基于MPI的吹风机盖体注塑工艺优化

1、南 京 大 学毕业设计说明书(论文)作 者：学 号：240106638学院（系、部）：材料工程学院)专 业：材料成型与控制工程(模具设计) 题 目： 基于MPI的吹风机盖体注塑工艺优化 指导者：评阅者：2014 年 6 月 47 / 52基于MPI吹风机盖体注塑工艺优化在吹风机盖体注塑成型过程中，工艺参数的设置直接影响熔体填充过程和最终的塑件质量，因此优化工艺参数的设置显的非常重要。本文以正交矩阵和CAE模拟分析技术为理论基础，选取吹风机盖体作为本次课题的研究对象。主要方法：利用MOLdfLow软件分析出最佳浇口位置，确定浇口类型和排布冷却水道，并且结合正交试验完成对吹风机最优注塑工艺参数设计

2、分析，对塑件成型后的翘曲变形量、体积收缩率和沉降斑进行全面分析和评定。确定模具温度、熔体温度、注塑时间、保压时间、保压压力、冷却时间等工艺参数，对综合评判的具体影响,并绘制因素水平影响趋势图,得出最佳注塑工艺参数组合方案,并对该工艺参数组合方案进行模拟验证。关键词:Moldflow；注塑成型；正交试验；翘曲；收缩 毕业设计说明书（论文）中文摘要毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Hair Dryer MPI Cover Injection Molding Process Optimization Based OnAbstract:The hair dryer ofcover body i

3、n injection molding process，Process parameters directly affect the melt filling process and the final product quality，So the optimization of process parameters is very important to the setting of the show.The main method:Using MOLdfLow software to analyze the best gate location,Determine the gate ty

4、pe and arrangement of the cooling water channel,And combined with orthogonal test design and analysis of blower, the optimal injection molding process parameters,After the plastic molding, warping deformation, volume shrinkage ratio and sedimentation for comprehensive evaluation.Determine the mold t

5、emperature,Melt temperature,Injection time,Dwell time,Dwell pressure,Cooling time, etc. The influence of process parameters on the comprehensive evaluation，Map factor level trend，It is concluded that the best injection molding process parameters combination plan, And the simulated verification proce

6、ss parameters combination plan.Keywords: Moldflow；Injection molding；Orthogonal test；Warp；Shrinkage 目 录前 言1第一章 概论21.1 注塑成型的设备21.1.1注塑机21.1.2 模具41.2 注射成型工艺过程51.3 注塑成型的工艺参数61.3.1 温度61.3.2 压力71.3.3 时间71.4 本文课题来源与研究的主要容81.4.1 课题来源81.4.2 主要容8第二章注塑过程的CAE模拟92.1 引言92.2 MoldFlow软件简介92.3塑件CAE模拟实验102.3.1 塑件建模10

7、2.3.2moldflow模拟分析与结果152.4 本章小结20第三章 影响吹风机盖体质量的关键因素213.1 引言213.2吹风机盖体注塑成型工艺主要特征与对塑件的影响213.2.1 一般注塑成型的影响变量分析213.2.2 影响吹风机盖体质量的主要工艺参数223.3 吹风机盖体制品中常见缺陷原因分析243.4 本章小结24第四章 基于正交试验对工艺参数的优化254.1 正交试验简介254.2 数值模拟与正交试验方法结合的多工艺参数优化264.3 翘曲的工艺参数优化264.3.1 试验指标的确定264.3.2 设计变量与其取值围的确定274.3.3 关于翘曲的试验方案与仿真试验274.4 收

8、缩的工艺参数优化314.4.1 试验指标的确定314.4.2关于收缩的正交试验模拟仿真324.5 沉降斑的工艺参数优化364.5.1 实验目的364.5.2 关于沉降斑的正交试验模拟仿真364.6本章小结40第五章 注塑工艺参数单个因素的影响设计415.1 关于考察翘曲变形的单个因素影响试验415.1.1 熔体温度的影响415.1.2 注射时间的影响425.1.3 保压时间的影响435.2 本章小结44第六章总结与展望456.1总结456.2展望45参考文献46致 47前 言随着国民经济的快速发展，我国塑料模具行业得到了迅速增长，模具在现代工业生产中已然成为工业产品生产用的重要工业装备，60%

9、 80%的工业产品的生产制造需要使用模具，模具工业已经成为工业发展的基础，很多新产品的开发和研制，在很大程度上都依赖于模具的生产制造，尤其对于汽车、摩托车、轻工、电子、 航空等行业尤为显著。塑料注塑成型是塑料制品的一种主要成型方法，它可以制造出形状复杂 尺寸精度高与带有嵌件的各种塑料制品，据有关资料统计，塑料模具约占整个模具行业的35%40%，因此，注塑模在整个模具行业担当着重要角色，显的特别重要。注塑成型在工业制造中是一个非常重要组成部分，然而流动模拟对塑料成型具有十分重要意义，伴随着科技的飞速发展以与人们生活水平的不断提高，对塑料制件的外观和质量的要求越来越高，一些新的科技不断运用到注塑成

