软驱按钮注塑件设计及数值模

1、软驱按钮注塑件设计及数值模摘要： 目前大多数企业都已采用CAD、CAE、CAM软件进行设计和制造，但是限于国内的生产和技术水平，根据产品的性能进行CAD/CAM集成化地设计制造还远没有普及，仅仅是单独地进行产品的CAD或者CAM，没有充分利用统一的产品数据模型将设计制造融为一体。本文以塑料制品软驱按钮为例，利用Moldflow分析软件对注塑成型过程进行模拟分析，得到较满意结果后设计模具结构，并完成了模具总装图和主要零件图。关键词：注塑成型、有限元分析、填充、翘曲、模具结构Floppy button design and numerical simulation of injection mol

2、ded partsAbstract Most companies have adopted CAD, CAE, CAM software for design and manufacturing, but the limited domestic production and technology, according to the performance of the product CAD / CAM design and manufacturing of integrated land far from popular, is only carried out separately Pr

3、oducts CAD or CAM, the products did not take full advantage of a unified data model design and manufacturing integration. In this paper, floppy plastic buttons, for example, use of Moldflow injection molding analysis software to simulate the process of analysis, the results of a more satisfactory de

4、sign mold structure and complete the mold assembly map and the main part drawing.Keywords ection molding, finite element analysis, fill, warp, mold structure第一章 绪论1.1注塑成型基础知识及原理所谓注塑成型（Injection Molding），是指将已经加热融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。因此，本文重点介

5、绍有关注塑模具设计的流程结构以及注塑成型的相关知识和以软驱按钮为例的分析操作。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，包括以下几个部分。(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) 注塑冲模：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：熔融塑料充入模腔后，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动模部分与定模部分的分离。(7

6、) 顶件：注塑机的顶出机构顶出塑件。(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。用注塑的方法加工塑料制品，不仅精度高、质量好，而且生产效率高可以加工出外形复杂、花纹精细的模制品。塑料因具有美观轻巧、耐磨耐腐蚀、优异的绝缘性能，已备受人们关注。随着经济的发展和科学技术的进步，使用塑胶制品的数目与日俱增，并且广泛应用于国民经济的各个部门。1.2注塑成型技术的发展1.塑料及塑料工业的由来塑料的历史可以追溯到1832年，当时法国人发现，假如把硝酸均匀而集中地倒在棉花或木质纤维上，就会得到一层很硬的防水薄膜。1907年贝克兰人工合成了酚醛塑料并

7、申请了专利。酚醛塑料被发明后，由于其具备优良的性能，很快占领了20世纪初的消费品市场和先进技术领域。到20世纪3040年代，塑料工业发展成为现在工业的重要组成部分。三大合成材料（合成树脂、合成橡胶、合成纤维）成为当今材料工业的一个重要支柱，其中合成树脂的产量最大、应用最广。2.塑料的定义及组成塑料是以合成树脂为主要成分，加入各种能够改善其加工及使用性能的添加剂，在一定温度、压力等条件的作用下，能够塑化流动成型设计要求的形状，并可在常温、常压下保持此形状的一类材料。根据塑料的定义，可见塑料在一定条件下具有塑性，具备连续变形的能力；主体成分为树脂；常温常压下为具有一定强度和固定形状的塑性或刚性材料

8、。树脂是塑料的主要成分，它决定着塑料的基本性能。树脂按其来源可分为天然树脂和合成树脂。如蛋白质、虫胶、琥珀等属于天然树脂。目前塑料中使用的树脂绝大部分是合成树脂。合成树脂的种类繁多，可达上千种，并且随着合成化学的发展还在不断增加，但塑料工业经常使用的树脂主要有几十种。除树脂外，绝大部分的塑料中还需要加入各种添加剂以改善其加工及使用性能。常用的添加剂种类有增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂、抗氧化剂、填料及发泡剂等。有些塑料可不加任何添加剂，如聚四氟乙烯塑料，此种塑料称为单组分塑料，否则称为多组分塑料。3.注塑成型在塑料成型及塑料工业中的地位塑料工业可以分为塑料生产（包括树脂和半成

9、品的生产）和塑料制品生产（也称为塑料成型加工工业）两个系统，这两个系统相互依存，完成从作为最初原料的单体到最终满足使用要求的塑料制品的转换。塑料从成型材料(包括树脂和添加剂)到有使用价值的塑料制品的转换必须经过成型加工过程，塑料的成型加工过程是将塑料材料与塑料制品联系起来的中间桥梁，是完成由前者到后者转换的比由之路。塑料的成型加工过程即塑料制品的生产过程是一个非常复杂而又关键的过程。在此过程中，首先必须根据各种成型材料固有的性质，利用加热、加压、溶胀或溶解等一切可以实施的办法使其达到可塑状态，并继而获得模具所赋予的形状和尺寸，经进一步加工，最终成为符合要求的制品。塑料制品的成型过程概括起来又分

