电器后壳体注射模具设计大学学位论文.doc

北华大学学士学位论文
目录
第一章　绪论 1
1.1 本课题研究的目的及研究意义 1
1.2 本课题国内外发展概况 1
1.3 本课题主要研究内容 3
第二章 电器后壳体平面注射模具设计 4
2.1 塑件制品分析 4
2.1.1 明确制品设计要求 4
2.1.2 塑件结构工艺性分析 5
2.1.3 ABS材料成型工艺特性 5
2.1.4 计算制品的体积和质量 6
2.2 初选注射机 6
2.3 确定分型面 7
2.4 型腔、型芯结构 8
2.4.1 成型尺寸的计算 8
2.4.2 型腔侧壁与底板厚度的计算 12
2.4.3 型芯的强度和刚度计算 13
2.5 推出系统设计 13
2.5.1 设计要求 13
2.5.2 脱模机构分类 14
2.5.3 脱模力计算 14
2.6 注射机参数校核 15
2.7 本章小结 16
第三章 基于Moldflow软件平台的注塑流动分析 17
3.1 网格化产品 17
3.2 材料选择和浇口分析 21
3.3 创建浇注系统 24
3.4 创建冷却系统 27
3.5 对产品进行充填分析 28
3.6 翘曲分析 30
3.7 评价分析及浇注系统的最终设计 30
3.8 本章小结 31
第四章 利用UG平台实现模具实体建模 32
4.1 注塑模向导中的相关指令 32
4.2 制件分模 32
4.3 模型布局 36
4.4 导入模架 37
4.5 加载标准件 38
4.6 电器后壳体注塑模具三维图 38
4.7 模具总装图 39
4.8 内部元件二维图 41
4.9 模具工作原理 43
4.10 本章小结 43
第五章 结论 45
致 谢 47
参考文献 48

