滚梯杂物清洁器成型工艺与模具设计.doc

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1、本科学生毕业设计滚梯杂物清洁器成型工艺与模具设计黑 龙 江 工 程 学 院二一二年六月The Graduation Thesis for Bachelors DegreeThe Molding Process and Mold Design of The Escalator Sundry CleanerHeilongjiang Institute of Technology2012-06Harbin摘 要中国塑料工业经过长期的奋斗和面向全球的开放，已形成门类较齐全的工业体系，成为与钢材、水泥、木材并驾齐驱的基础材料产业，作为一种新型材料，其使用领域已远远超越上述三种材料，是21世纪最有前途的行

2、业之一。据统计，注塑模具约占塑料成型模具数量的一半以上，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产和提高产品的质量有很大的意义。本设计是滚梯杂物清洁器成型工艺及模具设计。通过对塑件各方面的成型条件和成型工艺的分析等，合理地选择注塑机的型号为JX-1500，型腔设计为一模两腔、阶梯分型面、侧浇口等。首先用Proe等三维造型软件对塑件进行三维实体造型，之后利用塑料模拟分析软件Moldflow模拟塑件的成型过程，主要对最佳浇口位置、充填、冷却、流动、翘曲等进行分析，通过分析结果优化成型工艺参数及模具结构，最后利用Proe完成模具的三维实体造型，并用AutoCAD完成工程图。关键字：滚梯杂物清洁器；模拟成

3、型；注塑；模具；Proe；MoldflowABSTRACTChina Plastics Industry after a long struggle and globally oriented open,already formed the industrial system with more complete class,and racing together bridle to bridle with Steel,cement and timber becoming based material industry.As a kind of new material,its use in

4、the field is far beyond the above three kinds of materials.It is one of the most promising industry in the 21st century.According to statistics,injection mold has the very big significance for understanding the plastic product,s production process and improving the product quality.The design is the

5、molding process and mold design of the escalator cleaner.Through the plastic parts all aspects of forming conditions and the analysis of the forming technology, a reasonable choice of injection molding machine model is JX-1500,and design injection mold of a two-cavity,the parting surface of ladder,r

6、ectangular side of the gate.By using the Pro/e software the 3D solid component is made.In the design process,the paper in detail describes simulation of plastic parts molding process by using the simulation software Moldflow,and mainly analysises the best gate location,filling,warpage and so on.Thro

7、ugh simulation results optimizes molding process parameters and mold structure.Finally the assembling drawing three-dimensional solid of injection molding is completed by using Pro/e,and the drawing is completed by using AutoCAD. Key words：The escalator sundry cleaner;Simulation molding;injection mo

8、lding;The plastic mold;Proe;Moldflow 目 录摘要Abstract.第1章 绪论11.1 选题背景及意义11.2 我国塑料模具在工业中的现状及发展方向11.3设计思路及研究方法.5第2章 塑件结构分析及模具总体方案的确定62.1塑件的结构分析.62.2塑件材料的选择72.3模具整体方案的确定82.3.1分型面位置的确定.82.3.2型腔数量的确定.92.3.3型腔排列方式、模具结构形式的确定. .92.3 本章小结9第3章 CAE分析及参数设计113.1 计算机辅助工程分析（CAE）.113.2分析前处理.113.2.1项目创建及模型导入.123.2.2被分析

9、对象的网格划分及修改.123.2.3材料的选择.153.2.4分析类型及顺序设置.17 3.2.5浇注系统的设计.17 3.2.6冷却系统的设计.19 3.2.7工艺过程参数的设置.203.3分析计算.223.4结果分析. 22 3.4.1流动分析结果.22 3.4.2冷却分析结果.25 3.4.3翘曲分析结果.263.5 本章小结26第 4 章 注射机的选定284.1塑料熔体注射量的计算.284.2塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算.284.3 注射机的确定.294.4 注射机相关参数的校核294.5 本章小结30第5章 模具成型零件及其他结构设的设计.315.1成型零件的

10、结构设计.31 5.1.1 凹模及凸模的设计.31 5.1.2 型腔型芯工作尺寸的确定.315.2 模架的确定325.3 脱模推出机构的的设计33 5.3.1 推杆脱模机构的设计.33 5.3.2 推杆的校核.345.4排气槽的设计355.5温度调节系统的设计355.6装配图375.7本章小结37第6章 注射机与模具参数的校核386.1注射机安装部分相关尺寸校核.386.2镶块的壁厚校核.38 6.3 本章小结.39结论40参考文献41致谢43第1章 绪 论1.1 选题背景及意义塑料制品在日常社会中得到广泛利用，模具技术己成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。国内注塑模在质与量上都有了较

