-.z.目錄第1章模流分析的概述11.1模流分析的原理1第2章塑件的工藝性分析22.1原材料分析22.2構(gòu)造分析32.3成形工藝分析4第3章成形方案的設(shè)計與分析43.1成形方案的設(shè)計43.2初始方案的分析5側(cè)澆口的特點5工藝參數(shù)的設(shè)置6網(wǎng)格模型的劃分6流動+翹曲的分析7冷卻分析93.3優(yōu)化方案的分析10點澆口的特點10冷卻分析13第4章方案比照144.1澆口位置比照144.2工藝條件設(shè)定144.3實驗結(jié)果比照14模流分析的概述1.1模流分析的原理1.粘性流體力學(xué)的根本方程

1)廣義牛頓定律，反映了一般工程問題范圍內(nèi)粘性流體的應(yīng)力張量與應(yīng)變速率張量之間的關(guān)系，數(shù)學(xué)表達式為本構(gòu)方程。2)質(zhì)量守恒定律，其含義是流體的質(zhì)量在運動過程中保持不變，動量守恒定律，其含義是流體動量的時間變化率等于作用于其上的外力總和，數(shù)學(xué)表達式為運動方程。3)熱力學(xué)第一定律，其含義是系統(tǒng)內(nèi)能的增加等于對該系統(tǒng)所作的功與加給該系統(tǒng)的能量之和，數(shù)學(xué)表達式為能量方程。2.塑料熔體充模流動的簡化和假設(shè)1)由于型腔壁厚(z向)尺寸遠小于其他兩個方向(*和y方向)的尺寸且塑料熔體粘性較大，z向的速度分量可忽略不計，且認(rèn)為壓力不沿z向變化。2)充模過程中熔體壓力不是很高，因此可視熔體為未壓縮流體。3)由于熔體粘性較大，對于粘性剪切應(yīng)力而言，慣性力和質(zhì)量力都很小。4)在熔體流動方向(*和y方向)上，相對于熱對流項而言，熱傳導(dǎo)項很小。5)在充模過程中，熔體溫度變化不大，可認(rèn)為比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)是常數(shù)。1.2模流分析的作用專業(yè)模流分析，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)模具可能存在的缺陷，節(jié)省試模、改模費用。如最正確進澆方案優(yōu)化，幫助確定最正確的熱流道進點位置，幫助確認(rèn)有無"縮水〞現(xiàn)象，結(jié)合線的位置，減輕翹曲變形，提高冷卻效率縮短成型周期等等，對高品質(zhì)的模具制作有確實的好處。總的來說，做模流分析的好處有以下幾點：1.省錢，節(jié)省不必要的試模、改模費用；2.省時，縮短模具成型周期及制作周期，提升第一次試模成功率；3.高質(zhì)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)模具可能存在的缺陷，防止試模后燒焊；4.有利于樹立良好的效勞形象，增強信心，從而促使客人多下訂單。第2章塑件的工藝性分析2.1原材料分析1．材料品種：聚乙烯，即PE。2．PE特點：乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹脂。在工業(yè)上，也包括乙烯與少量α－烯烴的共聚物。乙烯為結(jié)晶料，吸濕小，不須充分枯燥，流動性極好流動性對壓力敏感，成型時宜用高壓注射，料溫均勻，填充速度快，保壓充分.不宜用直接澆口，以防收縮不均，內(nèi)應(yīng)力增大。注意選擇澆口位置，防止產(chǎn)生縮孔和變形。收縮范圍和收縮值大，方向性明顯，易變形翹曲。冷卻速度宜慢，模具設(shè)冷料穴，并有冷卻系統(tǒng)。加熱時間不宜過長，否則會發(fā)生分解。軟質(zhì)塑件有較淺的側(cè)凹槽時，可強行脫模?？赡馨l(fā)生融體破裂，不宜與有機溶劑接觸，以防開裂3.聚乙烯無臭，無毒,手感似蠟,具有優(yōu)良的耐低溫性能(最低使用溫度可達-70～-100℃),化學(xué)穩(wěn)定性好,能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕(不耐具有氧化性質(zhì)的酸),常溫下不溶于一般溶劑,吸水性小,電絕緣性能優(yōu)良。4．成型溫度為140-220℃。5．注射工藝及模具條件1〕枯燥處理：通常不需要進展枯燥處理2〕熔化溫度：121-141℃3〕模具溫度：20-50℃4〕注射壓力：可到達150MPa5〕保壓壓力：可到達100MPa6〕注射速度：為防止材料降解，一般要用相當(dāng)?shù)偷淖⑸渌俣取?〕流道和澆口：可以采用所有常規(guī)的澆口，如果注射成型較小的塑料件，最好采用針狀澆口或潛伏式澆口，對于較厚部件，最好使用扇形澆口或潛伏式澆口的最小直徑應(yīng)為1mm，扇形澆口的厚度不能小于1mm。2.2構(gòu)造分析1.從圖2-1分析，該塑件的外形整體構(gòu)造特征較為簡單，卻帶有曲面的特征，尺寸較小。壁厚均勻，符合最小壁厚要求。2.塑件內(nèi)外壁成型不是直角，而是成圓角，主要是為了在成型后，脫模的時候塑件方便取出，不需要考慮側(cè)抽芯裝置。圖2-1塑料膠帶圈的三維圖2.3成形工藝分析1〕結(jié)晶料,吸濕小,不須充分枯燥,流動性極好流動性對壓力敏感,成型時宜用高壓注射,料溫均勻,填充速度快,保壓充分.不宜用直接澆口,以防收縮不均,內(nèi)應(yīng)力增大.注意選擇澆口位置,防止產(chǎn)生縮孔和變形.