I

北华大学学士学位论文
第一章　绪论
1.1 本课题研究的目的及研究意义
随着现代制造技术的迅速发展、计算机技术的应用，在电器产业中模具已经成为生产各种电器不可缺少的重要工艺装备。特别是在塑料产品的生产过程中，塑料模具的应用及其广泛，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。而注塑模具已经成为制造塑料制造品的主要手段之一，且发展成为最有前景的模具之一。注射成型是当今市场上最常用、最具前景的塑料成型方法之一，因此注塑模具作为塑料模的一种，就具有很大的市场需求量。所以我选电器后壳体注射成型工艺及模具设计作为我毕业设计的课题。
本课题应用性强，涉及的知识面与知识点较多，如注塑成型、模具设计、三维造型、运动仿真以及二维三维软件的应用。
通过本课题的设计，将会在下述基本能力上得到培养和锻炼（1）塑料件制品涉及及成型工艺的选择（2）一般塑料件制品成型模具的设计能力（3）塑料制品质量分析及工艺改进、塑料模具结构改进设计的能力（4）掌握模具设计常用的商业软件（UG）及同实际设计的结合的能力（5）使自己在文档组织与检索方面的能力得到提高（6）掌握写论文的一般步骤及格式方法，同时提高自己的学习、思考、解决问题的能力，因为注塑模具对我来说是一个新的领域。
1.2 本课题国内外发展概况
近年来我国的模具技术有了很大的发展，在大型模具方面，已能生产大屏彩电注塑模具、大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。机密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。
在成型工艺方面，多材质塑料成行模、高效多色注塑模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新业取得了较大进展。气体辅助注射成形技术的使用更趋成熟。热流道模具开始推广，有些单位还采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。
当前国内外用于注塑模具方面的先进技术主要有以下几种：
（1）热流道技术 它是通过加热的办法来保证流道和浇口的塑料保持熔融状态。由于在流道附近或中心设有加热棒和加热圈，从注塑机喷出口到浇口的整个流道都处于高温状态，使流道中的塑料保持熔融，停机后一般不需要打开流道取出凝料，再开机时只需加热流道到所需温度即可。这一技术在大批量生产塑件、原材料较贵和产品质量要求较高的情况下尤为适用。热流道注塑成型技术应用范围很广，基本上，适用于冷流道模具加工的塑料材料都可以使用热流道模具加工，许多产品如手机壳、按键、面板、尺寸要求精密的机芯部件等都是采用热流道技术成型。一个典型的热流道系统一般由如下几大部分组成：热流道板（MANIFOLD）；喷嘴（NOZZLE） ；温度控制器；辅助零件。
(2) 气体辅助注射成形技术 它是向模腔中注入经准确计量的塑料熔体，在通过特殊的喷嘴向熔体中注入压缩气体，气体在熔体内沿阻力最小的方向前进，推动熔体充满型腔并对熔体进行保压，当气体的压力、注射时间合适的时候，则塑料会被压力气体压在型腔壁上，形成一个中空、完整的塑件，待塑料熔体冷却凝固后排去熔体内的气体，开模退出制品。气体辅助注射成形技术的关键就是怎么合理的把握注入熔融的塑料的时间与充人气体的时间的配合。气体辅助注射可以应用在除特别柔软的塑料以外的任何热塑性塑料和部分热固性塑料。应用气体辅助注塑成型技术，可以提高产品强度、刚度、精度，消除缩影，提高制品表面质量；降低注射成型压力以减小产品成型应力和翘曲，解决大尺寸和壁厚差别较大产品的变形问题；简化浇注系统和模具设计，减少模具的重量．减少塑件产品的重量，减少成型时间以降低成本和提高成型效率等。气体辅助成形周期可分为如下六个阶段：塑料熔体填充阶段、切换延迟时间、气体注射阶段、保压阶段、气体释放阶段、推出阶段。
（3）共注射成形技术 它是使用两个或者两个以上注射系统的注塑机，将不同品种或者不同色泽的塑料同时或者先后注射进入同一模具内的成形方法。国内使用的多为双色注塑机。采用共注射成形方法生产塑料制品时，最重要的工艺参数是注射量、注射速度和模具温度[1]。
（4）反应注射成形技术 它是将两种或者两种以上既有化学反应活性的液态塑料（单体）同时以一定压力输入到混合器内进行混合，在将均匀混合的液体迅速注入闭合的模具中，使其在型腔内发生聚合反应而固化，成为具有一定形状和尺寸的塑料制品通常这种成形过程称之为RIM。
在制造方面，CAD/CAM/CAE技术的应用上了一个新台阶，一些企业引进CAD/CAM系统，并能支持CAE技术对成形过程进行分析。近年来我国自主开发的塑料膜CAD/CAM系统有了很大发展，如北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等。
优化模具系统结构设计和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趋于智能化，提高型件成形加工工艺和模具标准化水平，提高模具制造精度与质量，降低型件表面研磨、抛光作业量和缩短制造周期；研究、应用针对各类模具型件所采用的高性能、易切削的专用材料，以提高模具使用性能；为适应市场多样化和个性化，应用快速原型制造技术和快速制模技术，以快速制造成塑料注塑模，缩短新产品试制周期。这些是未来5～20年注塑模具生产技术的总体发展趋势，具体表现在以下几个方面：
a.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。
b.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
c.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。
d.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。
e.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，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，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。
f.应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
1.3 本课题主要研究内容
1）查阅与课题相关的中外文资料，进行调研，熟悉课题，撰写开题报告和翻译英文文献一份。
2）熟悉电器后壳体的图样和技术条件，并对电器后壳体进行结构工艺性分析。
3）合理的选择塑压设备，确定注射机的技术参数。
4）确定模具的主要结构，利用UG对电器后壳体进行三维造型及模具设计。
5）对模具主要零件进行生产工艺规划设计。
6）采用Moldflow对塑件进行工艺仿真分析。
7）绘制模具装配图及主要零件图，要求2.5张A0图纸。
8）零件图标注尺寸、公差及技术条件，并进行必要的强度校核。
9）根据课题研究过程，撰写毕业设计说明书，要求1.5万字以上。
第二章 电器后壳体平面注射模具设计
2.1 塑件制品分析
2.1.1 明确制品设计要求
1）产品图
电器后壳体的二维图和三维图分别如图2.1和图2.2所示，该产品的作用是保护电器内部元件。电器后壳体与前壳有配合要求；同时要求外形要美观，所以外表面要求无成型痕迹。

