薄壁件，壁厚1.2mm，长165.2mm，在筒的底部有一圆环和一翼状结构，筒外表面一侧有刻度线。要求壁厚均匀，表面光滑，无毛刺。生产要求为大批量生产。一次性清洗器的结构类似于普通的注射器，使用方法也大致相同，只是其外侧的圆环使其固定在支架上。 图1.1 一次性清洗器产品图1.1.2成型工艺性分析精度等级。查文献【1】表3-10可知对于聚丙烯（PP）,采用一般等级MT3.脱模斜度。该塑件壁厚为1.2mm，其脱模斜度参考文献【2】中的表8.5-7得，内表面2545，外表面2045 。 1.1.3热塑性塑料的注射成型过程及工艺参数（1）注射成型过程成型前的准备。 注射过程。 塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为加料、塑化、充模、保压、倒流、冷却、脱模等阶段。塑件的后处理。 （2）PP的注射工艺参数查文献【1】表3.1可知 注射机：螺杆式。螺杆速率（r/min）:3060；喷嘴温度（）：170190；喷嘴形式：直通式；料筒温度（）：前段 180200； 中段 200220； 后段 160170；模具温度（）：4080；注射压力（MPa）:70120;保压压力（MPa）:5060；成型时间（s）：注射时间：05；保压时间2060；冷却时间：1550； 成型周期：40120。(3) PP性能分析使用性能 聚丙烯由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化,故熔点高达167,耐热,制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度0.90g/cm3,是最轻的通用塑料。耐腐蚀,抗张强度30MPa，强度、刚性和透明性都比聚乙烯好。缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。可用于制作各种机械零件，如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件；可作水、蒸汽、各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里、表面涂层、可制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，并用于医药工业。成型性能吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解。流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形。冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料。温低温高压时容易取向,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,流痕,90度以上易发生翘曲变形塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中。PP的主要性能指标参考文献【3】表9-6，得PP的主要性能指标见表1.1表1.1 PP的主要性能指标密度/(g/)0.900.91体积电阻系数/(cm)比体积/(/g)1101.11抗拉强度/MPa37吸水率24h/(%)0.010.83击穿强度E/(kV/mm)30玻璃化温度/(0.6MPa) 102115(0.185MPa)5667抗弯强度/MPa67.5熔点/170176计算收缩率/(%)1.03.0 1.2 确定型腔数量及排列方式 一般来说，大中型塑件和精度要求较高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。故由此初步拟定采用一模四腔，如图1.2所示 图1.2 型腔布置1.3注射机型号的确定注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模时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大小及型腔的数目和排列方式，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、注射时间、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、开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机。1.3.1所需注射量的计算（1）塑件质量、体积计算对于该设计，用Pro/进行造型，并用Moldflow分析时可以得知：塑件总体积： =75.4034;塑件总质量: =75.40340.91=68.617g.