10、为两个阶段。首先是使塑料成型材料达到可流动状态或至少是部分可塑状态；然后，通过施加压力等方式使其充满型腔或通过模口成为所需制品或型坯。成型过程中塑料会发生一系列的物理和化学变化，而促使其发生这些变化的一个重要因素就是热。因此，在成型过程中，热塑性塑料与热固性塑料会表现出不同的成型工艺性能。每种塑料都有其适合额成型方法，但是塑料与成型方法的适用关系并不是一成不变的，随着新的塑料品种及成型方法的出现，两者之间会出现越来越宽的适应性。注射成型是塑料加工最普遍也是最早的成型方法。1862年英国出现了用硝酸纤维素制成的塑料梳子、伞柄等；1879年Gray在英国发明了第一部螺旋挤出机。1920年注塑机已经

11、发展成为工业化得加工方法，可以用热塑性聚合物生产出复杂的制品。1970年以来，塑料工业取得了重要的发展，从民用塑料开发转向工程塑料是这个时期的主要特征，近年来高分子材料的品种得到了迅速的发展，注塑方法种类不断增多，主要有热塑性塑料注塑、热固性塑料注塑、结构发泡注塑、多分组注塑、反应注塑等。注塑成型在整个塑料制品的生产中占有十分重要的地位，除少数塑料外，几乎所有的塑料都可以用注塑成型的方法来生产制品。据估计，注塑成型的塑料制品约占所有模塑制品总量的1/3，注塑模约占塑料模具数量的1/2以上。1.3我国塑料模具工业现状及发展方向模具行业是一个高新技术密集型，而且又重视经验的产业。特别是随着近代工业

12、的飞速发展，塑料制品用途日益广泛，注塑模具工艺空前发展，依靠人工经验来设计模具已经不能满足需要，企业越来越多地 利用注塑模流分析技术来辅助塑料模具的设计。利用此类CAE软件，设计人员可以仿真出塑料成型过程中的充填、保压、冷却及脱模后的翘曲变形等过程，准确预测塑料熔胶在模腔内的流动状况，温度、压力、剪切应力、体积收缩等变量在整个充填工程中某瞬间的分布情况。利用注塑模流分析技术，能预先分析模具设计的合理性，减少试模次数，加快产品研发，提高企业效率。 我国塑料模具工业的发展方向可以归纳如下：出于塑料膜成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度的要求和为适应高生产率而发展的一模多腔的原因，今后应该重点提高大

13、型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。在塑料模具设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已经发展成一项比较成熟的共性技术，随着CAD/CAM软件智能化程度的逐步提高，塑料制品及模具的三维设计与成型过程的模拟分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。推广应用热流道技术、气体注射辅助成型技术和高压注射成型技术。开发新的成型工艺和快速经济模具，以适应多品种、少批量的生产方式。提高塑料膜标准化水平和标准件的使用率。为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制定统一的国家标准，并严格地按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程

14、度，提高标准件质量，降低成本；再次就是要进一步增加标准件的规格品种。第二章 注塑模拟软件moldflow分析基础及功能2.1有限元分析基础Moldflow作为成功的注塑产品成型仿真及分析软件，采用的基本思想也是工程领域中常用的有限元分析方法。有限元法的应用领域从最初的离散弹性系统发展到后来进入连续介质力学之中，目前广泛应用于工程结构强度、热传导、电磁场、流体力学等领域。经过多年的发展，现有的有限元法几乎可以用来求解所有的连续介质和场问题，包括静力问题和与时间有关的变化问题以及振动问题。简单来说，有限元分析方法就是利用假想的线（或面）将连续的介质的内部和边界分割成有限大小的、有限数目的、离散的单

15、元来研究。这样，就把原来一个连续的整体简化成有限个单元的体系，从而得到真实结构的近似模型，最终的数值计算就是在这个离散化的模型上进行的。直观上，物体被划分为“网格”状，在Moldflow中将这些单元成为网格。2.1.1有限元法的基本思想有限元法的基本思想主要包括以下几个方面：（1）连续系统（包括杆系、连续体、连续介质）被假想地分割成数目有限的单元，单元之间只有数目有限的节点处相互连接，构成一个单元集合体来代替原来的连续系统。在节点上引进等效载荷（或边界条件），代替实际作用于系统上的外载荷（或边界条件）。（2）由分块近似的思想，对每个单元按一定的规则（由力学关系或选择一个简单函数）建立求解未知量

16、与节点相互作用之间的关系（力-位移、热量-温度、电压-电流等）。（3）把所有单元的这种特性关系按一定的条件（变形协调条件、连续条件或变分原理及能量原理）集合起来，引入边界条件，构成一组以节点变量（位移、温度、电压等）为未知量的代数方程组，求解它们就得到有限个节点处的待求变量。所以，有限元法实际上是把具有无限个自由度的连续系统理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题转化为适合于数值求解的结构型问题。2.1.2有限元法的特点有限元方法正是由于它的诸多特点，在当今各个领域都得到了广泛的应用。（1）原理清楚，概念明确有限元方法的原理清楚，概念明确，使用者和学习者可以在不同的水平上建立起对该方法的理