图2.1 电器后壳体二维图

图2.2 电器后壳体三维实体图
2）明确制品批量
该产品大批量生产。故要求模具有较高的注塑效率，所以采用常规平面模具。模具采用一模二腔。
2.1.2 塑件结构工艺性分析
该制件在开模方向上有倒扣形式的几何特征，且结构简单，属于直上直下型的平面模，所以选择常规脱模，无须侧抽。
2.1.3 ABS材料成型工艺特性
在这里电器后壳体其所用材料为抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良的ABS塑料,同时其成形收缩率小、尺寸稳定性好,但其熔融粘度高并显示对温度敏感性大,对压力敏感性小的流动特性。
表2.1 ABS塑料成型工艺特性
密度
1.01~1.05g/cm3
摩擦系数
0.48
成型温度
160-220℃
线膨胀系数
3.8×10-5 ℃-1
比热容
1591J.kg-1.K-1
导热系数
0.209W.m.-1.K-1
注射机类型
螺杆式
计算收缩率
0.3%~0.8%
预热
80-90 ℃ 2-3 h
料筒温度
前段
200-210 ℃
中段
200-220 ℃
后段
180-200 ℃
喷嘴温度
180-190 ℃
模具温度
80-90 ℃
注射压力
60-100MPA
成型时间
注射时间
3-5 S
高压时间
10-30 S
冷却时间
15-30 S
总周期
40-70 S
螺杆转速
30-60 r/min
后处理
方法：
热风循环烘箱
温度：
70-80℃
时间：
2-4 h
2.1.4 计算制品的体积和质量
借助于UG6.0软件，直接测量出单个塑件的体积V=27.998cm3，质量M=29.4g。
浇注系统凝料按一个塑件体积的60%进行估算，则凝料体积
V凝=27.998×60%=16.80cm3
两个个塑件和浇注系统凝料 总体积V总=72.80，总质量M总=76.43g。
2.2 初选注射机
注塑机的主要参数有公称注射量、注射压力、注射速度、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度、空循环时间等。这些参数是设计、制造、购买和使用注塑机的主要依据：
(1)公称注塑量　　指在对空注射的情况下，注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量，反映了注塑机的加工能力。
(2)注射压力　　为了克服熔料流经喷嘴，浇道和型腔时的流动阻力，螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。
(3)注射速率　　为了使熔料及时充满型腔，除了必须有足够的注射压力外，熔料还必须有一定的流动速率，描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。
这里从实际注射量在额定注射量的20%～80%之间考虑，初选额定注射量在270cm3以上的卧式注射机SZ-250/1250注射机。该设备的技术规范见表2.1。
表2.2 SZ-250/1250注射机技术规范
注
射
装
置
螺杆直径/
45
螺杆转速/（r·min-1）
10～200
理论注射容量/cm3
270
注射压力/mpa
160～150
注射速率/（g·s-1）
110
塑化能力/（kg·h-1）
18.9
锁
模
装
置
锁模力/KN
1250
拉杆间距(H×V)/（×）
415×415
模板行程/
360
模具小厚度/
150
模具最大厚度/
550
定位孔直径/
160
定位孔深度/
50
喷嘴伸出量/
50
喷嘴球半径/
15
顶出行程/
165
顶出力/KN
110
2.3 确定分型面
分开模具取出制件的面，通称为分型面。注射模一般有一个分型面或者多个分型面的注射模具，分型面的开设位置有垂直于开模方向、平行于开模方向以及倾斜于开模方向等几种。分型面的形状有平面和曲面等。分型面设计的是否得当对于制件质量、操作难易、模具制造都有很大的影响。因此，选择分型面时应该综合考虑、合理选择。
分型面确定的要点如下：
（1）应选在制品的最大外形尺寸之处，否则，制品无法脱模。同时还应选在能使制品留在动模之处，有利于脱模。
（2）不能影响制品外观——尤其是对表面质量有要求的制品；
（3）便于浇口进料，利于成型，易于排气。
（4）利于型腔加工，从而使制品的精度易于得到保证。
（5）有助于避免侧抽芯或便于侧抽芯；利于型腔或型芯结构的装卸和保证其强度。
（6）利于嵌件的安装以及活动镶件和弹性活动螺纹型芯的安装。
在本设计中，经过比较分析，分型面如图2.3所示。