（2）浇注系统凝料的初步估算可按塑件体积的0.6倍进行计算，因为该模具采用一模四腔，所以浇注系统凝料体积为 =*0.6=75.40340.6=45.2604;（3）该模具一次注射所需塑料PP体积: =+ =75.4034+45.2604=120.6638;质量：=0.91120.6638=109.8046g.1.3.2注射机型号的确定根据以上的计算参考文献【3】表13-1，可初步选定型号SZ-125/630型卧式注射机，其主要参数见表1.2表1.2 SZ-125/630型卧式注射机主要参数理论注射容积/140拉杆内向距/mm370320螺杆直径/mm40移模行程/mm270注射压力/MPa126最大模具厚度/mm300注射速率/(g/s)110最小模具厚度/mm150塑化能力/(g/s)16.8锁模形式双曲轴螺杆转速/(r/min)14200模具定位孔直径/mm125锁模力/kN530喷嘴球半径/mm15 1.3.3型腔数量及注射机有关工艺参数的校核（1）型腔数量的校核由注射机料筒塑化速率校核型腔数量 n;式中 K- 注射机最大注射量的利用系数，结晶型塑料一般取0.75； M- 注射机的额定塑化量(g/s)，该注射机为16.8 g/s；t-成型周期，可取50s；-单个塑件的质量和体积(g或),取=17.154g；-浇注系统所需塑料质量和体积（g或），取=0.64 .将各参数代入式中可得右边=34.34,所以符合要求。按注射机的最大注射量校核型腔数量n式中 -注射机允许的最大注射量（g或），该注射机为140;将各参数代入式中可得右边=3.174,所以符合要求。 按注射机的最大注射量校核型腔数量n式中 -注射机允许的最大注射量（g或），该注射机为179;将各参数代入式中可得右边=4.7214,符合要求.按注射机的额定锁模力校核型腔数量p(nA+)式中 -注射机的额定锁模力,N;该注射机为1000kN. A-单个塑件在模具分型面上的投影面积，； -浇注系统在模具分型面上的投影面积，； p-塑料熔体对型腔的成型压力，其大小一般是注射压力的80%,MPa.注射压力大小参考文献【1】表3.1得70120 MPa，可取100 MPa.nA+由Moldflow分析可得其值为15.444将各参数代入式中可得左边=123.55kN1000kN,符合要求.（2）注射机工艺参数的校核注射量校核注射量以容积表示 最大注射容积为 =V=0。75179=134.25式中 -模具型腔和流道的最大容积（）； V-指定型号与规格的注射机注射量容积（），该注射机为179；-注射系数，取0.750.85，无定型塑料可取0.85，结晶性塑料取0.75。对于聚丙烯，取0.75.倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料膜在料筒中停留时间久会过长。所以最小注射容积=0.25V=0.25179=44.75。故每次注射的实际注射量容积应满足,而=120.6638，符合要求。锁模力校核当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生使模具分型面涨开的力，这个力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压力，它应小于注射机的额定锁模力，才能保证注射时不发生溢料的现象，即：=p(nA+)在前面已经校核，符合要求。最大注射压力校核注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力=132 MPa（见表3），应该大于注射成型时所需调用的注射压力，即式中 -安全系数，常取=1.251.4； 实际生产中，该塑件成型时所需注射压力为70120 MPa。代入式中计算，符合要求。1.4 浇注系统形式与浇口的设计浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压、传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通浇注系统，包括主流道、分流道、冷料穴、浇口。1.4.1主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。（1） 主流道尺寸主流道小端直径 D=注射机喷嘴直径+（0.51） D=4+（0.51），取5mm.主流道球面半径 =注射机喷嘴球半径+（12） =10+（12），取12mm。球面配合高度 h=3mm5mm,取h=3mm。主流道长度 尽量小于60mm，由标准模架结合该模具的结构选，取L=25+32=57mm。主流道大端直径 =D+2L7.992mm (半锥角为12，取2)，取=8mm。浇口套总长 =32+25+h=60mm，参考文献【3】表7-9得，取规格为63mm的浇口套。（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，一边有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢。参考文献【3】表7-9，本设计选用T10A钢，热处理硬度为50HRC55HRC.具体尺寸如图1.3所示。图1.3 浇口套1.4.2 冷料穴的设计（1）主流道冷料穴的设计开模时应将主流道中的凝料拉出，所以冷料穴直径应稍大于主流道大端直径。