17、解，并且根据个人的实际情况（包括不同学科、不同背景和不同的理论功底）来安排学习的计划和进度，既可以通过直观的物理意义来学习和使用，也可以从严格的力学概念和数学概念推导。（2）应用范围广泛、适应性强有限元法可以用来求解工程中许多复杂的问题，特别是采用其他数值计算方法（如有限差分法）求解问题的困难，如复杂结构形状问题，非均匀、非线性材料问题，动力学问题，黏弹性流体流动问题等。目前，有限元法在理论上和应用上还在不断发展，今后将更加完善，使用范围也会更加广泛。（3）有利于计算机计算有限元法采用矩阵形式表达，便于编制计算机程序，从而可以充分利用高性能计算机的计算优势。由于有限元法计算过程的规范化，目前在

18、国内外有许多通用程序可以直接套用，非常方便。Moldflow正是成熟的注塑成型的有限元工程分析软件。2.2 Moldflow软件简介Moldflow软件是美国Moldflow公司开发的用于塑料注射成型分析的软件，在注射成型领域中享有很好的声誉，并且拥有大量的客户。该公司是一家专业从事塑料计算机辅助工程分析（CAE）的跨国公司,自从1978年发布了世界上第一套塑料流动分析软件以来，一直主导着该领域的市场。目前，Moldflow软件已经广泛应用于汽车、航空航天、仪器仪表、信息产品、日用品、家电等众多领域。2.3 Moldflow各模块的基本功能Moldflow软件包括两个模块：快速试模分析（Mol

19、dflow Plastics Advisers,MPA）和高级成型分析（Moldflow Plastics Insight,MPI）.2.3.1 MPA与MPI的主要功能(1)MPA 用于普通模流分析。该模块可以读取给定的塑料制品CAD模型，并捅咕仿真分析，优化塑料制品设计及其模具设计。分析内容包括模拟塑料的填充过程、优化浇注系统结构、分析保压过程、评 估所设计的冷却系统、预测系统的翘曲以及评估成本等。(2)MPI 用于专业模流分析。该模块可以对整个过程进行模拟分析。分析内容包括计算最佳浇口位置，模拟填充、保压、冷却等过程，预测翘曲、纤维取向、结构应力和收缩等情况，以及模拟气体辅助成型过程等。

20、2.3.2 MPI各子模块的主要功能(1)MPI/Flow模拟以热塑性材料为原料的塑料件注射成型过程的填充和保压阶段，预测熔体的流动行为，从而预测塑料的成型性。实用MPI/Flow可以优化浇口位置，平衡流道系统，评估工艺条件，获得优化的工艺条件，并对可能发生的塑件收缩、翘曲等质量缺陷进行预测和改善。(2)MPI/Fill 主要用于优化浇注系统的设计。分析内容包括填充过程是否合理、填充是否平衡以及能否完成完全填充等。分析过程包括填充过程所耗时间、压力分析、流动前言分布温度、分子取向、剪切速率分布、气穴和熔接线的位置和尺寸等。(3)MPI/Cool 主要用于分析冷却系统对流动过程的影响。它可以优化

21、模具结构和冷却系统设计，获得较理想的冷却效果，从而解决由于冷却系统不良造成的产品翘曲等缺陷。(4)MPI/Warp 用于分析由于应力分布所导致的塑料产品的收缩和翘曲，以及由于不均匀压力分布而导致的模具型芯偏移等状况。分析结构可以获知可能产生翘曲的区域以及翘曲原因，并反馈至模具结构设计和成型工艺参数选取等环节上，从而对翘曲的缺陷进行控制。(5)MPI/Fiber 用于分析含纤维的塑料件成型中纤维取向及成品的机械强度。(6)MPI/Stress 用于分析注射成型中受到外部载荷时，塑料产品成型后的性能。(7)MPI/Gas 用于分析气体辅助注射成型，分析结果可用于确定熔体和气体入口位置、气体充入之前

22、要注射的塑料体积、气道尺寸及位置等。 (8)MPI/Design of Experiments 可以执行一系列自动化分析，改变初始指定参数，例如，模具和熔体温度、注射时间、保压压力和时间以及产品壁厚。分析结果可以查看收缩率、注射压力、锁模力和熔体前沿温度，以及充填时间、压力和温度分布等，从而帮助优化工艺参数和最终成型的产品质量。 (9)MPI/Shrink 基于工艺条件和具体的材料参数，能预测树脂收缩率和独立于翘曲分析的线性收缩率。因为塑料产品冷却时会收缩，顾在设计模具时，有必要计算出这个收缩量，以满足主要产品公差要求。 (10)MPI/Gate Location 系统自动分析出最佳浇口位置。