2〕收縮范圍和收縮值大,方向性明顯,易變形翹曲.冷卻速度宜慢,模具設(shè)冷料穴,并有冷卻系統(tǒng).

3〕加熱時間不宜過長,否則會發(fā)生分解.

4〕軟質(zhì)塑件有較淺的側(cè)凹槽時,可強行脫模.

5〕可能發(fā)生融體破裂,不宜與有機溶劑接觸,以防開裂.第3章成形方案的設(shè)計與分析3.1成形方案的設(shè)計注塑模具的澆口是分流道與型腔之間的狹窄局部，它使由分流道輸送來的熔融塑料產(chǎn)生加速，形成理想的流動狀態(tài)而充滿型腔。它是整個澆注系統(tǒng)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它的形式、尺寸及位置會影響塑料流的充填模式，對塑件質(zhì)量影響很大，其形式和尺寸可以通過試模后的修模過程來調(diào)整。對于膠帶圈的模流分析我采用了兩種方案的比照，方案一(側(cè)澆口)方案二(點澆口)方案一采用側(cè)澆口，一模四腔的布局形式，對膠帶圈的成形進展模塑分析，通過分析膠帶圈在成形過程中的體積收縮率、剪切速率等，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的各種成型缺陷以及生產(chǎn)效率的上下，從而確定合理的澆口位置，優(yōu)化模具設(shè)計。方案二采用點澆口，一模兩腔的布局形式，對膠帶圈的成形進展模塑分析，并通過膠帶圈的澆口位置、充填時間、充填壓力、鎖模力、熔接痕、氣穴等分析，確定模具在充填過程中的利與弊，以及塑件的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量，最后根據(jù)所出現(xiàn)的問題采用合理的設(shè)計方案，保證制品的質(zhì)量。3.2初始方案的分析側(cè)澆口的特點側(cè)澆口，又叫邊澆口，矩形澆口，是澆口種類中使用最多的一種，因而又稱普通澆口，其截面形狀一般加工成矩形，故又稱矩形澆口。它一般開在分型面上，從型腔外側(cè)進料。由于側(cè)澆口的尺寸一般都較小，所以截面形狀與壓力、熱量的關(guān)系可忽略不計。矩形澆口的長一般為0.5~3mm,寬為1.5~3mm,澆口深為0.5~2mm.1)側(cè)澆口的優(yōu)點A、截面形狀簡單，加工方便，能對澆口尺寸進展精細加工，外表粗糙度值小。B、可根據(jù)塑件的形狀特點和充模需要，靈活地選擇澆口位置，如框形或環(huán)形塑件，其澆口可設(shè)在外側(cè)，也可設(shè)在內(nèi)側(cè)。C、由于截面尺寸小，因此去除澆口容易，痕跡小，制品無熔合線，質(zhì)量好。D、對于非平衡式澆注系統(tǒng)，合理地變化澆口尺寸，可以改變充模條件和充模狀態(tài)。E、側(cè)澆口一般適用于多型腔模具，因此生產(chǎn)率很高，有時也用于單型腔模具中。2〕側(cè)澆口的缺點A、對于殼形塑件，采用這種澆口不易排氣,還容易產(chǎn)生熔接痕、縮孔等缺陷。B、在塑件的分型面上允許有進料痕跡的情況下才可使用側(cè)澆口，否則，只有另選澆口。C、注射時壓力損失較大，保壓補縮作用比直澆口要小。3〕側(cè)澆口的應(yīng)用側(cè)澆口的應(yīng)用十分廣泛，特別適用于兩板式多型腔模具，多用于中小型塑件的澆注成型。3.2.2工藝參數(shù)的設(shè)置表3-1PE的成型條件熔體密度/(g·cm-3〕最大剪切應(yīng)力/MPa最大剪切速率/s-1模具溫度/℃熔體溫度/℃頂出溫度/℃1.4g/cm31.8873414925-39℃180-226℃35℃完成分析后，選擇注塑原料為PE，其材料參數(shù)及成型條件，見表3-1。