由于该模具具有垂直分型面即侧向分型，冷料穴分别开在左右瓣合模撒谎能够，开模时，将主流道中的凝料拉出；侧向分型时，冷料穴中的凝料及塑件同时被推出。该模具采用底部无杆的圆环槽冷料穴，如图1.4所示。图 1.4 主流道冷料穴d其中为主流道大端直径，该模具取d+2=10mm,冷料穴深度为d=6mm.(2)分流道冷料穴的设计当分流道较长时，可将分流道端部沿料硫前进方向延长作为分流道冷料穴，以贮存前锋冷料。1.4.3分流道的设计（1）分流道的布置形式分流道在分型面上的布置与前面所述的型腔的排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面饿原则：一方面排列紧凑、缩小模具版面尺寸；另一方面流程尽量短，锁模力力求平衡。该模具的流道布置形式采用平衡式，定模部分与瓣合模上均开有分流道。该流道形式是由模具结构形式所确定的，分流道的布置形式如图1.5所示。图1.5 分流道布置形式（2）分流道的长度、形状和尺寸分流道的长度应尽可能的短，且少弯折，以便减少压力损失和热量损失，节约塑料的原材料和降低能耗。由于聚丙烯的流动性较好，为了便于分流道的加工，采用圆形分流道，其直径为6mm.其长度如图1.6所示。 图1.6 分流道的尺寸和形状（3） 分流道的表面粗糙度由于分流道中于模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙度并不要求很低，一般取0.631.6，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。此处=0.81.4.4 浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口截面积通常为分流道截面积的0.070.08倍，浇口截面形状多为矩形和圆形两种，浇口长度为0.52mm。浇口的具体尺寸一般根据经验确定。(1) 浇口类型及位置的确定用Moldflow软件分析得知，采用图4所示的型腔排布方式后，最佳浇口位置在翼状结构的两侧。潜伏式浇口又称剪切浇口，由点浇口变异而来。这种浇口的分流道位于模具的分型面上，而浇口却斜向开设在模具的隐蔽处。塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端部注入型腔，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量和美观效果。对于该制件，相对合适。（2）浇口结构形式及尺寸的经验计算潜伏式浇口的结构如图1.7 图1.7 潜伏式浇口的形式潜伏式浇口尺寸的经验计算查参考文献【2】公式（9.2-19）式中 d-潜伏式浇口的直径,mm;A-型腔的表面积, ;C-制品壁厚的函数值,见参考文献【2】表9.2-3,取0.23;n-塑料材料系数，见参考文献【2】表9.2-2，取0.7.将各数据代入式中可得 d=0.936 mm,取1.0 mm1.4.5浇注系统的平衡对于该模具，从主浇道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相等，各个浇口也相同，浇注系统显然是平衡的。1.5温度调节系统的设计1.5.1加热系统由于该套模具的模温要求在80以下，又是小型模具，所以无需设置加热装置。1.5.2冷却系统一般注射到模具内的塑料温度为200左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在60以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。对于聚丙烯(PP)，由于其黏度低，流动性好，成型工艺要求模温不太高，聚丙烯(PP)的成型温度和模具温度分别为220260、4080。所以常用常温水对模具进行冷却。（1） 冷却介质 因为水的热容量大、传热系数大，成本低，所以冷却介质选择水，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。（2） 冷却系统的粗略计算如果忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步的和简略的计算。塑件在固化时每小时释放的热量Q查文献【1】表10.2得聚丙烯(PP)单位质量放出的热量q=5.9 ，故 Q=Wq式中 W-单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量(kg/min）; Q=10.5605.9=371.7kJ/min冷却水的体积流量 =式中 W-单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量(kg/min）. q-聚丙烯(PP)单位质量放出的热量, 5.9 k;-冷却水的密度，为1.0kg/ ; -冷却水的比热容，为4.187kJ/(kg); -冷却水出口温度，取25；-冷却水入口温度，取20.将各数据代入式中可得=17.75冷却管道直径d参考文献【2】表9.8-1,为使冷却水处于湍流状态，取d=10mm.