23、如果模型需要设置多个浇口，可以对模型进行多次浇口位置分析。当模型已经存在一个或多个浇口时，可以进行浇口位置分析，系统会自动分析出附加浇口的最佳位置。 (11)MPI/Molding Window 帮助定义生产合格产品的成型工艺条件范围。该范围，是生产出质量好的塑件的必要条件。除上述分析类型外，MPI还能够对同一产品模型进行多个类型的综合分析。例如，当需要了解塑料制品的成型流动及翘曲分析等情况时，通常会使用到“MPI/Flow+Warp”分析功能，这时MPI的“Flow”和“Warp”两个子模块就会同时运行。2.4 Moldflow基本流程Moldflow进行注射分析的基本流程包括三个步骤：建立

24、模型设定参数分析结果。其中建立模型和设定参数称为前处理，分析结果称为后处理。分述如下。（1）建立模型包括新建一个工程项目、导入或新建CAD模型、划分网格、检验及修改网格。导入或新建CAD时，通常还需根据分析的具体要求，将模型进行一定的简化。在Moldflow中，要建立一个分析模型，需要先建一个工程项目，再建立一个CAD模型。或利用通用数据格式导入利用UG、PRO/E、CATIA等CAD软件或ANSYS、NASTRAN等CAE软件建好的模型。然后对该模型进行网格划分。根据需要设置网格的类型、尺寸等参数，对划分好的网格进行检验，删除面积为零和多余的网格，修正畸变严重的网格。网格划分和修改完毕，需要

25、设定浇口位置，有时还需创建浇注和冷却系统，并确定主流道和分流道的大小及位置，以及冷却水道的大小和位置。（2）设定参数包括选择分析类型、成型材料、工艺参数。参数设定中首先要确定分析的类型，根据分析的主要目的选择相应的模块进行分析。然后，在材料库中选择成型的材料，或自行设定材料的各种物理参数。按照注射成型的不同阶段，设置相应的温度、压力和时间等工艺参数。（3）分析结果前处理都完成后，就可以进行模拟分析了。根据模型的大小和网格数量，分析的时间长短不一。在分析结束后，可以看到产品成型过程中填充过程、温度厂、压力场的变化和分布，以及产品成型后的形状等信息。第三章 Moldflow对软驱按钮的分析3.1浇

26、口位置选择和确定塑料产品从设计到成形生产是一个设计、修改、设计的反复迭代不断优化的过程。传统的试模、修模的设计制造方式已越来越难以满足激烈竞争的场需要。计算机技术的应用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。运用MoldFlow模拟塑料熔体在网格划分后的模型模腔中的流动、保压、冷却过程，其结果对优化模具结构和注塑工艺参数有着重要的指导意义，可提高一次试模的成功率。MoldFlow中MPI/Gate Location是用于分析最佳浇口位置区域的分析模块，可为注塑模具的设计找到一个初步的最佳浇口位置，即Gate Location的分析结果可为进一步进行流动（Flow）分析提供一

27、个参考的浇口位置。MPI/Flow是MoldFlow中用于分析塑料熔体在模腔中流动，并且优化模腔布局、材料选择和填充保压工艺参数的分析模块。利用MPI/Gate Location和MPI/Flow分析模块对注塑件进行模拟分析，可快速而又较为准确地得到最佳的浇口位置，从而大大减少试模次数，节省模具制造成本。3.1.1建立分析模型利用Pro/E软件建立软驱按钮模型，然后通过STL文件格式读入MPI5.0，并进行相应的网格的划分和网格缺陷的修复。再设定相应的分析次序，材料，成型工艺参数等，最后进行浇口位置的分析。分析中采用表面网格(fusion)划分,用Mesh Tool作网格缺陷修改。网格划分一定

28、要精确，如图1：3.1.2网格的划分图2：网格统计结果 如图2网格统计结果，网格划分和修复后统计的结果经过网格的修复处理，应有达到以下的条件：1. 未创建流道，气道和水路等对象时，柱体数为1；2. 连通区域的个数为13. Fusion模型的网格中自由边的个数应为04. Fusion中只存在共用边，交叉边数为05. 配向不正确的单元为06. 交叉单元，完全重叠单元，重叠柱体数都为07. 纵横比中，最大的的值不超过10，推荐在6-8之间，该值越小越好8. 匹配率是反应模型上下表面网格单元相互匹配的程度，不能低于85%，太低时应该重新划分网格，否则不能进行继续分析。 由图2网格统计结果可知，网格划分

29、达到比较满意的结果。 对浇口位置进行分析，得到如图3所示的图形：图3： 分析得到的浇口区域图 其中，越靠近蓝色的区域越适合浇口位置的设定，分布在软驱按钮底部和侧面，而最不适合浇口位置的是红色区域部分。由分析可以知道选择软驱按钮底部为浇注口是最优化的。3.2充填分析及仿真3.2.1充填分析的目的 注射成型过程中，从模具闭合开始，螺杆或柱塞式注射机在高压下将塑料熔体注入模具型腔，知道熔体达型腔的末端并充满整个腔体，称为填充。 Moldflow中的Fill分析可以对塑料熔体从开始进入型腔直到充满型腔的整个过程进行模拟。根据模拟的结果，可以获得熔体在整个腔内的流动行为信息，从而判断其模具结构、浇注系统