10、型过程中来，其中moldflow软件就是CAE分析的典型代表，CAE技术主要应用于塑料产品设计 模具设计 和注塑成型，本文主要运用moldflow的注射成型方法，它可以给出更加宽广更加稳定的加工“裕度”减少塑件应力和翘曲、省料和减少过量充模以与采用最小的流道尺寸和用料成本，并结合田口玄一的正交试验表进行相关的试验，最后通过对相关数据的处理得出针对试验产品的最佳工艺参数组合，从而提高产品质量。第一章 概论1.1注塑成型的设备1.1.1 注塑机 注塑机是注射成型的设备，注射成型是使热塑性或者热固性塑料在料筒中经过加热、剪切、压缩、混合和输送，熔融塑化使之均匀，通过柱塞或者螺杆对熔化后的物料施加压力

11、，把其推射到模腔中的成型过程。近年来注射机发展速度很快，类型也不断的增加，通过注射装置和合模装置的排列可以分为卧式注射成型机 、角式注射成型机、立式注射成型机和多模注射机等。（1）卧式注射机 它是使用最为广泛的注射成型设备，它的优点便于操作和维修，机器重心低，比较稳定，成型后的塑件推出后可以利用自重自动降落，易于实现全自动操作，卧式注射机对于大、中、小型模具都适用，缺点是安装比较困难。图1.1 卧式注射机1塑化注射部分 2合模、制品成型部分 3液压传动工作部分4电加热控制部分 5操作控制台（2）角式注射机 它是注射装置与合模装置的轴线相互成垂直排列，一般为柱塞式注射机，角式注射机主要优点是适应

12、于成型中心不允许留有浇口痕迹的制品，注射量是45cm3以下的小型注射机，大、中型注射机一般不会采用这一形式。缺点是没办法准确可靠的注射和保持压力、锁模力，同时模具的受冲击和振动也较大。图1.2 角式注射机1-锁模机构；2-料筒、加热器与注射液压缸；3-机体 （3）立式注射机 优点是占地面积小仅有卧式注射机的一半、模具拆装方便、安装嵌件便利等，缺点：塑件顶出后常需要用手或者其他方法取出，不易实现全自动化操作，机器重心较高，机器稳定性差，它主要适应于注射量在60cm3以下的小型注射机。图1.3 立式注射机示意图 （4）多模注射机 它是一种多工位操作的注射成型机，是一种专用注射机，此类注射成型机充分

13、发挥了塑化装置的塑化能力，缩短成型周期，适用于冷却定型时间较长、安放的嵌件比较多的以与生产辅助时间、需要有两种或者两种以上颜色的塑料制件的生产，另外，多模注射机也是可以将注射装置与合模装置进行多种形式的排列。图1.4 多模注射机1-料筒、加热器与注射液压缸；2-锁模机构；3-固定轴1.1.2 模具随着塑料工业的快速发展，以与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用围也在不断扩大，模具制品所占的比例正迅速增长，进入21世纪以来，模具行业更是得到了空前的发展，许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具，特别是在汽车、摩托车、轻工业、电子、以与航空航天等领域尤为突出，模具工业已经成为

14、国民经济的重要基石，同时也被称为不衰的工业。 模具的出现大大的提高生产效率，节约了原材料、能源与生产成本，此外，模具也具有结构复杂、分型面复杂、精度要求高、材料硬度高、制造周期短等特点，典型的注射模结构分为：单分型面注射模和多分型面注射模，单分型面注射模也称为二板式注射模，多分型面也称为三板式注射模，结构如图1.5所示。图1.5（左）两板模 （右）三板模1.2 注射成型工艺过程注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适应于热塑性塑料的成型，首先把塑料原材料加入到注射机的料斗中，经过料筒外的加热器加热，塑料熔融变为粘流态，然后注射机将物料沿料筒轴线向前推进，并采用高压把积存在头部的已经熔融成粘流

15、态的塑料通过料筒端部的喷嘴和模具的浇注系统注射到模具的型腔中， 充满型腔的塑料熔体在压力作用下经过冷却固化而形成模具型腔的形状的一种成型方法。图1.6为注塑成型机基本组成与成型过程（1）塑化阶段 塑化是指在料筒中将塑料进行加热、把固体颗粒转变成具有良好的可塑性粘流态的整个过程。决定塑料塑化性质的关键因素是塑料的受热和受到的剪切作用的情况，通过料筒对塑料进行的加热，使聚合物分子松弛，由固态转变为液态，通过螺杆推动其液态熔体充入型腔，但应该指出的是熔体的塑化温度应该小于熔体的分解温度。（2）填充阶段 充填过程即塑料充模的过程。塑化好的熔体被柱塞或螺杆推挤至料筒的前端，经过喷嘴与模具浇注系统进入并填

16、充型腔，直至型腔被塑料熔体充满为止。充填过程是熔体在型腔中成型的初始步骤，所以，它是一个十分重要的过程。由于熔体是非牛顿流体，因此粘度很大 ，所以在充填过程中的压力损耗、温度的变化以与熔接痕的形成等现象影响着塑件的最终质量。 （3）保压阶段 为了使塑料熔体在冷却的过程中不至于产生回流，并且能够继续补充因塑料熔体冷却收缩而不足的空间，从而得到最佳的制品，由于熔体在冷却过程中会发生收缩，因此需要给予一个压力来阻止这种趋势，压实制件，避免影响到塑料制品的质量，这就叫保压压力，随着熔体的凝固，因此流动会越发困难，所以需要较高的压力来维持一直到浇口的凝固，注塑过程中，保压压力值设置过高，会容易造成制品毛