11、快的发展。但是与国外的先进技术相比，我国还有大部分企业仍然处于需要技术改造、技术创新、提高产品质量、加强现代化管理以及体制转轨的关键时期。近年来,塑料模具工业迅速发展,体现在模具产品向着大型、精密、复杂的方向发展,综合技术含量不断提高,模具制造周期不断缩短。但与国外塑料模具的先进水平相比,依然存在一定差距。目前,我国的塑料消费量已居世界首位,但人均消费量仅为工业发达国家的1/7,工业中等发达国家的1/4,预计要达到工业中等发达国家的水平还需20年。这无疑为我国塑料工艺和塑料模具产业提供了非常大的发展空间。塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广

12、泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具。随着现代制造技术的迅速发展，在工业生产中，模具已成为生产各种工业产品不可缺少的重要工艺装备。特别是在塑料产品生产过程中，塑料模具的应用极其广泛，在各类模具中的地位也越来越突出，成为各类模具设计、制造与研究中最具有代表意义的模具之一。注塑模具是成型塑料制件的工艺装备或工具。合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是实现现代塑料制品生产必不可少的三大重要因素。尤其是塑料模具对实现塑料成型工艺要求、保证塑料制件质量、降低生产成本起着重要作用。滚梯清洁器是滚梯运行使用过程中常用的杂物阻挡

13、装置，本课题以滚梯清洁器的成型加工工艺及相关模具为设计对象，采用先进的设计手段，设计制定出科学合理的成型工艺和结构简单、满足实用要求、制造工艺性好的模具。滚梯清洁器其形状复杂尺寸精度要求较高，目前常用制造材料是工程塑料，成型方法采用注射成型，为提高工艺和模具设计的合理性，本次设计采用塑料成型过程模拟技术优化成型工艺及模具结构。1.2 我国塑料模具在工业中的现状及发展方向模具工业是国民经济各部门发展的重要基础，世界上工业发达国家无不把发展模具工业放在优先地位。据国际生产协会统计，近年来工业品零件粗加工的70%、精加工的50%是由模具成型来完成的。在洗衣机、照相机、电视、电话、电脑等，以及仪器仪表

14、、通信工具中，约有90%以上的零件需要用模具进行生产。模具工业的设计水平、加工质量、技术含量、模具材料等的状况将直接影响着许多相关行业或产业的发展；影响着行业企业新产品的开发和更新换代；影响着产品质量和企业的经济效益；影响着行业企业的技术进步与创新发展。因此，模具工业作为国民经济发展的基础工业，具有重要地位。现代工业的发展，新型塑料的产生和对塑料制件多样化的要求，促进了塑料成型技术的不断发展与创新。注塑模具是成型塑料制件的工艺装备或工具。根据塑料成型工艺方法的不同，通常将塑料模具分为注塑模具、压缩模具、传递模具、挤出模具、中空吹塑模具等。合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是实现现代塑料制品

15、生产必不可少的三大重要因素。尤其是塑料模具对实现塑料成型工艺要求、保证塑料制件质量、降低生产成本起着重要作用。塑料模具总体发展的新趋势表现在以下几个方面： 1、大力提高注塑模开发能力。将开发工作尽量往前推，直至介入到模具用户的产品开发中去，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发，变被动为主动。目前，电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法，手机和电话机模具开发也已开始尝试。这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同，才能根据用户要求进行模具设计的被动局面。 2、注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术。 随着模具企业设计和加工水平的提高，注塑模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺

16、转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转变和观念的上升。这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。 目前我国已有10多个国家级高新技术企业，约200个省市级高新技术企业。与此趋势相适应，生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。 3、模具生产正在向信息化迅速发展。 在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和

17、虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。 4、注塑模向更广的范围发展。 随着人类社会的不断进步，模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。现在，能把握机遇、开拓市场，不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的业务很是红火，利润水平和职工收入都很好。因此，模具企业应把握这个趋向，不断提高综合素质和国际竞争力。随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也越来越高。为了满足市场需要，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展。超大型、超精密、长寿命、高效模具；多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型

18、方法一体化的模具将得到发展。更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的、更为先进的加工方法。各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。 在今天，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