图2.3 分型面

图2.4 型腔型芯装配
2.4 型腔、型芯结构
由于塑件结构主要是曲面，为了满足浇注系统的平衡设计，所以在这里我采用了单层双穴的模具型腔型芯结构，同时制件外表面要求美观，所以不能有各种成型痕迹，所以型腔型芯采用整体嵌入式结构，型腔型芯结构如图2.4所示。
2.4.1 成型尺寸的计算
注塑成型是让注射机注入可流动材料到由各种成型件围成的空腔——型腔之中的一种快速生产所需产品的加工方式，由此可见成型件在注射成型过程中不可替代的作用。注塑模成型零件工作尺寸，是指这些零件上直接成型塑件的型腔尺寸。由于塑件在高压和熔融温度下充模成型，并在模具温度下冷却固化，最终在室温下进行尺寸检测和使用。因此，塑料制品的形状和尺寸精度的获得，必须考虑物料的成型收缩率等众多因素的影响。
1）影响尺寸精度的因素
（1）模具因素的影响
模具零件的制造误差对其所成型塑件尺寸精度有较大的影响，模具型胶制造误差将经常地稳定地影响尺寸精度。模具活动部分的间隙误差也会影响塑件尺寸精度，如偏心距。
（2）材料因素的影响
塑料的收缩率是对塑件尺寸最基本、最重要的影响因素。塑料收缩率在一定范围内是波动的，不同塑料的收缩率不同，即使是同种塑料，也存在着批量间的收缩差别。
（3）工艺因素的影响
成型工艺条件，如温度(模温、加料室温度、料筒温度)、压力(压制压力、传递压力、注射压力)、时间(加压时间、注入或注射时间、冷却时间)等的波动，会导致塑件中填料取向、分子取向方向、结晶程度及其分布、塑件收缩的差异等，进而影响塑件质量及其尺寸精度。
由于塑件无精度要求，按MT5级公差计算，查GB/T 14486-93，给定公差。
2）凹模工作尺寸计算
（1）径向尺寸计算
（2.4）
式中： ——模具型腔径向基本尺寸；
—— 塑件外表面的径向基本尺寸；
—— 塑料平均收缩率；
—— 塑件外表面径向基本尺寸的公差；
——模具制造公差。

表2.3 凹模径向尺寸计算
尺寸
公差
公式
结果
309
2.50

300
2.50

279
2.30

241
2.10

216
1.92

180
1.76

161
1.60

128
1.28

124
1.28

89
1.00

（2）高度尺寸计算
（3.5）
式中： ——模具型腔深度基本尺寸；
——塑件凸起部分高度基本尺寸；
——塑件内表面高度基本尺寸的公差。
表2.4 凹模高度尺寸计算
尺寸
公差
公式
结果
348
2.80

325
2.80

294
2.50

227
2.10

163
1.60

149
1.44

25
0.5

3）型芯尺寸计算
（1）径向尺寸计算

（2.6）

式中： ——模具型芯径向基本尺寸；
——塑件内表面的径向基本尺寸；
——塑件内表面径向基本尺寸的公差。
表2.5 型芯径向尺寸计算
尺寸
公差
公式
结果
290
2.70

239
2.30

197
1.96

170
1.80

134
1.48

99
1.20

75
1.06

（2）型芯高度尺寸计算
（2.7）
式中： ——模具型芯高度基本尺寸；
——塑件孔或凹槽深度尺寸。
表2.6 型芯高度计算
尺寸
公差
公式
结果
309
2.70