17、边、过渡充填、制品粘模、浇口附近的应力集中等不良现象；保压压力值设置过低，又会容易造成收缩太大、尺寸不稳定等制品缺陷的现象，因此，必须设置一个适当的保压压力值，（4）冷却脱模阶段 是指浇口处的熔体冻结时，直到产品完全被从型腔中推出为止。由于冷却时间占整个周期比较长，约70%80%。冷却不均匀会使塑件产生翘曲变形。然而一个设计良好的冷却系统不仅可以大大缩短成型时间，而且还可以提高注塑生产率和降低生产成本。设计不合理的冷却系统则会使成型时间变长，增加生产成本。塑件在型腔中凝固后，需要使用脱模机构使其脱离模具。脱模的方法主要有两种：顶杆脱模、推件板脱模。然而好的脱模机构可以使制件迅速脱离模具，并且能

18、够保证塑件的外观质量。1.3 注塑成型的工艺参数良好的注射成型工艺，可以保证塑料熔体具有良好的塑化，顺利冲模、冷却和定型，从而生产出合格塑料产品，其中温度、压力和时间是影响注塑成型工艺的重要参数。1.3.1 温度注射成型过程中需要控制的温度主要有模具温度、喷嘴温度和料筒温度等。模具温度主要影响塑料的流动和冷却成型，喷嘴温度和料筒温度主要影响塑料的塑化和流动，(1) 模具温度 模具温度对于熔体的充模流动能力、塑件的冷却速度与成型后的塑件性能等有直接影响。模具温度的选择取决于塑料的分子结构、塑件的结构和性能要求，熔体温度、注射速度、注射压力和模塑周期也对其有一定影响。 （2) 喷嘴温度 喷嘴的温度

19、应稍低于料筒温度，温度过高，熔料在喷嘴处会产生“流涎现象”。塑料容易产生热分解现象。但喷嘴温度太低，则容易产生冷块或者僵块，使熔体产生早凝，其结果是塑料堵塞喷嘴，或是将冷料注入模具型腔，导致成品缺陷。(3) 料筒温度 料筒温度选择与塑料的特性与种类有关，另外，料筒温度过高容易产生低分子化合物和分解产生气体，使塑料表面变色和产生气泡、斑纹等，导致性能下降，温度太高还会使模腔中的塑料外冷却不一致。从而塑件容易产生应力和凹痕。此外，熔料的温度过高，流动性好，容易产生溢料、溢边等缺陷。料筒的温度过低，熔体流动性差，容易产生熔接痕、充填不足、波纹等缺陷。同时，因为料筒温度过低，塑料冷却时易产生应力，塑件

20、容易产生变形或者开裂现象。1.3.2 压力注射成型过程中的压力主要包括注射压力、塑化压力和保压压力，它们是影响塑件质量的重要参数。（1）注射压力 指柱塞和螺杆轴向移动时其头部对塑料体所施加的压力，其作用是克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔体一定的充型速率以便充满模具型腔。 （2）保压压力 指的是型腔充满后，继续对模熔料施加的压力，其作用是使熔料在压力下固化，并在收缩时进行补缩，从而获得完整的塑件。保压压力大小也会对成型过程产生影响，压力过高，容易产生溢料、溢边，增加塑件的应力；压力过低，则会造成成型不足。（3）塑化压力 指采用螺杆式注射机注射时，螺杆头部熔料在螺杆转动是所受到的压力，

21、塑化压力的大小是可以通过液压系统中的液流阀调整的。1.3.3 时间完成一次注射模塑过程所需要的时间称成型周期。主要包括充模时间、保压时间、模冷却时间、其它时间等。 （1）充模时间 指注射开始到塑料熔体充满模具型腔的所用的全部时间。充模时间越短，则注射速度越快。快速注射可以减少模腔的熔体温差，改善压力传递效果，可以得到密度均匀、应力小的精密制品。 （2）保压时间 指充满型腔后继续施加压力的时间。保压时间的多少对塑件的质量有很大影响，如果保压时间过长，则会造成塑件的应力过大、强度低、脱模困难。如果保压压力过短，则会造成塑件的密度过低、尺寸偏小、容易出现缩口现象等。 （3）冷却时间 指塑件保压结束至

22、开模以前所需的全部时间。其时间的设定主要取决于塑件的厚度、塑料的热性能、结晶性能与模具温度。但冷却时间过长，不仅会降低生产效率，还会使复杂塑件制品脱模困难，假设强行脱模的话，将会产生较大的脱模应力，严重的话会摔坏制件。因此要选择合适的冷却时间，来保证脱模时塑件不变形。（4）其它时间 主要是指开模、脱模、喷涂脱模剂、安放嵌件等时间。1.4 本文课题来源与研究的主要容1.4.1 课题来源本课题研究企、事业单位委托课题，题目性质为工程设计。1.4.2主要容本课题的主要研究容是根据吹风机盖体的结构，通过熟练运用Moldflow软件完成模流分析，确定注射温度、模具温度、注射时间、保压时间、保压压力等工艺