30、、工艺参数等是否合理。 填充分析的目的是避免出现流动不平衡、短射等问题，同时获得注射压力和锁模力的最低值，为经济地选择注射机提供依据。3.2.2充填分析结果 1充填时间分析图3.2.1充填时间 由图3.2.1可知，充填时间为1.166S，由图片可知，没有发生短射现象，说明材料的流动性和塑件壁厚良好。2流动前沿处温度分析图3.2.2流动前沿处温度流动前沿的温度指熔体前沿截面中心的温度，如果流动前沿温度高，熔体流动流畅且熔接线强度通常都比较好。塑料件的料温为245，而在注塑件的主要部位的前沿温度为187.5到245，前沿温度与料温比较接近，这说明制件填充情况较好，无迟滞现象发生，同时也意味着结合线

31、将会有很高的强度。而在制件的最远端的最低温度为245，相差也不大，而且由于制件的长度的因素，会影响到料温的损失，加上是非关键表面，可以接受。3.体积温度图3.2.3体积温度体积温度是指模壁两侧冷凝的塑料的温度与料流前锋的熔体温度之和的平均值。它反映填充时温度变化情况，通过它可以发现产品在注塑过程中温度的分布区域。在模穴填充结束时应尽可能均匀分布，如果最高体积温度接近或者超过聚合物材料的降解温度，或者是出现局部过热的情况，应该重新设计浇注，冷却系统和缩短填充时间的方式进行改善。ABS的降解温度在255左右，由模拟分析可得体积温度的最高值不会超过250。如图所示体积温度没有超过降解温度，并且温度没

32、有突变。所以浇口设置较合理。4.剪切速率，体积图3.2.4 剪切速率，体积剪切速率是速度变化大小的度量，同时代表塑料被剪切变形的速率。剪切速率越大，塑料被变形的速率越高，此时就有可能会拉断塑料高分子链，产生裂解，变性，机械性能降低等问题，从而影响产品强度。因此，剪切速率值应不超过材料的极限值。材料的最大剪切速率为12000 1/s，而预测值为 5062.2/s ,符合条件。在塑件上，材料的剪切速度都1265.5/S，可以满足需要。5.注射位置压力图3.2.5注射位置压力XY图 由图可知，在1.125S时，注射压力达到最大值为7MPa。注射压力不大，选择注塑机容易满足成型压力。6冻结时间3.2.

33、6冻结时间由图可知，预测冻结时间为1.166S。冻结时间快，主要成型面冻结时间没有突变，成型塑件质量好。7气穴分析3.2.7气穴注射时，气穴主要出现在上表面，所以在设计模具时，把分型面设计在气穴集中的地方，有利于排气，减少气穴。8射出重量分析图3.2.8射出重量XY图由图可知，在1.215S时，注射量达到89.37%，在此之前主要是线性的增加，且注塑量增加的幅度大，在此之后主要是以填充压实为主，注射量变化不大。模拟仿真时填充达到99%时进行压力/速度转换的控制，否则会发生短射现象。9充填区域分析图3.2.9充填区域由图可知，充填区域为一，说明可以完全充填。10充填结束时的压力分析图3.2.10

34、充填结束时的压力由图可知，充填结束时压力不大，有利于开模。11推荐螺杆速度分析3.2.11推荐的螺杆速度XY图由图可知，在行程的40%时注塑推荐螺杆速度最大。12.心部取向分析图3.2.12心部取向由图可知，心部取向为一，注塑后在关键部位心部取向非常规范。13壁上剪切应力分析图3.2.13壁上剪切应力壁上剪切应力其值不能超过材料许可的极限值。虽然值在0-0.4731MPa，但查询可以知道，其值大都不会超过0.2366MPa,而材料的允许推荐值为0.4MPa，其结果不会超过该值。14锁模力分析图3.2.14锁模力XY图 锁模力是注塑机选择的直接参考，由图知锁模力在1.1.25时最大，为0.14M

35、Pa。15熔接痕分析图3.2.15熔接痕熔接痕是塑料制品中的一个区域，由彼此分离的塑料熔体相遇后熔合固化而成。熔接痕的力学性能低于塑件其他区域，是整个塑件中的薄弱环节。熔接痕的强度通常就是塑料制品的强度。熔接痕存在影响制件强度和质量，熔接痕线常常出现在两股料流交汇处。在实际中熔接痕不可避免。解决方法由：1增加模具温度和熔体温度，使两个相遇熔体前沿融合的更好；2增加螺杆速率；3改进浇注系统设计；4如果不能消除熔接痕，应使其位于制件上较不敏感区域，防止其影响制件机械性能表观质量；5通过改变浇口位置或者改变制件壁厚，改变熔接痕位置。3.3流动分析及仿真3.3.1流动分析的目的通过流动分析，帮助模具设

