基于Moldflow的冰箱用塑料配件注射成型研究毕业设计论文.docx

1、基于Moldflow的冰箱用塑料配件注射成型研究毕业设计论文基于Moldflow的冰箱用塑料配件注射成型研究摘 要本文主要研究冰箱用塑料配件。它类似于一个两通的塑件，在主体盖下方的两端开有侧孔，所以在模具设计时需要考虑侧向分型与抽芯机构。但是冰箱用塑料配件比二通要复杂得多，由于它有一个梯形阶梯孔，在注塑过程中很可能会出现陷，因此选择一个合理的浇口就显得非常重要。在分析过程中应对其进行可行性工艺分析，然后对塑件进行实体建模，并进行相关计算。首先对型腔数目及布置方式、分型面、浇注系统、顶出机构类型、侧向分型与抽芯机构等进行初步设计，确定用推杆推出机构。建模以后利用Moldflow软件模拟注射过程中

2、熔体的流动情况并进行分析，再根据分析结果对设计方案进行调整，并利用正交试验确定出最优化的方案。对设计的模具进行Moldflow分析，不仅可以增加模具设计的合理性，还可以减少试模修整次数，最重要的是可以提高制品质量。关键词：浇口，Moldflow，注射过程，正交试验，优化Study On The Injection Molding of Plastic Parts For Refrigerator Based On MoldflowABSTRACTThe main content of this paper is the research of plastic accessories of re

3、frigerators.The accessory is similar to a two-way plastic valve, and both ends exist side hole in the bottom of the cover of the main part.So we should consider the lateral parting and core pulling mechanism when design the mold.But the plastic accessories of refrigerators is much more complex than

4、two-way plastic valve. Since it has a trapezoidal stepped hole,defects are more likely to appear in the process of injection to mould.So it is very importent to choose a reasonable gate. Therefore,in the process of study we should analyze the feasibility of process,then set up the modeling of the pl

5、astic parts and carry on the relation calculation. Before studying, should design the number and the way it layout of the cavity, parting surface, gating system, ejector mechanism type, lateral parting and core pulling mechanism preliminarily,and use the pose rod mechanism. After setting up mould we

6、 use Moldflow to simulate the flow status of fusant in the process of injection and analyze the result.Then we adjust the design scheme according to the analysis result, and use the orthogonal experiment to determine the optimal solution. The Moldflow analysis of the mould we have designed,can not o

7、nly increase the rationality of the mould,but also reduce the number of the mold repair, and the more important is the quality of the product is improved much more.KEY WORDS: Gate，Moldflow，Injection process，Orthogonal experiment，Optimization目录前言模具行业是一个高新技术密集且又重视实战经验的产业。特别是近代工业的飞速发展，塑料制品用途日趋广泛，注塑模具工艺

8、得到迅速的发展，单单依靠人工师傅的经验来设计模具已不能满足需要，因此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。利用注塑模流分析技术，可以预先分析模具设计的合理性，减少试模次数，加快产品研发，以此来提高企业的生产效率。在注塑模具中使用CAD/CAE/CAM技术可以实现塑件设计、模具设计、制造和成型工艺的一体化。它不仅提高了模具设计能力和水平、模具制造的质量和精度、模具标准化程度、缩短了模具的研制周期、降低了制品生产成本并且可以激发模具工程设计人员的创新思维的能动性1。我国由于计算机技术发展起步晚等原因，模具CAE技术的研究与开发于上世纪70年代末才开始，通过几十年的努力，模具CAE

9、技术的研究和开发已取得了很大的发展。我国的模具CAD/CAE/CAM软件的开发水平也逐渐接近国外先进水平。但与发达国家还是有不小的差距1。注塑模CAD/CAE/CAM系统是一个有机整体，整套系统与企业的人才、技塑件在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，对模具设计的要求也越来越高，传统的注塑模具设计主要依赖经验，成型的缺陷也只能通过反复试模、修模来修正，这样不仅很难保证制品的质量，生产周期也相当长。因此传统的模具设计方法已无法适应当今的要求。计算机辅助工程CAE技术与传统的模具设计相比，不管是在提高生产效率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有很大的效用

10、2。近年来，模具行业迅猛发展，在制造业中的地位越来越被人们重视。针对模具设计和塑料成型的CAE软件可以协助设计人员在模具设计过程中及时发现模具和成型过程中可能存在的问题，从而可以更加快速地做出设计方案，有效地缩短设计生产周期并降低生产成本。本课题以冰箱用塑料配件为例。应用Autodest Moldflow软件对冰箱用塑料配件的模具设计进行优化，先利用Moldflow软件对塑料件进行预分析。依据计算结果和模具设计人员的经验，提出优化方案，进而对塑件进行注射成型模拟分析，再利用正交试验分析找到真正合理的最优方案，使试模的成功率得到明显的提高。第1章 塑件的工艺分析1.1 零件的分析塑件名为冰箱用塑