3.2.3網(wǎng)格模型的劃分網(wǎng)格模型的劃分網(wǎng)格劃分采用外表網(wǎng)格類型〔Fusion〕，網(wǎng)格平均邊長1.71mm，網(wǎng)格單元為11203個三角形，節(jié)點數(shù)為5642個，最大縱橫比小于10，匹配率大于88.2%，此網(wǎng)格構(gòu)造良好，完全能滿足分析要求產(chǎn)品模型網(wǎng)格劃分3.2.4流動+翹曲的分析圖3-2變形變形是薄殼塑料制品注塑成形過程中常見的缺陷之一，不同材料，不同形狀制品的翹曲變形規(guī)律差異很大，圖3-2中最大的變形比例為0.1912,最小的比例為0.0711。剪切速率是指流體的流動速相對圓流道半徑的變化速率。塑料熔體注塑時流道的剪切速率一般不低于1000ˉS澆口的剪切速率一般在100000ˉS—1000000ˉS。公式：剪切速率=流速差/所取兩頁面的高度差表3-5剪切速率剪切速率最大值34149/s剪切速率第95個百分?jǐn)?shù)300001/s剪切速率平均值5.18141/s剪切速率標(biāo)準(zhǔn)差5.29721/s圖3-9縮痕指數(shù)縮痕的定義及有關(guān)研究縮痕指的是注塑制品外表產(chǎn)生凹坑、陷窩或者收縮痕跡的現(xiàn)象,縮痕深度一般比較小,并不影響使用性能,但是由于它使光線朝不同方向反射,使得產(chǎn)品在外觀上不可承受。如圖3-9所示畫圈的地方即為制品上產(chǎn)生的縮痕。表3-6縮痕指數(shù)縮痕指數(shù)最大值0.2542%縮痕指數(shù)第95個百分?jǐn)?shù)0.213%縮痕指數(shù)最小值-0.1395%縮痕指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差0.2232%圖3-10體積收縮率體積收縮率是保證塑件尺寸的重要因素，同時它也影響模具推出機構(gòu)推出件力的大小，如圖3-10膠帶圈的收縮率為20.18%,則模具的型芯也就根據(jù)收縮率的大小相應(yīng)變大，這樣尺寸才能在規(guī)定公差范圍之內(nèi)。表3-7體積收縮率體積收縮率最大值20.18%體積收縮率第95個百分?jǐn)?shù)18．85%體積收縮率第5個百分?jǐn)?shù)3.45%體積收縮率最小值0.027%體積收縮率平均值13.4636%體積收縮率標(biāo)準(zhǔn)差2.7272%3.2.5冷卻分析圖3-11溫度圖3-11為注塑過程中模具的溫度分析，從分析圖中來看，模具內(nèi)部溫度較高，最大溫度為38.51C。分析數(shù)據(jù)如下：表3-8型腔外表溫度型腔外表溫度最大值38.51℃型腔外表溫度最小值25℃型腔外表溫度平均值30.13℃平均模具外部溫度25℃循環(huán)時間35.0000s3.3優(yōu)化方案的分析3.3.1點澆口的特點點澆口又叫橄欖形澆口或菱形澆口，是截面尺寸很小的圓形截面澆口，是應(yīng)用較廣泛的一種小澆口，其構(gòu)造和尺寸如圖3-1所示。點澆口的特點是澆口位置可根據(jù)工藝要求靈活地確定，澆口附近塑件變形小，去澆口容易，可自動拉斷，有利于自動化操作。點澆ロ適于成型低黏度塑料及黏度對剪切速率敏感的塑料，如PE、PP、ABS等。變形是薄殼塑料制品注塑成形過程中常見的缺陷之一，不同材料，不同形狀制品的翹曲變形規(guī)律差異很大，圖3-2中最大的變形比例為0.1912,最小的比例為0.0711。圖3-3填充完畢時的壓力通過填充完畢時的壓力分布情況，分析充模壓力分布是否平衡，在最后充型的局部壓力較低，見圖3-3。注塑過程中的最大充填壓力為40.21MPa，在充填完畢后制品應(yīng)處于保壓階段。