19、期。采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE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，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。三方面的应用分述如下： 1、制品设计 制品设计者能用流动分析解决下列问题： (1)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、容器和家具等。 (2)制件实际最小壁厚

20、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。 (3)浇口位置是否合适采用CAE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、模具设计和制造 CAE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： (1) 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。 (2) 最佳浇口位置与浇口数量 为了对充填方式进行控制，模

21、具设计者必须选择能够实现这种控制的浇口位置和数量，CAE分析可使设计者有多种浇口位置的选择方案并对其影响作出评价。 (3) 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。 (4) 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。 (5) 减小反修成本 提高模具一次试模成功的可能性是CAE分析的一

22、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、注塑成型 注塑者可望在制件成本、质量和可加工性方面得到CAE技术的帮助： (1) 更加宽广更加稳定的加工裕度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。 (2) 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。 (3) 省料和减少过量充模 流道和型腔的设计采用平衡流动，

23、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。 (4) 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。1.3 设计思路及研究方法 本课题内容为滚梯清洁器成型工艺制定及模具设计，利用塑料成型模拟分析软件Moldflow的MPI模拟其成型过程，制定合理的工艺方案并优化模具结构；利用三维设计软件完成模具设计，并完成工程图和设计计算说明书。 本次设计按以下要求进行设计： 1、查阅资料了解塑料成型过程模拟的发展现状； 2、利用三维设计软件完成制件三维实体模型的建立；利用注

24、射成型分析软件Mold flow MPI分析其成型过程，结合以往工艺方案制定合理的成型工艺； 3、设计合理的模具总体结构和各功能系统； 4、完成设计图纸及设计技术说明书。对以上进程综述如下：首先对制件进行结构工艺性分析、材料性能分析、成型条件分析，之后设计模具的整体方案，其次利用Proe三维实体建模，在用Moldflow中MPI模拟制件成型过程，对最佳浇口位置、充填、冷却、流动、翘曲进行分析，根据结果改善注射成型工艺参数的设置，最后绘制模具的三维实体图，并且完成CAD图纸的绘制。第2章 塑件结构分析及模具总体方案确定2.1 塑件结构分析 图2.1 滚梯杂物清洁器如上图2.1所示，此滚梯杂物清洁

25、器平均壁厚为3mm，外形尺寸长宽高分别为202mm、50mm、17mm，属于薄壁塑料件，制件的尺寸精度是一般精度，精度等级为四级。该制件壁厚基本均匀，结构比较复杂，由于制件的尺寸比较大，容易产生翘曲，所以在塑件不影响工作的一侧设计了加强筋，以克服产生的翘曲变形，保证其精度。在模具设计时应注意以下问题：（1） 在保证能满足使用要求的前提下，尽量使壁厚均匀，结构简单；（2） 考虑模具的整体结构，尽量使型腔型芯易于制造；（3） 当设计塑件的外观要求高时，先造型，再逐步绘制图样；（4） 避免侧向凸凹，简化模具结构；（5） 合理设置脱模斜度，便于脱模；（6） 各部分壁厚均匀，有足够的刚度和强度，制件转角

26、处应尽可能采用圆角过渡。2.2塑件材料的选择根据塑件的结构性能等要求，选择ABS（丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物）为制件材料。 （1） 基本特征 ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。 （2） 基本

27、性能一般性能ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为1820，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的臭味。 力学性能ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。 热学性能ABS的热变形温度为93118，制品经退火处理后还

28、可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。 电学性能ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。 环境性能ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。 ABS塑料的加工性能ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。 ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工

29、温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度8085，时间24h；对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度7080，时间1818h。ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于7080的热风循环干燥箱内24h，再冷却至室温即可。 （3）成型特点 1、不同品级的原料塑化温度略有差异，机筒温度可控制在160220范围内，喷嘴温度在170180范围内。 2、注塑压力在60120MPa，壁厚、浇口截面较大时

30、，注塑压力可略微低一些；而壁薄、流到较长时，注射压力可提高至130150MPa。 3、注塑熔体流速以缓慢一些为好，这对保证制品表面质量，改善制品强度有利。 4、模具温度在6070。较高的冷却温度，制品外表光泽，内应力小，但收缩率较大。由于流道截面较大，制品固化时间延长，为了缩短成型周期，一般制品的模具温度应低一些。5、 制品的收缩率不大，但内应力较高。必要时进行热处理，在70左右的热风循环中处理23h，缓慢冷却至室温，以消除制品的内应力。表2.1 ABS塑料参数 屈服强度 拉伸强度 拉伸弹性模量 弯曲强度 密度50MPa38MPa1.8GPa80MPa1.021.16g/cm3熔点（黏流温度）