23、参数对充填、保压、收缩、翘曲、沉降斑的影响。利用正交试验方法对每个试验的变量水平组合进行有效的挑选，并得出最佳的优化方案，完成课题要求。第二章注塑过程的CAE模拟2.1 引言吹风机盖体注塑成型过程主要有加料、塑化、注射、充填、保压、冷却和脱模等几个环节。本课题塑件在成型加工过程中，所使用的材料为PC，由于在成型过程中加工工艺会有所变化，可能会出现各种各样的缺陷。本文就翘曲、收缩、沉降斑三个缺陷展开了分析与优化，得出工艺参数的最佳方案。2.2 MoldFlow软件简介Moldflow软件最初是由Moldflow公司开发研制的，该公司是一家专业从事塑料成型计算机辅助工程分析的软件和咨询公司，自19

24、76年发行世界上第一套流动分析软件以后，它一直主导着塑料CAE分析软件市场，直到2008年6月，moldflow公司被欧特克（Autodesk)公司完全收购,从那以后该软件就被命名为Autodesk Moldfiow 。通过不断的改进软件在性能、仿真分析的精度和计算机辅助设计软件的互操作性方面得到进一步提升，给予优化塑料产品设计、模具设计和模具制造提供了更加出色的解决方案。 Moldflow6.1软件的功能：优化塑件运用Moldflow6.1软件可以优化塑件，得到塑件的最小实际壁厚，优化塑件结构，降低材料成本，缩短生产周期，保证塑件能全部充满。优化模具结构运用Moldflow6.1软件，可以得

25、到最佳的浇口位置和浇口数量，合理的流道系统与冷却系统，并对型腔尺寸、浇口尺寸、流道尺寸和冷却系统进行优化，在计算机上进行试模、修模，大大提高模具质量，减少实际修模次数。优化注塑工艺参数运用Moldflow6.1软件，可以确定最佳的注射压力、琐模力、保压压力、注射时间、熔体温度、模具温度、保压时间和冷却时间，从而得到最佳的塑件。因此，Moldflow6.1软件受到许多从事模具行业的公司欢迎。以下是Moldflow进行有限元数值仿真试验的流程图如图2.1所示。图2.1 模拟实验流程图2.3塑件CAE模拟实验2.3.1 塑件建模1.CAD建模常用的三维CAD软件有Pro/E、UG、Solidwork

26、s等。本文采用UG6.0建立吹风机盖体模型，结果如图2.2所示。图2.2吹风机盖体3D模型图2.模型导入Moldflow6.1与其它CAD系统有很好的兼容性，可以导入的模型文件格式有STL文件、STEP文件和IGES文件，或者由Pro/E生成的*.ANS文件、或者SDRC-Ideas生成的*.UNV文件等。本课题采用的是由UG6.0导入的IGES文件格式，通过UG软件文件类型转换并导入到Moldflow软件中，本文塑件的尺寸为162mm×164mm×80mm,材料为PC,在moldflow中选择的是Generic Shrinkage Characterised Materi

27、al公司生产的，牌号为Generic PC (Lexan)的PC料。导入的模型如图2.3所示。图2.3 UG模型导入结果3.网格划分应用Moldflow6.1之前需要进行创建网格模型。网格划分是优化分析的基础，Moldflow中，分析模型的网格类型主要有三种。（1）中面模型网格(Midplane)是由三节点三角形单元组成，网格的创建在模型壁厚的中间处，其优点是分析速度快、效率高，主要用于薄壁塑料产品。(2) 表面模型网格(Fusion)表面模型网格是进行分析的基础，也是由三节点三角形单元组成，但是它的网格创建是在在模型的上、下表面。因此叫表面网格。(3) 实体模型网络(3D)实体网格是流动+保

28、压分析的基础，它是由四个节点和四面体单元组成的，每一个四面体单元又是由四个中面网格模型中的三角单元组成的，可以进行真实三维模拟分析主要用于厚壁塑件和厚度变化较大的塑件，利用三维网络模型可以更为精确的进行三维流动仿真。本文采用的是双层面网格模型(Fusion)进行网格划分，如图2.4所示。图2.4模型网格划分结果4.网格缺陷修改通过网格诊断可以查找模型网格中存在网格缺陷，网格质量的优劣直接影响着模流分析的最终结果，因此，对网格缺陷的修复就显的十分重要。Moldflow6.1提供了几十种修复工具。本文主要运用了“自动修复”功能和“合并节点”来修复网格中存在的重叠单元、交叉边、自由边、共用边、相交单

29、元、配向不正确单元等问题，这两种功能对修改纵横比十分有效，运用这两种功能可以修复到要求值。修复后的网格统计信息如图2.5所示。图2.5网格统计5.确定最佳浇口位置利用Moldflow6.1软件对最佳浇口位置进行自动分析。在注塑模具设计中，浇口位置的设计是非常重要的。浇口位置的设定直接影响到熔体在型腔的充填时间，从而影响聚合物分子的取向和产品成型后的翘曲，因此，选择合理的浇口位置直接关系到塑件能否被高质量地注射成型。 浇口位置的选择需要考虑以下几点：1 尽量缩短流动距离；2 浇口开设在工件的厚壁处；3 需要考虑分子的定向影响；4 减少熔接痕提高熔接强度； 通过分析得到的最佳浇口位置如图2.6所示