11、料配件，复杂性适中，应有较好的抗拉强度、抗弯强度和屈服强度，硬度适中。塑件壁厚为3mm，在主体盖最下方的两端存在侧孔结构，所以在模具设计时需要考虑侧向分型与抽芯机构，它有一个阶梯孔，在注射过程中容易出现缺陷，对注塑成型质量要求高。 结构图如1-1所示： 图 1-1 冰箱用塑料配件名称：冰箱用塑料配件 材料：增强型聚丙烯（PP) 数量：四十万件生产 要求：塑件表面光滑，质量较好1.2冰箱生产中的常用塑料在冰箱门体和箱体的隔热层中常使用聚氨酯。聚苯乙烯主要用于制造冰箱的内丹、门衬、冰箱成品包装和运输过程中的减震辅助材料。聚丙烯在冰箱生产中主要用于制造冰箱抽屉。ABS主要用于加工外观零部件，如：门把

12、手和各类装饰条。聚乙烯在冰箱生产中主要用于各种管材的制造。根据以上所述选用增强聚丙烯作为冰箱用塑料配件的材料。1.3 材料的具体性能聚丙烯的主要特点是密度小，它的力学性能如屈服强度、抗张强度、压缩强度、硬度等，均优于低压聚乙烯。而且聚丙烯有很突出的刚性，耐热性也比较好，化学稳定性良好，高频电性能优良，并且不受温度的影响，成型容易。增强聚丙烯是聚丙烯与玻璃纤维或有机纤维、石棉或无机填料的混合物。增强型聚丙烯与纯聚丙烯相比，除具有聚丙烯原有的性能和相对密度增加10%外，其拉伸强度和弯曲强度增大12倍，冲击强度提高13倍，热变形温度在高负荷下提高7090oC，低负荷下提高3040oC，力学性能高，且

13、价格低廉。表1-1 聚丙烯的综合性能3性能数值性能数值成型收缩率/%1.42.6热变形温度oC1.88 MPa5667相对密度/g/cm30.900.910.46 MPa100116拉伸强度/MPa3039马丁耐热/oC44伸长率/%200连续耐热/oC121拉伸弹性模量/GPa1.11.6脆化温度/oC-35弯曲强度/MPa4256介电系数（60HZ）3.0压缩强度/MPa3956体积电阻/cm1016弯曲弹性模量/GPa1.21.6击穿强度Kv/mm30冲击强度（缺口）KJ/m22.25.0介电损耗（60HZ）0.001硬度（洛氏）R95105耐电弧性/s125185线胀系数/10-5/o

14、C10.811.2燃烧性自熄 表1-2 聚丙烯的成形工艺参数3塑料名称玻璃纤维增强聚丙烯注射机种类螺杆式螺杆转速/r.min3060喷嘴形式直通式温度/oC205260料筒温度前段/oC205245中段/oC235270后段/oC235270模具温度/oC4080注射压力/MPa90130保压压力/MPa4050注射时间/s25保压时间/s1540冷却时间/s1540成性周期/s40100成型周缩率/%纵向1.5，横向1.5后处理条件比热变形温度低5200C下处理23h物料预干燥用5080oC料斗干燥器第2章 模具结构设计方案2.1 模具结构方案塑件采用注射成型生产。由于在主体盖的下方存在两个

15、侧孔，所以模具应采用有侧向抽芯的注射模具结构。2.2 制件的计算2.2.1 计算塑件的体积、重量、投影面积在Pro/E中对制件进行三维建模，运用Pro/E对对塑件的体积和质量进行测量4。塑件的体积：V=14.802mm3。塑件的质量：根据设计手册查得增强聚丙烯的密度为1.14g/cm3。故塑件的质量为16.282g。塑件的投影面积S=4840.85mm2。2.2.2 尺寸精度的分析塑件尺寸精度主要取决于塑料的收缩率范围、模具制造精度、型腔型芯的磨损程度，同时还包括工艺控制方面的因素。而模具的某些结构特点在某些程度上影响塑件的尺寸精度。因此，塑件应尽可能的选择较低的尺寸精度。2.3 注射机的选用