304
2.70

227
2.30

168
1.80

41
0.84

39
0.76

25
0.70

2.4.2 型腔侧壁与底板厚度的计算
型腔型芯材料采用40Cr。
由于型腔结构采用整体嵌入式结构，这种型腔结构的刚度较大，在熔体压力作用下，不存在组合式型腔那种侧壁与底部之间可能产生溢料的间隙。所以本设计型腔侧壁变形的控制主要是为了保证制件的精度和顺利脱模。
（1） 型腔侧壁厚度计算
（2.8）
式中： t——型腔侧壁厚度；
H1——型腔高度，H1=400mm；
C——系数，查表为0.330；
p——型腔内塑料熔体的压力，p=45MPa；
E——型腔材料的弹性模量，40Cr E=195000MPa；
——考虑两相邻侧壁伸长量影响的系数，查表为0.55；
——许用最大变形量0.111mm；
≈49.69mm （2.9）
（2）型腔底厚
由于熔体压力的作用，板的中点将产生最大的变形。由刚度条件推导出型腔底板厚度为：
（2.10）
式中： C’——系数，由型腔边长比决定，查表得0.55；
P——型腔压力，p=45MPa；
计算得， ≈564.75mm。
由于本设计是双层叠层式模具，且在设计中将在中间设计两块厚度为100mm，再加上型腔本身的厚度为96mm，最终本设计取型腔侧壁厚度为75mm，即型腔固定板的侧壁厚度，底厚为186mm，即型腔固定板的底厚为90mm。
2.4.3 型芯的强度和刚度计算
型芯成型部分高度为311.26mm，而型芯的底厚45mm,，可以保证刚度和稳定性，又可与模板嵌入固定尺寸相一致。除了在模板上加工顶针孔以外，模板只用开个与型芯底面轮廓相同的槽即可，比较容易制造。
2.5 推出系统设计
2.5.1 设计要求
（1）尽可能让塑件留在动模，使脱模机构易于实现；
（2）不损坏塑件，不因脱模而使塑件质量不合格；
（3）塑件被顶出位置应尽量在塑件内侧，以免损伤塑件外观；
（4）脱模零件配合间隙合适，无溢料现象；
（5）脱模零件应有足够的强度和刚度；
（6）脱模机构要工作可靠，运动灵活，制造容易，配换方便。
为实现注塑生产的自动化，必要时不但塑件要实现自动坠落，还要使浇注系统凝料能脱出并自动坠落。优秀的设计还应以简单易行结构达到以上要求。
2.5.2 脱模机构分类
1）按动力来源分类
（1）手工脱模当模具分型后，用人工操纵脱模。用于产量很少的小型塑件，或从无脱模机构的定模一边脱模。
（2）机动脱模依靠注射机的开模动作，用固定的顶柱驱动动模边脱模机构。若要在定模边实现机动脱模，须移动的动模经拉杆或链条牵引定模边的脱模机构。
（3）液压脱模用注射机上液压顶出油缸，或专门在模具上设置液压油缸。由液压系统控制，油缸的柱塞驱动脱模。液压脱模动力大，传动平稳，在大型模真上使用广泛。
（4）气动脱模利用压缩空气将塑件推出。
2）按结构分类
由于塑件的形状结构多样，脱模机构有众多类型。形状简单的塑件只需一个动作就可脱出，称为简单脱模机构。形状复杂的塑件需要有两个脱模动作，因此有双向脱模机构、顺序脱模机构、二级脱模机构浇注系统凝料的脱出和自动坠落机构。
用推杆推顶塑制件是最简单，也是应用最广泛的脱模机构。由于推杆位置设置有较大自由度，因而用于推顶箱体等异型制品，以及塑件局部需较大脱模力的场合。常用推杆为圆形截面，也有半圆和矩形等。圆柱推杆和相配的孔，容易加工到较高精度。且圆柱推杆已有国家标准，更换方便。本设计采用的推杆形式，如图3.5所示。
在该模具中，采用推杆推出，结构简单，节省模具材料。
推杆用TBA, T10A，也有用65Mn和中碳钢制造，本设计采用T8A材料。整体淬火或工作段局部淬火HRC50~55。淬火长度应是配合长度加上1.5倍脱模行程，以防止与孔咬合。