31、 成型收缩率 与钢的摩擦系数脱模斜度（型芯）脱模斜度（型腔）1301600.40.7%0.200.25351401202.3 模具整体方案确定 当塑件的结果和材料满足成型工艺的要求后，就要确定分型面的位置、型腔的数量和流道系统等，这样初步确定模具的结构形式，为之后的设计提供依据。2.3.1分型面位置的确定模具上用于取出塑件或浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面。分型面的设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难度和模具复杂程度具有很大的影响。分型面的形状一般情况下为平直分型面，有时由于塑件的结构形状较为特殊，需采用阶梯分型面、倾斜分型面、曲面分型面等。分型面的选择应注意以下几点：（1） 分型面应

32、该选择在塑件的最大界面处；（2） 不影响塑件外观质量，尤其是对外形有明确要求的塑件，更应注意分型面对外观的影响；（3） 有利于保证塑件的尺寸精度要求；（4） 有利于模具加工；（5） 有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置；（6） 便于塑件脱模，尽量使塑件开模时留在动模一侧；（7） 尽量减小塑件在合模平面上的投影面积，以减小所需的锁模力；（8） 便于嵌件的安装；（9） 长型芯应置于开模方向。根据要求画出以下两种分型面A-A以及B-B： 图2.2 制件分型面若采用A-A分型面，虽然分型面为平面，但是造成脱模困难甚至无法脱模，并且存在尖角的地方有应力集中；而采用B-B分型面则避免了上述问题，且有利

33、于型腔内气体的排出，从而提高塑件的质量，故采用B-B分型面。2.3.2 型腔数量的确定 一般情况下，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件，形状简单，批量生产时，可以采用多模腔的模具结构。型腔的数量主要是根据塑件的质量、投影面积、几何形状、塑件精度、批量大小以及经济效益来确定，以上这些因素是相互制约的，在确定设计方案时，必须进行协调。对于本塑件来说精度为一般精度，采用一模两腔的结构，这样可以提高生产效率。2.3.3 型腔排列方式、模具结构形式的确定 型腔的排列涉及模具浇注系统的设计、浇注系统的平衡、及温度调节系统的设计。同时又与分型面及浇口位置有关，

34、所以在具体的设计过程中，要进行必要的调整，已达到比较完善设计结构。塑件的排列方式如图2.3所示。图2.3 塑件排列方式2.3 本章小结本章主要对塑件进行结构分析，选择塑件所用注塑材料，又简单的介绍了材料的基本特征以及ABS这种塑料的成性特点。选择了模具的分型面，确定了模具的型腔数量，为下面的分析打下基础。第3章 CAE分析及参数设计3.1 计算机辅助工程分析（CAE）CAE技术是一门以CAD/CAM技术水平的提高为发展动力，以高性能计算机和图像显示设备为发展条件，以计算力学中的边界元、有限元、结构优化设计及模态分析等方法理论为基础的一项较新的技术。注塑成型过程中，塑料在型腔中的流动和成型，与材

35、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。因此，对于新产品的试制或是一些形状复杂、质量要求较高的产品，即使是具有丰富经验的模具设计人员，也很难保障一次成功的设计出合格的模具。所以，可以通过注塑成型分析，及时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，降低生产成本。注塑成型CAE分析的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：（1）浇注系统的平衡，浇口的数量和位置；（2）熔接痕的位置预测；（3）型腔内部的温度变化；（4）注塑过程中的注射压力和熔融料体在充填过程中的压力损失；（5）

36、熔融料体的温度变化；（6）剪切应力、剪切速率。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：（1）各流道的压差要比较小，压力损失要基本一致；（2）整个浇注系统要平衡，保证熔融料体要同时到达，同时填充型腔；（3）型腔要基本同时填充完毕；（4）填充时间要尽可能短，总体注射压力要小，压力损失也要小；（5）充填结束时熔融料体的温度梯度不大；（6）熔接痕和气穴位置要合理，不影响产品质量。3.2 分析前处理在MPI分析的前处理过程中，主要包括项目创建及模型导入、网格划分及修改、设置分析类型、选择材料、创建浇注系统及冷却系统、工艺参数设置。3.2.1 项目创