36、计人员设计出压力平衡、温度平衡或者压力、温度均平衡的流道系统，并最大程度地减少流道部分的体积。同时，对流道内熔体的剪切速率和摩擦热进行评估，避免材料的降解和型腔内过高的熔体温度。采用MoldFlow可使注射成型从制品设计、模具设计到注射工艺的确定完全在并行工程的环境下进行，不仅克服了传统的串行设计存在的产品开发周期长的缺点，而且提高了制模的成功率，优化了注射成型的工艺条件，降低了产品的开发和制造成本。3.3.2流动分析结果：1.体积收缩率分析图3.3.1顶出时的体积收缩率体积收缩率用于查看制件的体积收缩情况，也可用于判断是否有缩痕，缩孔出现的参照，如果某一小部分区域的收缩率远远高于其他部位，则

37、此部位很可能会产生缩痕或者缩孔。由于结果显示的是制件顶出的收缩情况，所以也直接反映出制件成型后的制品。整个型腔的收缩率应该均匀，但通常难以实现。可通过调整保压曲线使收缩率均匀一些。在无过保压的情况下，保压压力越高，体积收缩率越小。图中的收缩率都比较均匀，并未出现较大的跨度，且制品收缩率小。2缩痕指数分析图3.3.2缩痕指数缩痕指数可以反应制件上产生缩痕的相对可能性，缩痕指数值越高的区域，表明此区域出现缩痕或缩孔的可能就越大。在工件的最远端出现的缩痕指数相对较大。在不改变其他的情况下可以注重该处的冷却，使其得到一定的改善。如图所示可知，缩痕指数相对较小，在离浇口最远端的缩痕指数不超过4%，可以满

38、足塑件要求。3取向分析 图3.3.3表层取向 图3.3.4心部取向聚合物溶体在导管内流动的速率在管中心最大，管壁处为零；在导管截面上各点的速度分布呈扁平的抛物线形状。塑料在很大很大程度上都顺着流动的方向作平行的排列，这种排列常称为取向作用，取向作用使得工件的机械强度得到很大的提高。在分子中顺着分子取向上的力学性能总是优于其他方向。由图3.3.3和图3.3.4可知，注塑后在关键部位及装配后的外表面，表层取向和心部取向都非常规则。4冻结层因子分析图3.3.5冻结层因子图3.3.6冻结时间当冷冻层厚度因子的值为1则表示截面已经完全冷冻。如果产品上某个区域尚未完全凝固而其周围区域或者浇口完全凝固时，此

39、后凝固区域则会因为保压路径被切断而出现保压不足的状况，从而极易有较大收缩状况发生。从图3.3.5可以看出由于制件壁厚均匀，冻结层因子分布均匀，可以满足要求。5速度/压力切换时的压力图3.3.7速度压力图由图可知,在浇口处压力最大,在远离浇口处压力小,压力大小是选择注塑机的关键,压力大小要保证能够充填模具型腔,由图知,在远离浇口位置压力太小,所以在选择注塑机时候要求注射压力大一些的注塑机.6流动分析时,其他一些分析图片图3.3.8第一主方向上型腔内残余应力图3.3.9第二主方向上型腔内残余应力图3.3.10锁模力质心图3.3.11射出重量XY图由图可知,在2S后,射出重量几乎不变。模具进入保压阶

40、段，射量变化不大。在此之前主要是线性的增加，且注塑量增加的幅度大。3.4冷却分析及仿真3.4.1冷却分析的目的冷却阶段对制件质量的影响非常大，冷却的好坏直接影响着制件的最终表面质量，制件残余应力和结晶度等。冷却时间的长短决定了制件脱模时的温度和成型周期的长短，直接影响到产品成本的高低。冷却分析可以优化模具及冷却回路设计，获得均匀的冷却效果，最小化循环周期，消除由于冷却因素造成的产品翘曲，从而降低模具总体制造成本。3.4.2冷却分析结果 冷却得到的相关分析如下：1冷却管道铺设如下图图3.4.1冷却管道铺设如图3.4.1所示，由于零件为薄壁中空塑件，在铺设冷却管道时，采用型芯冷却，在MoldFlo

41、w分析中，把冷却管道设置在外面，采用多设置冷却管道，增加冷却液进入口，可以达到相同的冷却效果。保证分析的可靠性。2回路介质温度分析图3.4.4回路冷却介质温度回路冷却介质的温度直接反映制件在冷却过程中，哪一部分可能冷却条件有缺陷。由图可知，回路冷却介质温度变化不大，这样，所需要的冷却时间就要增加，增长了产品开发周期。3制件温度分析图3.4.5制件表面温度制品平均温度，反应制件在冷却完毕后的表面温度。冷却完毕后的制品温度应低于材料的熔化温度，由图可知，制品表面温度过高，应该进行优化，重新设置冷却回路，达到满足的要求。4制品最高温度位置图3.4.6制品最高温度位置分析制品温度较高位置，在冷却时候尤