图2.5 推杆
2.5.3 脱模力计算
脱模力是注塑件通常从动模边的主型芯上分离时所需施加的外力。它包括型芯包紧力、真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。包紧力是指塑件在冷却固化中，因体积收缩而产生的对型芯的包紧。真空吸力是指闭式壳类塑件，脱模中塑件与型芯间形成真空腔，与大气压的压差产生的阻力。粘附力是指脱模时，塑料件表面与模具钢材表面的吸附。
脱模力计算
（2.11）
式中： ——脱模力
——脱模斜度，
——塑件对钢的摩擦系数，
——塑件包络型芯的面积；
——塑件对型芯单位面积的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件，取；模内冷却的塑件，取。
计算： Ft=1927.64KN
2.6 注射机参数校核
1）最大注射量的校核
注塑机的最大注塑量应大于制品的重量或体积（由于本设计是热流道系统，不包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机电最大注塑量的80%。
所以，选用的注塑机最大注塑量应
（2.12）
式中：——注塑机的最大注塑量，单位cm3。
——塑件的体积，单位cm3。
——注射机最大利用系数，一般取0.8。
——型腔数
故，满足要求。
2）锁模力校核
（2.13）
式中：——注射压力，查表可知取；
——塑件在分型面上的投影面积（），由UG软件测得为635.42；
——注射机额定锁模力，查表可知ZX-4000/8000型注射机锁模力为8000KN。
计算：
选定的注塑机为：8000（KN），满足要求。
3）模具与注射机安装部分相关尺寸校核
（1）模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合，即模具长×宽≤拉杆面积。
模具的长×宽为2225×1200＜注塑机拉杆的间距2500×1300。
（2）模具闭合高度校核
( 2.14)
模具实际厚度H模=2225mm；注塑机最大模厚为=3000mm，最小厚度为=2000mm。
故，满足要求。
4）开模行程校核
开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。
该模具为双层单分型面注射模具，开模行程按下式校核：
（2.15）
式中： ——型芯高度+3-5；
——塑件高度，。
故，满足要求。
综上所述，所选注射机满足要求。
2.7 本章小结
本章对塑件进行了结构和工艺分析，明确制品设计要求和材料工艺性能，计算制品的体积，选择注射机，确定分型面和型腔型芯的结构，并详细计算型腔型芯成型尺寸、型腔侧壁和底板的最小厚度，确定推出系统的结构，计算脱模力。本章确定模具各部分的结构，为UG进行模具设计提供理论依据，并采用Moldflow软件对浇注系统进行了设计和分析，最终确定浇道结构、分流道的截面尺寸、浇口的形式和位置，充分体现了现代分析软件的强大功能。

15

第三章 基于Moldflow软件平台的注塑流动分析
3.1 网格化产品
第一步：导入模型
在工具栏上单击【导入模型】图标，打开【导入】对话框，如图4.1所示。

图3.1 【导入】对话框

选择点dian qi hou ke ti.stl，单击【打开】按钮，弹出如图3.2所示的对话框，选择双层面网格类型，单位为毫米。

图3.2 【导入】对话框
单击【确定】按钮，出现如图3.3所示的对话框，输入工程名称为“电器后壳体”。
单击【确定】按钮模型被导入，模型如图3.4所示。工程管理视窗出现后壳工程，
如图3.5所示，方案任务视窗中列出了默认的分析任务和初始设置，如图3.6所示。

图3.3 创建工程 图3.4 电器后壳体模型
图3.5 工程管理视窗 图3.6 方案任务视窗
第二步：网格划分
双击方案任务视窗中的按钮，出现图3.7的对话框，选择全局网格边长为15mm，产生如图3.8所示的网格模型。