30、。图2.6最佳浇注位置6.确定冷却浇注系统（1）浇注系统的确定浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具到型腔入口位置的那一段流道。是型腔熔体的通道。本文由于考虑到工件的具体性能与合理性，浇口位置设置吹风机的出风口位置，并且采用的轮辐式浇口，轮辐式浇口是根据环形浇口改进而来，由原来的圆周进料改进成几个小段圆弧进料，浇口的尺寸和侧浇口相似，这种形式的浇口耗料比环形浇口少得多，且去除浇口容易。浇注系统如图2.7所示。 （2）冷却系统本文采用的材料为PC，属于热塑性塑料，因此，塑件的注塑时间约占整个周期的大部分时间，设计优良的冷却系统可以大大缩短塑件的冷却时间，提高生产效率，降低部残余应力，保证尺寸的稳定性等

31、，冷却系统是用来冷却塑件、液压油、浇注系统与模具的系统，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。由于模具的冷却时间约占整个注射循环周期的2/3以上，所以模具的冷却系统的创建十分重要。由于本塑件外形结构相对简单，塑件尺寸相对较小，因此采用的是两组串联式冷却水道，冷却水管的直径为D8mm，水管间距为SH25mm,水管到型腔的距离为SM25mm.本文采用了如图2.7所示的冷却浇注系统。图2.7冷却浇注系统2.3.2moldflow模拟分析与结果1. 分析过程（1） Gate location 最佳浇口位置的分析，完成前

32、期工作可以自动分析出最佳浇口位置，如图2.6蓝色阴影部分。（2）Flow 流动(充填&保压)分析 充填+保压分析的目的是用来模拟塑料熔体从注射点进入型腔开始，直到充满整个型腔的流动过程，目的是为了获得最佳的保压阶段设置，从而尽可能的降低由保压引起的塑件收缩、翘曲等缺陷。Moldflow6.1的Flow分析结果主要有：充填时间、速度/压力切换时的压力、流动前沿处温度、剪切速率，体积、体积温度、顶出时的体积收缩率、冻结时间、冻结层因子、气穴、平均速度、充填结束时的体积温度、锁模力质心、流动速率，柱体、充填结束时的冻结层因子、充填区域、心部取向、表层取向、压力、充填结束时的压力、推荐的螺杆速

33、度：XY图、壁上剪切应力、缩痕指数、料流量、体积收缩率、熔接痕等，并以文字、图形、动画等方式显示出来。 （3）填充时间填充时间显示的是熔体流动前沿的流动情况，其默认绘制方式是阴影图，但是用等值线图可以更容易解释结果。填充时间可以查看整个塑件的充填情况、充填时间与查看塑件有无发生短射、迟滞现象。如2.8图所示为熔体充满型腔时的结果显示，各种颜色表示填充的先后次序，其中红色区域为塑件的最后填充区域，总填充时间为1.121秒。从图中可以看出，塑件没有颜色缺损，表明此方案浇注系统设置比较合理，填充能完全充满形腔。但是可以看到型腔末端的颜色分布不一致，可以判断熔体在各个方向并不是同时达到型腔末端的。图2

34、.8充填时间（颜色表示）填充结果的其他评估因子有：速度/压力切换时的压力、流动前沿温度、体积温度、壁上的剪切应力、分子取向等。如果熔体的注射量大于注塑机的最大注射量，则要重新设置注塑机参数；熔体流动不均衡，不能够同时到达型腔末端，需要重新设计浇注系统；体积剪切速率和型腔壁处的应力较大，需要增大浇口尺寸。分子取向不合理也会导致平行流动方向和垂直流动方向的收缩不一致，这是导致翘曲的主要原因之一。 （4）熔接痕在注射成型过程中，塑料熔体在模具会发生两个方向以上的流动，当两股熔体相遇时，就会在制品中形成熔接痕。温度是熔接痕形成的直接因素。但本文塑件优化后没出现熔接痕，温度过高是产生熔接痕的直接原因，如

35、图2.9。图2.9溶接痕(5) 气穴图2.10所示为吹风机盖体的气穴结果，从结果中可以看出，模型的气穴主要分布在吹风机的把手与后座上，在实际的生产过程中可以通过成型杆和模板之间的间隙排气。图2.10气穴2. 冷却过程分析在注塑成型模具中，冷却系统的设计是特别重要。是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。由于冷却时间占整个成型周期约60%80%，因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间，提高注塑生产率，降低成本。设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。衡量模具冷却系统设计的优劣有两个标准：一是使注射

36、模成型冷却时间最短；二是使注射塑件表面温度均匀，以减少塑性变形。影响冷却系统的因素很多，包括塑件的几何形状、冷却介质、流量、温度、冷却水路的布置、模具材料、塑料熔体温度、模具温度、塑件顶出温度等。用实验的方法测试不同的冷却系统对冷却时间和塑件质量的影响是很困难的，而计算机模拟则可以完成这种预测。在Moldflow6.1软件中，冷却分析用来模拟塑料熔体在模具的热量传递情况，从而可以判断冷却效果的优劣，优化冷却系统的设置，缩短成型周期，减少产品成型后的应力，提高产品质量，降低成本。（1）回路冷却介质温度如图2.11所示为回路冷却介质温度，“回路冷却介质温度”这个结果显示了冷却液流进冷却管道时的温度