42、其要注意，图中，在按钮内表层上部，由于制件壁厚不均匀关系，出现最高温度区域，不过，由于它不是塑件重要成型面所以影响不大。制件其他区域温度良好，满足成型条件。5回路热去除分析图3.4.7回路热去除效率由图可知，回路热去除效率最高为1，但是，大部分处于0.5左后，所以，去除效率较低，可以重新铺设冷却水管，得到更高的去除效率。6温度分析图3.4.8模具温度图3.4.9制品温度由图知模具温度和制品温度范围很广，但是可以看出，大部分温度集中在35度左右。7冷却分析其他图片图3.4.13冻结层百分比图3.4.14回路雷诺数3.5翘曲分析及仿真3.5.1翘曲分析的目的产品在成型过程中，由于内部应力分布不均匀

43、，导致产品出现翘曲变形，影响了产品的质量。Warp分析目的是预测在产品成型过程中的翘曲程度，分析产生翘曲的原因。3.5.2翘曲分类及产生的原因一般情况下，产品产生翘曲分析的原因在于塑件收缩不均匀。塑件上不同区域的收缩不均匀、厚度方向上的收缩不均匀或者在与材料分子取向平行和垂直方向上收缩不均匀等都会导致翘曲的产生。包括以下三点冷却不均匀：由于模具上温度分布不均或产品厚度上温度不同，导致产品翘曲变形。工艺条件设置不恰当等造成整个产品收缩不均。产品收缩不均匀：又称区域收缩，由于产品厚度不均、浇口位置和冷却管道设计不合理、分子取向不一致：由于材料分子平行或垂直的方向上收缩不均匀都会导致翘曲的产生。3.

44、5.3翘曲分析结果体积收缩分析图3.5.1顶出时体积收缩率由图3.4.1可知，在冷却后塑件体积变化不大。大部分在3.5%以下。能够满足制件需要。.锁模力分析图3.5.2锁模力XY图由图知，在2S时锁模力最大为0.145tonne。在t=10S时，锁模力下降为零，进入冷却保压时间。制品变形分析图3.5.3制品变形因数图3.5.4变形因素X方向图3.5.5变型因素Y方向图3.5.6变型因素Z方向由上图3.5.4，图3.5.5和图3.5.6可见，制品变形不大，可以满足成型条件。3.6成型工艺窗口分析 成型工艺窗口分析定义了能够生产合格产品的成型工艺条件范围。如果所设置的成型工艺条件位于这个范围内，就

45、可以生产相互好质量的产品。有了成型工艺窗口后，就可以据次成型条件做出适当的修改并获得较好的产品质量。分析结果如下： 图3.6.1区域：2D幻灯片图 分析结果用绿色、黄色、红色表示工艺参数对制品质量的影响，绿色的范围越大表示工艺参数的可调的范围越广，软驱按钮的分析结果全是黄色即可行。 成型工艺窗口分析只是以快捷的方式提供了一个初步的结果，为随后分析作准备，它的分析结果不能作为实际的工艺参数。第四章 软驱按钮模具结构确定4.1 注塑模具结构塑料是20世纪才发展起来的新材料，也是一门新兴工业。目前，世界上塑料的体积产量已经大大超过了钢铁，成为当前社会使用的一大类材料。只有迅速地发展塑料加工业，才可能

46、把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的塑件产品，在国民经济各领域充分地发挥作用。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又称为原料及设备的“效益放大器”。从生产实践可知，通过模具加工的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”。模具是一种高附加值产品和技术密集型产品，其生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。注塑成型工艺及模具设计是一门不断发展的综合学科，不仅随着高分子材料合成技术的提高、注塑成型设备的革新、成型工艺的成熟而改进，而且随着计算机技术、快速造型技术、数值模拟技术、数字化应用技术等在注

47、塑成型加工领域的渗透而发展。注塑成型作为一种重要的成型加工方法，我们不难发现，在机械、化工、汽车、邮电通信、仪器仪表、文体医卫、军事国防、家用电器等都具有广泛应用，且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和广宽的发展前景。随着塑料制品日益广泛的应用，在注塑成型过程中起着重要作用的模具越来越受到重视。除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具的控制，所以如何高质量，简明、快捷和规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺优越性、扩大注塑制品应用的首要问题。在本章中将介绍注塑模具的组成、类型和设计程序等方面的内

48、容。注塑模具的结构组成注射模具主要由1：成型零部件；2：合模导向机构；3：浇注系统；4：侧向分型与抽芯导向机构；5：推出机构；6：加热和冷却系统；6：排气系统；8：支承零部件等组成。设计注塑模具时应注意的事项1：分型面上开设分流道，开在动模或是定模一侧。2：推出机构一般设在动模的一侧，应尽量使塑件在分型后留在动膜一边。3：为了让主流道凝料在分型时留在动模一侧，动模一侧必须有拉料杆。4：推杆复位方式常用弹簧复位方式。注塑模的基本类型（1） 按塑料类型分类 按塑料类型分，注塑模可分为热塑性塑料注塑模和热固性塑料注塑模，两者基本结构相同，但也有各自的某些不同特点和结构细节的细微差别。（2） 按所使用