16、2.3.1 选用方法（1）根据每次注射成型件数需要满足的最大注射量，锁模力，经济性等选择合适的注塑机。（2）从现有设备中选择比较合适的注射机。2.3.2 注射机的选用原则（1）塑件和浇道凝料的总容量（体积或重量）要小于注射机额定容量的0.8倍。（2）模具成型时用的注射压力要比所选用注射机的最大注射压力小。（3）模具型腔注射时所产生的压力必须比注射机的锁模力小。（4）模具的闭模高度应在注射机最大、最小闭合高度之间。（5）模具脱模取出塑件所需的距离应小于注射机的开模行程5。2.3.3 最大注射量的计算拟设为一模两腔，假设浇道凝料为10cm3。实际的注射量为： Vn Vmax=nVp+Vf=(214

17、.802+10)cm3=39.604cm3 (2-1)式中： Vn注射公称注射量（cm3）； Vmax实际用塑料时的最大注射量（cm3）； Vp单个塑件的体积（cm3）； Vf浇道系统的体积（cm3）； n型腔数目。按注射容量为理论注射容量的80%计算得： Vn=39.6040.8（cm3）=49.505cm32.3.4 锁模力的计算 单个塑件的投影面积为：S=4840.85mm2=48.4085cm2,假设浇道投影面积为10cm2。 常见塑料模腔的平均压力表如表2-1表2-1 常用塑料模腔平均压力3塑件特点举例型腔平均压力Pc/MPa容易成型的塑件PE、PP、PS等薄厚均匀的日用品、容器类2

18、5一般塑件模温较高下，成型壁薄容器类30中等粘度塑料及有ABS、POM等有精度要求的零件，35续表2-1精度要求的塑料如壳体类高粘度塑料及高精度难充填的塑料高精度的机械零件，如齿轮、凸轮等40 由于冰箱用塑料配件属于均匀的日用品，并且选择的材料为聚丙烯，所以型腔的压力区为25MPa来进行计算锁模力。 （2-2） =1.1（）2510-3（KN） =293.747KN 式中： Fn注射机的额定锁模力(KN)； Fz型腔的理论锁模力(KN)；k为安全系数，通常取1.11.2；Pc模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa）； A塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积(mm2)；Ap单个塑件在分型面上的投影面

19、积(mm2)；Af浇注系统在分型面上的投影面积(mm2)。 按锁模力为理论值的80%可以得到理论锁模力的大小为： Fn=Fz/0.8=293.7470.8=367.183KN2.3.5 注射压力的计算 注射压力是成型时柱塞或螺杆作用在熔体上的压力，按以下原则选取：（1） 注射机最大注射压力应大于所需的注射压力；（2） 螺杆式注射机的注射压力小于柱塞式注射机的注射压力；（3） 压力范围取70150MPa。 PPn （2-3）式中： Pn注射机的公称压力（KN）； 塑件成型所需的注射压力（KN）。2.3.6 最大注射成型面积的计算单个塑件在分型面上的投影面积为48.4085cm2,浇道凝料的投影面

20、积为10cm2。注射模具的成型面积为： An A = nAp + Af = 248.4085+10(cm2)=106.81cm2 (2-4)式中： A塑件和浇注系统在分型面上投影面积之和（cm2）； Ap单个塑件在分型面上的投影面积（cm2）； Af浇注系统在分型面上的投影面积（cm2）； An注射机最大注射成型面积（cm2）。2.3.7 注射机的选择综合考虑实际注射量应在额定注射量的80%和锁模力的大小，初选海天牌注塑机，额定注射量为60cm2的卧式成型机XS-ZY-60。该设备的技术规范见表2-2。 表2-2 XS-ZY-60注射成型机的技术规范5注射装置螺杆直径/mm30锁模装置锁模力/

21、kN400螺杆转速/ r/min-10200顶出力/kN12理论注射容量/ cm360模板行程/mm250注射压力/MPa180模具最小厚度/mm150注射速率/ g/s-170模具最大厚度/mm250塑化能力/kg.h-135定位孔直径/mm80电气油泵电动机功率/kW11定位孔深度/mm10加热功率/kW4.7喷嘴伸出量/mm20其他机器质量/t3喷嘴球半径/mm10外形尺寸（LWH）/mmm4.01.41.6拉杆间距（HV）/(mmmm)220300注塑方式螺杆式喷嘴口孔径/mm3.5合模方式液压顶出行程/mm702.4 初步设置型腔数目及布置可以根据锁模力、最大注射量、塑件精度或经济性