冷却水在管道内的流速v参考文献【2】的式（9.8-20）知，v= 将各数据代入式中可得 v=3.769m/s冷却水的表面传热系数a可用如下公式计算：a= 式中 a-冷却水的表面传热系数，W/( )； -冷却水的密度，为1.0kg/ ;v-冷却水的流速，m/s;d-冷却水孔直径,mm;-与冷却水温度有关的物理系数，其值查文献【1】表10.3得=7.95.将各数据代入式中可得 a=14499.6 kJ/（h）冷却回路所需的总表面积 冷却回路所需的总表面积A 可按下式计算：A= 式中 A-冷却回路所需的总表面积，;M-单位时间内注入模具中的塑料质量,kg/h;q-单位质量塑料在模具内放出的热量，J/kg;a-冷却水的表面传热系数，W/( );-模具成型表面的温度, ；取60;-冷却水的平均温度,；取25。将各数据代入式中可得 A=0.0122.模具上应开设的冷却管道的孔数nn=式中 L-斜滑块的长度,400mm.将各数据代入式中可得 n=0.97考虑到斜滑块为2块，每块1根水道，因此总水道数为2孔。1.5.3冷却装置的布置设置冷却效果良好的冷却回路的模具是缩短成型周期、提高生产效率最有效的办法。如果不能实现均一的快速冷却，则会使塑件内部产生应力而导致产品变形或开裂。1.6 用Moldflow软件进行分析注塑成型分析MPI的基本分析流程包括分析前处理、分析计算、分析结果及相关后处理。1.6.1 分析前处理（1）项目创建及模型导入首先用Pro/E将制件按尺寸要求绘为三维图形，并改为STL格式，然后将模型导入。（2）模型网格的划分及缺陷修改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，同时也是最为复杂、繁琐的环节。并且，网格划分的是否合理，将直接影响到产品的最终分析结果。将网格经行修改后的统计状态为：见图1.8图1.8 网格信息（3）分析类型的设置在此次分析中需要经行Gate Location （最佳浇口位置）分析，Fill （填充）分析，Cool +Flow +Warp（冷却+流动+翘曲）分析。（4）产品注塑材料的选择对于该制件来说，选择的材料为Generic Default生产的聚丙烯，其牌号为Generic PP。（5）型腔的布局针对一模多腔的注塑产品，完成单个产品的网格划分后，就能对多个模腔按照设计意图在MPI系统中布局，该产品为一模四腔。（6）浇注系统的建立在该设计中，根据前面的计算、设计，采用直接利用系统的直线、曲线创建功能，首先勾画出浇注系统的中心线，再对中心线进行杆单元的网格划分。（7）冷却系统的建立方法和浇注系统的绘制相同。冷却水的温度设为20。（8）工艺过程参数的确定工艺过程参数包括了整个注塑周期内有关模具、注塑机等相关设备及其冷却、保压、开合模等工艺参数。因此，过程参数的设定实际上是将现实的制造工艺和生产设备抽象化的过程。过程参数的设定将直接影响到产品注塑成型的分析结果。所选取的主要参数如下： 模具表面的温度，采用默认值，40； 料温，采用默认值230； 开模时间，采用默认值5s； 注射、保压、冷却时间周期，可设定80s; 填充控制,采用默认值Automatic自动控制； 保压压力与转换点的填充压力相关联的曲线控制方法,修改参数如图1.9；图1.9 保压曲线的文字形式1.6.2 分析计算在完成了分析前处理后，即可经行分析计算，通过分析计算的输出信息，可以掌握在整个注塑成型仿真过程中的一些重要信息。包括解算器参数设置、产品模型的网格读入和单元检查、材料的属性、填充分析过程分析、保压过程分析等。1.6.3分析结果及相关后处理分析计算结束后，MPI会生成大量的文字、图形、和动画结果，并且分类显示在任务栏中。下面对一些重要结果做分析。（1）浇口位置的分析结果Best gate location(最佳浇口位置)以图像的形式给出最佳浇口位置所在的区域，如图1.10所示。图1.10最佳浇口位置区域结果显示中，蓝色的区域是最佳的浇口位置区域，浇口设在该区域可以保证注塑过程的熔体流动的平衡性。（2）流动分析结果及相关后处理Fill time（填充时间）Fill time为动态结果，它可以显示从进料开始到充模完成整个注塑过程，任一时刻流动前锋Flow front的位置，如图1.11所示。从图上可以看出，等直线的分布及间距比较均匀，到模腔末端且等距离的熔体填充时间相同，这说明熔体在四个模腔中的流动平衡，基本上同一时刻充满各自的型腔，且时间2.269s,较合理。图1.11 Fill time的等值线显示Pressure(end of filling)压力分布Pressure(end of filling)显示了填充结束时的腔内及流道内的压力分布，如图1.12所示图1.12 Pressure(end of filling)显示从图中可以看出，熔体在整个流动路径上的压力降还是比较大的，但是压力变化比较均匀，（云图颜色过渡较好），其相互对应区域的颜色差别不大，这说明注射压力在四个模腔内的传递是平衡的。Pressure at injection :XY PlotPressure at injection :XY Plot为产品进料口位置的压力、保压、冷却整个过程中的变化图，如图1.13所示。