37、变化，一般情况下，回路冷却介质温度的升高不要超过1，但由于吹风机盖体塑件较小，温度升高0.21。冷却水从人口处流人冷却水管之后，沿途吸收模具热量，水温变得越来越热，这会逐渐降低冷却能力，故冷却管进出口水的温差越小越好，冷却水从人口处流人冷却水管之后，沿途吸收模具热量，水温变得越来越热，这会逐渐降低冷却能力，故冷却管进出口水的温差越小越好。图2.11回路冷却介质温度(2) 塑件凝固时间如图2.12所示为塑件凝固时间，这个结果显示了从注塑开始每个单元所需要的冻结时间，即冷却到整个单元的截面温度都低于材料数据库中定义的顶出温度的时间。塑件的冷却要求均匀且尽可能快，如果塑件某些区域冻结的时间较长，表明

38、该区域可能产生了热点，对该区域需要局部加强冷却。图2.12塑件凝固时间3. 翘曲变形分析翘曲变形是指塑料塑件的形状偏离了模具型腔的形状所规定的围，它是塑料制品常见的缺陷之一。随着塑料工业的发展，对塑件的外观质量和使用性能要求越来越高，翘曲变形程度作为评定产品质量的重要指标之一，也越来越受到模具设计者的关注和重视。通过翘曲变形分析可以模拟塑件成型过程，对成型结果的翘曲变形进行预测，减少误差，从而确定改进方案和措施。注射过程中，翘曲是由于塑件收缩率不均匀而产生的。收缩率不均匀表现在以下几个方面：1 塑件不同部位的收缩率不一样；2 沿塑件厚度方向收缩率不同；3 与分子取向平行和垂直方向的收缩率不同。

39、2.4 本章小结本章主要介绍了MoldFlow6.1软件的基本应用，从MoldFlow6.1的总体介绍开始，简单介绍了如何导入文件，以与网格划分、修复，重点讲解了确定最佳浇口位置、浇注系统、冷却系统和CAE仿真分析的操作。通过本章节的学习，我们掌握了如何进行流动、冷却、翘曲分析以与对产生结果的评估，从而知道了从那些方面入手来减小变形量。完成对分析结果评判之前的一系列工作，为下文做了必要的准备。第三章 影响吹风机盖体质量的关键因素3.1 引言吹风机盖体的注塑件质量主要包括两方面的容，即部质量和外部质量。部质量是指塑料聚合物结构形态有关的结晶、取向、变形、翘曲与应力分布等。外部质量，是指制件表面质

40、量又称外部质量，首先和使用者（顾客）见面的影响价值的最直接因素，特别对塑料制品而言，外部质量和部质量有十分密切的在联系，注塑制品的表现质量就是部质量的必然反映。在众多影响因素之中，工艺条件直接影响着熔体在型腔中的流动状态与最终的质量。如何获取并保持优化工艺便是获得高质量产品的关键。在参阅大量文献的基础上归纳了一般注塑成型的影响变量，在此基础上结合了企业实际注塑中遇到的问题选择了一些主要的注塑工艺参数的影响因素，分析他们在吹风机盖体工艺中所起的作用并有效设置各项参数，以期待得到符合成品质量所需要的参数。3.2吹风机盖体注塑成型工艺主要特征与对塑件的影响3.2.1 一般注塑成型的影响变量分析在整个

41、注塑成型过程中，影响制品质量的因素可以分为四类：机器参数、材料参数、工艺参数和扰动。通常衡量吹风机盖体质量的的指标有：表面质量、几何特征与稳定性、机械性能、形态性能等。当然，这些参数虽然被划分在不同的围里，但是互相之间有着密切的关系，互相产生影响。机器参数、材料参数决定了工艺参数。对工艺参数的要求，直接影响到机器参数、材料参数的选取，从而确定出相应的注塑机和对应材料。注塑成型过程中机器参数、材料参数、工艺参数相互影响、相互作用，决定了最终制品的质量。对于1.2节中关于注塑成型过程中的四个主要阶段塑化、充填、保压和冷却分析可知，各个阶段中所影响的工艺参数也不一样，并且不同阶段中各个参数对制品质量

42、所起的影响也不同具体如图3.1所示。可以看出，一部分参数只在某个阶段存在并作为控制变量，而另一部分参数的存在贯穿整个成型过程，对制件质量起决定性的影响，可作为整个成型周期的控制变量。图3.1注射各阶段变量以上分析可以知道，温度和压力是贯穿于整个成型过程中的两个重要的状态变量，它们的值直接决定了成型过程中熔体材料性能与在模腔中的流动行为。因此，在注塑成型的各个阶段，温度和压力都是决定制品最终质量优劣的重要因素，是成型过程中需要重点考虑的控制变量。3.2.2影响吹风机盖体质量的主要工艺参数在参考了大量的文献资料，结合了前人的经验，总结发现以下几个工艺参数是影响吹风机盖体的主要工艺参数。1. 注射温