图3.7 “网格定义”信息 图3.8 网格模型
第三步：网格状态统计
从菜单栏中点击【网格】→【网格统计】，出现如图3.9所示的网格统计对话框。

图3.9 【网格统计】对话框

网格统计信息显示连通区域为1，自由边为0，纵横比范围为1.170000～20.610000，匹配百分比为86.0%等信息。在双层面表面模型做翘曲或者冷却分析时，纵横比一般推荐范围为10～20，模型匹配百分比要大于85%，计算才能顺利进行且结果精度较高。因此，该模型现在需要对其纵横比做出调整。
第四步：纵横比处理
选择【网格】→【网格工具】→【修改纵横比】命令，“工具”页面显示如图3.10所示的“修改纵横比”定义信息。在【目标最大纵横比】文本框中输入用户所需的数值。

图3.10 修改纵横比
单击【应用】按钮，信息栏会显示已编辑单元的个数，如图3.11所示。

图3.11 修改纵横比信息

再选择【网格】→【网格诊断】→【纵横比诊断】命令，“工具”页面显示如图3.12。单击【显示】按钮，诊断结果如图3.13所示。

图3.12 纵横比诊断 图3.13 纵横比诊断结果

明显纵横比有所下降，但是最大纵横比还是不能满足分析要求。所以，要对纵横比进行更进一步的修改。具体修改在此不再赘述，图3.14是一个修改实例。

3.14 纵横比修改实例

降低纵横比的方法有很多种，在本设计中主要应用了【交换边】、【合并节点】、【移动节点】等方式。修改纵横比完成以没有红色指引线为准，当所有的红色指引线都没有的时候，就表示纵横比修改完毕，如图3.15所示，可以进行再次网格统计来确定，如图3.16所示。至此，网格化完成。
图3.15 纵横比再诊断 图3.16 再网格统计
3.2 材料选择和浇口分析
第一步：材料选择
双击方案视图框中的按钮，出现如图3.17的【材料选择】对话框。点击【细节】查看材料属性，本设计材料选用ABS，如图3.18所示。

图3.17 材料选择
图3.18 材料部分细节
第二步：设置分析类型
双击方案视图框中的命令，弹出如图3.19所示的【选择分析顺序】对话框，选择其中的浇口位置一项，单击【确定】。方案视图框会出现如图3.20的情况，即【充填】会变成【浇口位置】，点击【开始分析】按钮，系统自动分析最佳浇口位置，如图3.21所示，浇口位置在N2544节点附近。

图3.19 【选择分析顺序】对话框

图3.20 方案视图框的变化

图3.21 浇口位置分析结果
最佳浇口位置分析结果如图3.22所示。

图3.22 最佳浇口位置

3.3 创建浇注系统
第一步：创建双层一模两穴
由于本设计设计的是叠层式模具，单层为一模两穴。所以在此要创建双层一模两穴。
选择【建模】→【移动/复制】→【平移】命令，“工具”页面显示“平移”定义信息，如图3.23所示。框选整个模型，此时在【选择】文本框中出现模型所有节点，在【矢量】文本框中输入（-300,0,0），单击【应用】按钮，整个模型完成朝X负方向移动300mm的动作。
同理，【建模】→【移动/复制】→【镜像】来完成双层一模两穴的创建，最终模型如图3.24所示。

图3.23 “平移”定义 信息

图3.24 双层一模两穴创建完成

第二步：创建浇注系统
双层一模两穴创建完成后，利用向导创建浇注系统，图4.24中已设定浇口位置。选择【建模】→【流道系统向导】命令，系统弹出【流道系统向导】对话框，如图4.25所示。
图3.25【流道系统向导】对话框

经过反复试验，用流道系统向导做得不到我们想要的浇注系统，所以在本设计中采用手动设计浇注系统，最终浇注系统如图3.26所示。加载完浇注系统的模型如图3.27所示。

图3.26 最终浇注系统
图3.27 加载完浇注系统的模型
3.4 创建冷却系统
由于制件表面是曲面，为了得到更好的冷却效果，在本设计中，我们采用手动创建冷却系统。创建完毕的冷却水道如图3.28所示。

图3.28 创建完毕的冷却水道
冷却水道设定的冷却液入口如图3.29所示。

图4.29 设定冷却液入口
3.5 对产品进行充填分析
充填分析是模拟塑料从注塑开始到模腔被填满的整个过程，预测制品在模腔中的充填行为。模拟结果包括充填时间、压力、流动前沿温度、分子趋向、剪切速率、气穴、熔接痕等。在对产品进行充填分析时，需要改变【设置分析顺序】中的内容为充填，改变后方案试图框的情况如图3.30所示。