37、建及模型导入首先把模型导入，如图3.1所示。图3.1 导入的塑件模型3.2.2 被分析对象的网格划分及修改随着CAE技术的飞速发展和各种CAE分析软件不断更新,CAE分析在产品设计中的作用日益增加,尤其是在模具行业尤为突出。注塑CAE技术就是一种利用高分子材料学、流变学、传热学、计算力学和计算机图形学等基本理论,建立塑料成型过程的数学和物理模型,利用诸如边界单元法(BEM)、有限单元法(FEM)、有限差分法(FDM)等有效的数值计算方法,实现成型过程的动态仿真技术。在进行仿真分析的过程中,单元网格划分的好坏与否成为制约分析精度和结果准确性的关键问题。如何能在保证达到分析精度的前提下,节省分析计

38、算时间,降低对计算机硬件的要求一直是CAE分析人员重点研究的课题。在MPI中，系统自动生成的网格可能存在着或多或少的缺陷，网格的缺陷不仅可能对计算结果的正确性和准确性产生影响，而且在一些网格缺陷比较严重的情况下，会导致计算无法进行，所以就要对网格缺陷进行修改。在网格修改之前，首先要对网格状态进行统计，在根据网格统计的结果对现有的缺陷进行修改，网格统计结果如图所示。图3.2 网格划分 网格状态统计窗口中，网格信息各需满足一下原则： 连通域的的个数必须为1； 自由边和非交叠边个数应该为0； 未定向的单元应该为0； 交叉单元个数应该为0； 完全重叠单元个数应该为0； 单元纵横比数值应该视具体情况而定

39、，一般最大值应该控制在1020之间； 网格的匹配率应大于85%； 零面积单元个数应该为0。图3.3 网格统计结果从网格统计的结果来看，其最大纵横比为26.541000，不满足条件。所以应在纵横比诊断的帮助下，通过网格工具中的节点工具来修复不合格的三角形。现把最大纵横比设置为10，诊断结果如下图。图3.4 纵横比诊断结果3.2.3 材料的选择本产品所采用的是ABS材料，制造商为Monsanto Kasei，牌号为TFX-210。材料推荐的成型条件、材料的机械性能、粘度与剪切速率之间的关系、比容与温度之间的关系如图3.5所示。（a） 推荐成型工艺（b） 材料的机械性能（c） 粘度与剪切速率之间的关

40、系（d） 体积比容与温度之间的关系图3.5 材料相关参数3.2.4 分析类型及顺序的设置在完成产品模型的网格划分、网格缺陷的修改及材料选择完成之后，按照分析任务窗口中的顺序，将设置分析类型及分析内容的次序。首先对塑件的最佳浇口位置进行分析。由于该塑件的成型为一模两腔，首先利用多型腔复制向导复制一个塑件，并设置完模温和料温，立即分析最佳浇口位置，结构如图3.6所示。图3.6 最佳浇口位置3.2.5 浇注系统及冷却系统的设计浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满到模具型腔，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑件。 （1）主流道的设计主流道是指连接注射机喷嘴与分流道或型腔的进料通道。其作用是将塑料熔体

41、引入模具，其形状、大小会直接影响塑料熔体的流速和充填时间。主流道一般设计成圆锥形，本设计取2，为减少熔体冲模时的压力损失和塑料损耗，应尽可能的减少主流道的长度，为了保证主流道与注射机紧密接触，防止漏料，可确定主流道小端直径d=4mm和主流道球面半径SR=20mm。由于主流道与高温度塑料熔体及注射剂喷嘴反复接触和碰撞，将主流道设计成可拆卸的浇口套，同时为了便于加工和缩短主流道长度，将浇口套和定位环设计成分体式，如图3.7所示。（2）分流道的设计分流道是连接主流与浇口之间的进料通道。在多型腔模具中分流道是必不可少的，在设计分流道时主要考虑的是尽可能减少塑料熔体流动时的压力损失和温度降低，同时尽尽量减小分流道的容积。图3.7 浇口套的固定形式 1）分流道的截面形状及尺寸。常用的分流道的截面形状有圆形、梯形、U形、半圆形和矩形等。在分流道的设计中既要有大的截面积以减少熔体流动的压力损失；同时又要流道的表面积小，以减少熔体的传热损失。因此，常用流道的截面积与周长之比来表示流道的效率，圆