43、度注射温度即熔体温度。它主要取决于注塑机机筒和喷嘴两部分的温度，影响着塑料的塑化和熔体的注射充模。从总体上看，提高熔体温度有利于改善充模状态以与在模腔的传递，降低分子取向性等，有利于制品的综合性能的提高，但过高的温度不可取。当熔体温度接近注塑温度围的上限时，一方面容易产生较多的气体，使塑件产生气泡、空隙等，也因过多地改善流动性而产生飞边，影响制品的质量；另一方面过高的温度会是塑料发生降解作用导致塑件强度降低，失去弹性等，影响使用性能。因此，料温必须进行很好的控制。2. 模具温度模具温度是指在成型过程中的模腔的表面温度，一般在实际操作当中是由材料的最低设定模温开始设定，然后根据成型品质的状况来适

44、当调高。模具温度影响着熔料的充模流动行为、制品的冷却速度和成型后的制品性能等。模温的设定主要取决于熔料的粘度。熔料粘度较低的可以采取低模温注射以缩短冷却时间，提高生产效率。熔料粘度较高的应采用高模温注射成型。一般说提高模温可以使制件的冷却速率保持均匀一致，防止凹痕和裂纹等成型缺陷产生。结晶性塑料的模温直接决定了冷却速率。模温高时冷却速率变大，有利于分子的松弛过程，分析取向效应较小。模温太高，会延长成型周期使产品发脆。模温太低，冷却速率大，熔料的流动与结晶同步进行，不利于晶体的生长，影响其使用性能。因此，要保证制品的成型质量，必须有一个高低适宜的模温围。3. 注射时间指注射开始到塑料熔体充满模具

45、型腔的时间，注射时间中的充模时间与充模速度成反比；注射时间缩短、冲模速度提高，取向下降、剪切速率增加，绝大数塑料的表现粘度均下降，对剪切速率敏感的塑料尤其这样。4. 保压时间一般吹风机盖体是由于总体结构不是很复杂，在注射保压时间里，保压时间所占比例较大，而注射时间则较小。在浇口冷凝前，保压时间的多少，对塑件密度和尺寸精度有密切联系，以后则无影响保压时间与塑件的结构、尺寸、料温、主流道与浇口大小有关。如工艺条件正常，则主流道和浇口尺寸合理，通常以塑件收缩率波动围最小为保压时间的最佳值。5. 保压压力在保压补缩阶段，保压压力对模腔塑料熔体进行压实并维持向模腔进行补料流动。保压的大小直接影响塑件的收

46、缩量、翘曲值和表面质量。低的保压压力将会增加体积收缩并导致缩痕。高的保压压力在减少缩痕的同时却增大了飞边的可能性。一般，保压压力并不能全部传递到型腔中，熔体经过流道、浇口后，进入型腔的实际压力只有注塑压力的40%70%，而且在型腔各处的分布也不一样，在浇口位置附近的压力要高于远离浇口位置处的压力。6. 冷却时间指塑件保压结束至开模以前所需要的时间，冷却时间主要取决于塑件的厚度、塑料的热性能以与模具温度等。冷却时间的长短应以脱模时塑件不引起变形为原则，冷却时间一般在30120s之间。3.3 吹风机盖体制品中常见缺陷原因分析1. 翘曲原因：制品因其特征-冻结的分子链在应力作用下发生部移位，在脱模的

47、时候，按不同的制品形状，应力往往会造成不同程度的变形，应力使制件收缩不均匀，颗粒冷却不平衡或颗粒产生过量的压力。改良方法：（1）模压力太高，降低保压，将保压切换提前；(2)模温太低增加模具湿度；（3）流体前进，粘度太低，增加注射速度；（4）熔料温度太低，增加料筒温度、螺杆背压。2. 收缩原因：当制品冷却时，收缩（体积减小、收缩）发生，外层紧模壁的地方先冻结，在制品中心形成应力，如果应力太高，就会导致外层的塑料发生塑性变形，外层会朝里凹陷下去。改良方法：（1）保压太低，增加保压；（2）保压时间太短，延长保压时间；（3）模壁湿度太高，降低模壁温度。3. 气泡原因：（1）必要的成型湿度太高，通过分子

48、分裂面而导致材料分解，熔料就有发生热降解的危险，成型过程中气泡就容易产生；（2）周期时间长，通常可能是太长残留时间和形成利用不足的原因，也可能因为料筒的熔料过热。改良方法：（1）熔料温度太高，降低料筒温度、螺杆背压和螺杆转速；（2）熔料在料筒残留时间过长，使用小的料筒直径。还有其它的缺陷在此就不全部介绍了。3.4 本章小结本章主要从吹风机盖体产品质量的角度出发，分析了影响质量的关键因素。特别针对注塑工艺参数中的温度、压力和时间进行了详细的分析。另外，在参考文献和实地调研的基础上，归纳总结了吹风机盖体常见缺陷以与解决的措施。本章的研究对很好地理解吹风机盖体注塑工艺过程并提出合适的工艺参数提供了较