图1.13 Pressure at injection :XY PlotBulk temperature(end of filling)平均温度分布Bulk temperature是沿产品壁厚方向上以熔体流速为权值(Weight)的平均温度，它表示产品上某一位置的能量传递值。如图1.14所示。通过Bulk temperature(end of filling)的显示结果，可以发现产品在注塑过程中温度较高的区域，如果最高平均温度接近或超过聚合物材料的降解温度，或者是出现局部过热的情况，都需要重新设计浇注系统、冷却系统或者是改变工艺参数。图1.14 Bulk temperature(end of filling)显示Weld lines（熔接痕）熔接痕容易使产品强度降低，特别是在产品可能受力的部位产生熔接痕会造成产品表面质量部过关。如图1.15所示为产品上的熔接痕的位置。图1.15 Weld lines与Fill time叠加显示由图可以观察到每个制件上有两条很明显的熔接痕，严重的影响到制件的外观质量，所以应该改善工艺参数来使熔接痕减小。分析可得是由于熔体的流动性不足料温较低，所以可以适当提高料温。还可能是由于分子的流动方向导致了熔接痕的产生，如图1.16 Orientation at skin（表层分子趋向）所示，所以可以改善侧浇口的方向，这样就使两个侧浇口的流向一致，会大大减小熔接痕。图1.16 Orientation at skin（表层分子趋向）显示Air traps（气穴）Air traps气穴的结果显示如图1.17所示。图1.17 Air traps气穴显示 由图可以观察到熔体前沿汇聚在 塑件内部或型腔表层的气泡基本上都在塑件四周侧壁上，因此气体可以很容易通过模具分型面的间隙排出，从而可以有效地避免因气穴形成的塑件表面瑕疵及焦痕等缺陷。Temperature at flow front(流动前沿温度)Temperature at flow front(流动前沿温度)，温度差一般控制在20内。如图1.18所示，从图中可以看出温度差已经达到37.2，所以应该适当的改变工艺参数。图1.18 Temperature at flow front(流动前沿温度)显示（3） 冷却分析结果及相关后处理Maximum temperature part （产品最高温度)Maximum temperature part (产品最高温度)显示了冷却周期结束时计算出的产品上的最高温度，如图1.19所示。产品经过冷却的最高温度应该低于设定的产品顶出温度。在过程参数设置中，顶出温度设定为101，分析结果显示满足要求。图1.19 Maximum temperature part （产品最高温度)Circuit coolant temperature(冷却介质温度)Circuit coolant temperature(冷却介质温度)显示了冷却周期结束时，计算出的冷却系统中冷却介质的温度，如图1.20所示图1.20 Circuit coolant temperature(冷却介质温度)回路中的冷却介质的升温应该小于23，从图中可以看出冷却水升温仅有0.18，显然满足要求。（4） 翘曲分析结果及相关后处理塑料制品的翘曲变形在很大程度上是由聚合物分子取向程度不同造成的。在充模的过程中，大多数聚合物分子将沿着充模流动方向排列，这样就会造成沿熔体流动方向上的分子取向大于垂直流动方向上的分子取向。在充模完成后，分子试图恢复卷曲状态，导致塑件有在该方向上缩短的趋势。翘曲分析结果有四类：总体变形、冷却因素导致的变形、收缩因素导致的变形和分子取向导致的变形。每一类变形又分为总变形量和X、Y、Z三个方向上的分量。 总变形量产品的总变形量如图1.21所示。从图中可以看到总变形量为0.91730.98（公差值）。 图1.21总变形量的显示冷却因素影响下的变形量 塑料制品由于模具的冷却系统设计部合理或模局温度控制不当而造成的冷却不足，都会导致制品的翘曲变形。冷却因素影响下的Z轴的变形量如图1.22所示，可以看出，塑件的相对总变形量来说，较小，所以翘曲的主要原因不是冷却因素导 图1.22冷却因素影响下的变形量收缩因素影响下的变形量收缩因素影响下的变形量如图1.23所示。 图1.23收缩因素影响下的变形量从图1.23可以看出，收缩因素影响下的Z向变形量为0.9177，产品的变形基本上都是由于收缩引起的。在本次设计中，虽然翘曲量在公差范围内，但是仍可以优化。如，可以采用降低熔体温度和模温的方法来减少流动取向并缓和取向应力的松弛。分子取向因素影响下的变形量分子取向因素影响下的变形量如图1.24所示。 图1.24 分子取向因素影响下的变形量从图1.24可以看出，收缩因素影响下的变形量为5.881E-0.9，这表明分子取向因素不是引起产品变形量的主要因素。 翘曲综合分析通过对上述产品翘曲变形量的定量分析，可以得出以下结论：Z轴方向总体的相对变形量为 0.9173，基本满足设计要求；收缩因素对Z向的翘曲变形影响最大，而冷却因素和分子取向的影响相对较小。1.7优化后的结果分析综合以上结果的分析，需要对一些参数和浇注系统进行修改，达到优化的目的，最终得到比较合理的设计方案。