表3-3保壓階段結(jié)果壓力峰值-最小值(在13.561s)40.21MPa鎖模力-最大值(在15.061s)3.0tonne總重量-最大值(在22.699s)2.484g表3-4保壓階段完畢的結(jié)果保壓完畢時間30.02s總重量(制品+流道)4.53g圖3-4熔接痕熔接痕會影響制品的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量，但可以通過采用提高模具溫度|、加大澆口尺寸、降低鎖模力或在熔接縫處開設(shè)排氣系統(tǒng)等措施來解決，從而降低廢品率。根據(jù)圖3-4分析結(jié)果，因沒有大面積熔接痕，塑件外表質(zhì)量不會受到影響。圖3-5鎖模力在注塑過程中，當(dāng)熔體充滿整個模具型腔，會產(chǎn)生使模具分型面脹開的力，導(dǎo)致飛邊的產(chǎn)生，因此注射機合模機構(gòu)必須有足夠的鎖模力，且鎖模力必須大于脹開力。一般在滿足要求的前提下，鎖模力應(yīng)盡可能的小，有利于節(jié)約能源、降低本錢，延長注射機及模具的使用壽命，有利于模具的排氣，控制填充狀態(tài)。此膠帶圈通過分析計算填充時所需的鎖模力為3.0tonne。從圖3-5可以看出，建議選用鎖模力為1800kN以上的注射機。圖3-6氣穴氣穴導(dǎo)致的制品外表瑕疵及焦痕等缺陷，見圖3-6。從圖3-6可以看出，圖中為塑件的氣穴位置，非常容易產(chǎn)生困氣的現(xiàn)象，模具設(shè)計時盡量靠近這些區(qū)域排布頂針、鑲件等，以防止困氣，以確保模具設(shè)計的合理性。3.3.2冷卻分析圖3-7凍結(jié)時間圖3-7為點澆口時的產(chǎn)品所需凍結(jié)時間，其中最上面局部最快凍結(jié)，中部最后凍結(jié)，整個過程大約需要1.561s；第4章方案比照4.1澆口位置比照方案一側(cè)澆口方案二點澆口從理論上講，本產(chǎn)品最正確澆口位置應(yīng)該在產(chǎn)品中央，但受產(chǎn)品外表質(zhì)量的要求，是不能在產(chǎn)品中央設(shè)置澆口的。方案一采取側(cè)澆口一點注射，一模兩腔。而方案二點澆口一模四腔，通過模擬模流充填過程的數(shù)據(jù)分析比較，判斷這四個澆口位置的優(yōu)劣，為生產(chǎn)實際提供理論依據(jù)。4.2工藝條件設(shè)定冷卻水道布置在模具上下位置，即定模和動模局部，水管直徑為8mm，冷卻水溫度為25℃。。本實驗采用PE材料，模流分析序列采用"冷卻＋流動＋翹曲〞進展模擬分析。設(shè)置模具外表溫度為50℃，熔體溫度為230℃，開模時間為5s，設(shè)置充填自動控制，速度/壓力自動切換，保壓控制由充填壓力與時間決定，頂出溫度為88℃，頂出時的凍結(jié)百分比為100％，并將翹曲原因別離，矩陣求解器為自動求解。4.3實驗結(jié)果比照本實驗從模流充填過程的三個方面對澆口位置的選擇進展分析比照：流動分析、冷卻分析、翹曲分析，并且在每個方面只選擇對產(chǎn)品質(zhì)量影響最大的因素進展分析流動分析比照方案一圖4-3方案二圖4-4流動分析選擇對產(chǎn)品外表的熔接痕進展分析比照。熔接痕是出現(xiàn)在產(chǎn)品的外表，產(chǎn)品的外觀要求是平整光潔，保證熔接痕處強度，不能開裂，澆口的位置的設(shè)計要盡量防止熔接痕的出現(xiàn)。圖4-3所示是澆口設(shè)計在產(chǎn)品的側(cè)面，從產(chǎn)品側(cè)面進料，可以看到產(chǎn)品的側(cè)面和上面都產(chǎn)生了熔接痕，其中產(chǎn)