49、好的理论基础。第四章 基于正交试验对工艺参数的优化4.1 正交试验简介在研究多因子试验的过程中，正交试验设计是一种广泛使用的安排试验的方法。其理论基础是拉丁方理论和群论，就是利用数理统计学与正交性原理，使试验设计建立在科学的基础上，从大量的试验点中挑选合适的有代表性的点，用来安排多因素试验，这些节点很具有代表性，可以大致反映全面试验的情况，可以减少试验次数，降低试验成本。试验次数对各因素的各水平的全排列组合来说是大大减少了，是一种优良的试验设计方法。正交试验是日本统计学家田口玄一把正交试验进行表格化，发明了正交表，20世纪70年代和80年代，此方法在中国得到了广泛地推广。用正交设计表安排试验，

50、相对全面试验而言，它只是部分试验，可用比全面试验法少得多的试验，获得能基本上反映全面情况的试验资料。用正交表设计试验方案程序如下:(1)确定实验指标，试验的目的和试验考核目标;(2)确定因子与水平制定因素位级表;(3)选用正交表;(4)进行实验与结果分析。本文利用正交试验安排注塑模拟试验得出各参数对翘曲变形结果的影响。1. 试验指标、因子和水平(1) 试验指标进行一项试验时，首先要明确试验的目的，以与如何评价试验的效果。衡量试验条件好坏的效果成为试验指标。能够用数量来表示的试验指标称为定量指标。在薄壳件注塑成形分析中，翘曲变形是一种无法避免的成型缺陷，本文把翘曲变形量作为实验数据。(2) 因子

51、与水平对试验指标产生影响的因素称为因子，通常用大写英文A、B、C等表示。因子在试验中所处的状态、条件的变化可能引起试验指标的变化，我们将因子变化的各种状态称为因子的水平，如果一个因子在某项试验中取K个不同的状态，就称该因子有K个不同的水平，记为A1，A2，Ak。一次试验中每个因子都会取一个特定的水平，各因子水平的一个组合称为试验条件。2. 正交表在多因子试验中不可能也没有必要对一切条件进行试验，而只能从中选择部分条件进行试验，再通过数据分析来寻找好的条件，即好的因子组合。因此，选择哪些试验条件进行试验就十分重要，一个好的试验设计，可以通过少量的试验获得较多的信息，达到试验的目的。用正交试验法合

52、理安排试验，并对试验数据进行统计分析，需要用一种己经制作好的标准化的表格，这类表格称为正交表，它是进行正交试验的基本工具。4.2 数值模拟与正交试验方法结合的多工艺参数优化在本章中，对塑件注塑成形过程中的多因素进行了优化设计，以减小翘曲变形和体积收缩提高成形精度。例如利用流体分析软件Moldflow模拟成形与翘曲过程。实施的思路图4.1所示。图4.1正交试验工艺参数优化实施思路4.3 翘曲的工艺参数优化4.3.1 试验指标的确定翘曲变形是薄壳类塑料件注塑成型中的常见缺陷之一。不同材料、形状与不同成型工艺的注塑件的翘曲变形规律差别很大,翘曲变形问题的存在会影响注塑件的形状精度和表面质量,甚至成为

53、成型缺陷,进而影响产品装配与外观。翘曲作为塑件变形的重要特征之一,其研究有着重要的应用价值。利用数值模拟技术研究制件注塑成型,降低塑件成型的翘曲量,对于提高注塑产品精度、缩短新产品开发周期、降低成本、提高生产率等都有着重要的意义。本文是对吹风机盖体注塑成型的翘曲变形问题进行研究，所以以工件的总翘曲变形量作为实验指标。4.3.2 设计变量与其取值围的确定在工艺参数优化过程中，设综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好计变量的取值围相当重要，因为这不仅关系到所选围是否包含最优解或者次优解，也影响到优化过程的搜索效率。由于吹风机盖体所用的材料是PC，PC具有良好的韧性和刚性，抗冲击性极好；

54、成型收缩率为0.5%0.8%，同时也具有良好的抗蠕变、耐磨、耐热、耐寒性和良好的耐气候性，吸水率也很低。总结前人的研究成果，本文采用以下设计变量与变量的设计围。1 模具温度T1根据moldflow材料库中提供所选用材料的模具温度围:T1=80120，推荐值为100，均匀取3个值，则T1=90，100，1102 熔体温度T2根据实际情况和模拟分析，熔体温度T2=280320，均匀取3个值，则T2=280，300，3203 保压时间t根据实际情况和模拟分析，保压时间t=311s，均匀取3个值，则t=3，7，11s4 保压压力P根据实际情况和模拟分析，保压时间P =3090Mpa，均匀取3个值，则P

55、=30，60，90 Mpa5 注射时间t1根据实际情况和模拟分析：t1=14s，均匀取3个值，则t1=1，2，3s6 冷却时间t2根据实际情况和模拟分析：t2=2030,均匀取3个值，则t2=20、25、30s4.3.3 关于翘曲的试验方案与仿真试验对于一个优化问题而言，我们将利用正交表安排试验确定如下试验指标、设计变量、以与约束条件。1. 试验指标定义工件的总翘曲变形量为考察指标。2. 设计变量模具温度T1，熔体温度T2，保压时间t，保压压力P，注射时间t1，冷却时间t2。3. 约束条件注塑成型过程中避免填充不满、注射压力小于90Mpa4. 确定影响翘曲指标的因子与水平影响塑料件注塑成形后翘