图3.30 充填方案视图框
从视图框中可以看见没有设定注射位置，设定注射位置后的模型如图3.31所示。

图3.31 设定注射位置显示

双击【工艺设置】按钮，弹出工艺设置对话框，将模具温度设置为90℃，如图3.32所示。

图3.32 工艺设置向导

分析之后，分析日志中提示有短射现象，如图3.33所示，制品模型短射如图3.34所示。

图3.33 提示短射

图3.34 模型中的短射
3.6 翘曲分析
对产品进行翘曲分析注塑制品翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状，它是塑料制品常见的缺陷之一。随着塑料工业的发展，人们对塑料制品的外观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多地受到模具设计者的关注与重视。在对产品进行充填分析时，需要改变【设置分析顺序】中的内容为【冷却+填充+保压+翘曲】，分析后情况如图2.35所示。

图3.35 翘曲分析图例
3.7 评价分析及浇注系统的最终设计
从以上的分析可以看出，现行的浇注系统存在着很大的问题，主要原因经分析有一下几点：
l 浇注系统没有设计成平衡的浇注系统，所以在充填的时候，很难保证每个制件都在同一时间充填完成；
l 在分析的过程中，没有合适的注射成型机可供选择，导致注射量不足，无法将模具型腔填满；
l 注射压力不足；
l 模具温度设置不合理，ABS材料是一种粘度很高的材料，在成型过程中需要的较高的模具温度来完成充填。
根据上面提到的几点因素，现在我将其设计为单层一模二穴，如图3.36所示，浇注系统流道直径均为。

图3.36 流道
3.8 本章小结
采用Moldflow软件做模流分析在过程中，我总结一些在设计注射模具时需要注意的事项。首先，要对制件进行工艺分析，即在本章中的前处理部分，在这一部分我们要做的很细致，特别是网格的划分与网格处理，一定要达到要求之后才能继续接下来的步骤，否则后续分析很有可能可靠性不高甚至无法分析，这样就失去了分析本身的意义；其次，通过浇口位置分析确定浇口位置，我个人认为这应该是一个反复的过程，我们应该用多次不同程度的网格划分来确定多个系统分析出来的浇口位置，最终以一个比较合适的位置来作为浇口位置，这样可以最大化的接近最佳浇口位置；再次，冷却系统的创建一定要满足冷却效果均匀和快速开模的要求，所以我们最好是采用手动创建以达到最佳冷却效果；最后，成型工艺的设置一定要按照要求来做，才能达到我们想要的分析结果，这也是整个分析过程中的最后一步，特别是注射机的选择，注射时间的定制，以及模具温度的定制等等都为后面的分析奠定了坚实的基础。

第四章 利用UG平台实现模具实体建模
本章利用UG平台实现模具实体建模，方便观看其机构和动作原理，为模具的二维出图和后处理加工奠定基础。在UG中创建模具实体的方法大体可分为两种，一种是直接利用UG本身的建模模块建立实体，另一种是利用外挂导入模具模架和标准件以创建模具实体。第二种方法从分模来看，可以分为两种情况：第一种是全自动分模，第二种是半自动分模。全自动分模主要针对那些制件非常简单易分型的模具，而半自动分模可以攘括多种分模要求的分模方法。在本设计中我们将采用半自动分模方式来进行分模，最终创建模具实体。
4.1 注塑模向导中的相关指令
注塑模向导是UG公司自己为注塑模设计为设定的一个模块，此模块的主要设计指令如图4.1所示。

图4.1 注塑模向导指令
注塑模向导中，前六个指令都是基于全自动分模才能使用的，本设计采用半自动分模，相关指令的含义在后面具体建模中做详细解释，在此不再赘述。
4.2 制件分模
单击注塑模向导中的分型工具，出现如图4.2所示的分型管理器对话框。

图4.2 分型管理器对话框
点击【设计区域】按钮，出现如图4.3所示的对