1.7.1设计参数的调整 模具表面的温度，采用60；注射、保压、冷却时间周期，可设定100s;填充控制,采用由螺杆速度曲线控制；图1.25 螺杆速度曲线图1.7.2参数优化后的分析结果重点解决前面所出现的问题，所以仅对一些重要结果做出分析。（1）Weld lines（熔接痕）图1.25所示为Weld lines和Fill time的叠加结果，从图中可以明显看出熔接痕明显减小，参数得到了优化。图1.25 Weld lines和Fill time的叠加显示（2）Pressure at injection :XY Plot如图1.26所示为Pressure at injection :XY Plot图。从图中可以看出与设置的参数基本吻合。图1.26 Pressure at injection :XY Plot显示（3）Temperature at flow front(流动前沿温度)如图1.27所示，可以看出温度差为5.9，已经满足条件。图1.27 Temperature at flow front(流动前沿温度)显示（4）Time to freeze, part（制件的冷却时间）图1.27 Time to freeze, part（制件的冷却时间）显示（5）Circuit coolant temperature(冷却介质温度)Circuit coolant temperature(冷却介质温度)显示了冷却周期结束时，计算出的冷却系统中冷却介质的温度，如图1.28所示图1.29 Circuit coolant temperature(冷却介质温度)显示（4）总变形量产品的总变形量如图1.30所示。从图中可以看到总变形量为0.8559，相比前面的分析结果，有了更好的改善。 图1.30 总变形量的显示经过结果分析和对比可知，清洗器外筒的翘曲，熔接痕等问题得到了很好的改善，工艺参数的调整方案是十分有效的。综上可得：优化的参数为Fill time = 1.0000 s;Cycle time = 105.0000 sPacking/holding time = 70.0000 sAmbient temperature = 25.0000 CMelt temperature = 230.0000 CTotal volume = 118.2310 cm3Part volume to be filled = 75.4034 cm3Sprue/runner/gate volume to be filled = 42.8272 cm3Total projected area = 175.6420 cm2Maximum injection pressure (at 1.103 s) = 72.6913 MPaTime at the end of filling= 1.2831 sTotal weight = 90.1188 gMaximum Clamp force - during filling = 67.4546 tonne其相关数据结果如图所示。图 1.31 Fill time的等值线显示图1.32 Clamp force centric（锁模力质心）显示 图1.33 Recommended ram speed（推荐螺杆速率）显示图1.34 Pressure（压力）显示图1.35 Pressure(end of filling)显示第二章 模具的设计2.1拟定模具结构形式2.1.1分型面位置的确定在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。在模具设计阶段，应该首先确定分型面的位置，然后再选模具的结构。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。（1）分型面的设计原则 分型面的选择要有利于脱模； 分型面的选择要有利于保证制品质量（尺寸精度、形位公差、外观）； 分型面的选择要有利于侧向抽芯； 分型面的选择要有利于排气； 分型面的选择要有利于防止溢料； 分型面的选择要有利于简化模具结构。该塑件在进行塑件设计时已经充分考虑了上述原则，同时从缩提供的塑件图样上可以看出，由于塑件的底部有一圆环和外侧有刻度线，所以需要侧向分型，作为长筒件，还需要轴向抽芯。（2）分型面选择方案分型面选择方案。第一分型面与开模方向垂直；第二分型面与塑件推出方向平行。分型面的形式与位置如图2.1所示。定模型芯利用开模动作从塑件中取出，塑件外侧凸凹利用滑块来成型，分型距离短，下面的尖部可以在另外一块模板中成型，整个塑件成型精度比较高，模具结构也相对比较简单。 图2.1 分型面的形式与位置分型面选择方案。第一分型面与开模方向平行，第二分型面与开模方向垂直，如图2.2所示。因为侧环在两个分型面内，且外侧需要刻度线，这样就保证不了圆筒的质量要求，同时模具也相对较复杂。 图 2.2 分型面形式与位置综上所述，分型面采用方案模具结构相对简单，塑件成型精度可靠，因此采用方案。 2.1.2模具结构形式的确定 该塑件外观质量要求较高，从该塑件的外部特征可以看出塑件外形属于阶梯轴类零件。由于塑件的底部有一圆环和外侧有刻度线，故需要侧向分型。侧向分型的方式