49、的注塑机分类 1.立、卧式注塑机用模具 立、卧式注塑机的共同特点是注射部分和开、闭模部分在同一轴线上，所以模具主流道与分型面垂直。2.直角式注塑机用模具 直角式注塑机的注塑部分与开、闭模部分成90°夹角，注射部分一般为垂直方向，开闭模部分为水平方向，其主流道与分型面平行，且中心线在主分型面上。除按上述方法外，还可以按塑料制品的精度，模具型腔数目进行分类。注塑模按总体结构分以下几类（1）单分型面注塑模 模具上只有一个将动、定模分开的主分型面，成型零件分设在动、定模两部分上，闭合后构成封闭的型腔。（2）双分型面注塑模 双分型面模具除主分型面外，还增加了一个与主分型面平行的分型面，又称三板

50、模具，通常在采用点浇口成形或需要在定模部分需要抽芯时才使用。本文主要设计一模两腔的口杯注塑模具，采用的就是双分型面模具。（3）侧向分型或抽芯的注塑模 对于带有侧孔或侧凹的塑件，不能直接从模具内顶出，必须先将成形侧孔或侧凹的模具零件从塑件上的侧向分开，所以模具必须增加抽芯机构或侧向分型机构。（4）带活动镶件的注塑模 有些塑料件，为简化模具和成形方便，常常在模具中设置活动镶件，这些活动镶件成为塑件的一部分。除此之外，还有许多不同结构类型的模具，如模具内机动脱螺纹的注塑模，脱模机构设置在定模的注塑模，无流道凝料的注塑模等。4.2 软驱按钮注塑模具结构设计4.2.1 确定型腔数量及排列形式根据零件的尺

51、寸形状，考虑到生产成本和注射机型号，初步拟定为一模四腔。因此设计的模具是多型腔的模具。考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式为对称排列。4.2.2 分型面位置的确定如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。3) 保证塑件的精度要求。

52、4) 满足塑件的外观质量要求。5) 便于模具的制造。6) 对成型面积的影响。7) 对排气效果的影响。8) 对侧向抽芯的影响。综合以上原则，模具分型面如下图所示：选择的分型面尽可能使塑件在开模后留在动模一边，这样有助于动模设置的推出机构动作，由于塑件收缩会包在凸模型芯上，依靠注塑机的顶出装置和模具的推板推出机构推出塑件。4.2.3 浇注系统形式和浇口的设计（1）主流道设计主流道尺寸：主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。（2）分流道设计分流道是经主流道后的流道系统，选择4个分流道，分流道要尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，

53、减少压力损失和热量损失。将分流道设计成直的。分流道的表面粗糙度由于分流道中与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为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra 并不要求很低，一般取1.6m左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。如图所示：（3）浇道口设计浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇口。限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入

54、型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：1) 尽量缩短流动距离。2) 浇口应开设在塑件壁厚最大处。3) 必须尽量减少熔接痕。4) 应有利于型腔中气体排出。5) 考虑分子定向影响

55、。6) 避免产生喷射和蠕动。7) 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。8) 注意对外观质量的影响。根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，每个型腔设计一个进浇点，并选用直浇口式。4.2.4 注射机型号的确定根据零件的材料ABS，查阅表1-25（注射成型工艺分析及模具设计向导），材料适用的注射机类型为螺杆式，选定注射机的型号为SZ-60。其技术规格如下：结构形式：卧式理论注射量：75cm³注射压力：170MPa注射方式:螺杆式螺杆直径：30 mm锁模力：1450kN拉杆内间距：280锁模形式：100 双曲肘移模形成：220定位孔直径：554.2.5 模架选用与合模导向机构的设计（1） 模架的选

56、用设计模具时，开始就要选定模架。当然选用模架时要考虑到塑件的成型、流道的分布形式以及顶出机构的形式，有抽芯的还要考虑滑块的大小等等因素。本套模具选用标准模架，选用流程如下根据软驱按钮合模机构优先选择内嵌式直浇口模架，如图：根据软驱按钮合模，选择模架的数据为：W:180-250.这里选择200。L:200-300.这里选择250。根据计算确定ABC。A:60B:80C:60分别选择H5:15，H6,：20。根据国标：选择为W1-W7分别为：250,38，120,84,100,154,160。因此模架结构就确定了。（2） 合模导向机构的设计合模导向机构是保证定动模合模时，正确定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。导向机构主要有以下作用：（1） 定位作用（2） 导向作用（3） 承受一定的侧向压力本模具采用的是导柱导向，其主要零件是导柱和导套。导柱的数量为4，其布置形式为合理均匀