22、等确定确定型腔的布置方式。塑件的生产批量大，从经济方面考虑应使用一模多腔注射模具。但考虑到有侧向分型，两端都需侧向抽芯，因此采用一模两腔。确定了型腔的数目以后，然后确定型腔在模具上的排列方式。型腔的排列方式的改变，往往会影响模具浇注系统和模具的大小。在确定型腔的配置形式遵循的原则：（1）尽量采用平衡式排列，这种方案能够保证成型中的进料平衡，使制件的质量稳定可靠，还可以简化设计；（2）型腔的布置相对于浇口位置应尽量对称，以免成型时因分型面处的偏载而发生溢料；（3）型腔的排列应紧凑，以免减小模具外形尺寸5。本次设计为一模两腔，在注射时，所有的型腔都是均匀进料并同时充满的，避免了流动的不平衡，从而可

23、以获得尺寸相同、性能一致的塑件。型腔布置如图2-1所示 图2-1 一模两腔2.4.1 按注射机的最大注射量确定型腔数目 （2-5）式中，Vg是注射机最大注射容量（cm3）； Vj是浇注系统冷凝料量（cm3）； Vz是单个塑件的容积（cm3）。2.4.2 按注射机的额定锁模力确定型腔数目 （2-6）式中，F是注射机的额定锁模力（N）； Pm是塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）； Aj是浇注系统在制品分型面上的投影面积（mm2）； Az是单个塑件在分型面上的投影面积（mm2）。2.4.3 按塑件的精度要求确定型腔数目 生产经验认为，增加一个型腔，塑件的精度会下降4%，一般n4时，则生产不出高精度塑

24、件。因此确定型腔数目时应满足以下条件： （2-7）式中，L是塑件的基本尺寸； 是塑件的尺寸公差，为双向对称公差标注； 是单型腔注射时塑件可能产生的尺寸误差百分比，POM的数值为，PA66为，PE、PP、PC、ABS、PVC等结晶型塑料则仅为。式（2-7）简化可得型腔数目为 （2-8） 综合上面几项分析，本次设计采用一模两腔。2.5 浇注系统浇注系统是指模具中塑料熔体由注射机喷嘴至型腔之间的进料通道。设计浇注系统时应注意以下问题：1)要考虑塑料的工艺特性。2)设计时应预先分析熔接痕的位置对塑件质量的影响。3)防止型芯的变形或嵌件的位移。4)尽量减少浇注系统冷凝料的产生，减少原材料的损耗。5)浇口

25、的设置要便于冷凝料的去除，不影响塑件的外观。从给出的塑料制件来看，不仅要保证塑件的外观质量要求，也要考虑浇注系统设计的几项原则，选用普通冷流道浇注系统，由于是一模两腔，因此需要设置分流道，并采用侧浇口进料，这样利于分型面间歇排气。浇注系统包括主流道、分流道、浇口和冷料穴等部分5。2.5.1 主流道的设计由于聚丙烯的流动性较好，由表2-1选用的注射机喷嘴有关尺寸得：注射机喷嘴球半径R1=10mm；注射机喷嘴口孔径d2=3.5；由主流道与喷嘴之间的关系可以确定主流道的尺寸为：主流道球面半径R2=11mm；主流道小端直径d1=4mm；主流道凹坑深度h取4mm；主流道的出口端圆角半径r为0.5mm。主

26、流道采用圆锥形小段直径4mm，大端直径取8mm，长度取55mm。主流道形状及其与注射机喷嘴的配合关系图2-2所示：图2-2 主流道形状及其与注射机喷嘴的配合关系1-定模板 2-浇口套 3-注射机喷嘴2.5.2 分流道的设计1）分流道的截面形状 为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，选用圆形分流道，如图2-3所示。 图2-3 圆形流道 2）分流道的截面尺寸 一般圆形截面的直径为212mm，因此，取分流道的始端直径为5mm、末端直径为4mm，长度为22.9mm。2.5.3 浇口的设计浇口的作用主要有以下几点：1)塑料熔体在充满模具后，在浇口处首先开始凝固，这样可以防止熔体倒流。2)熔体在流

27、经狭窄的浇口时，因摩擦热产生的热量可以使熔体升温，有助于充模的完成。3)易于切除浇口尾料，方便二次加工。4)对于多型腔模具，用以平衡进料。侧浇口不仅适用于各种形状及一模多腔塑件，并且容易加工，它在试模中也比较容易修改，因此拟选浇口类型为矩形的侧浇口。侧浇口的尺寸大小由厚度、宽度和长度确定，在成型中对塑件的质量有较大的影响。浇口的厚度通常取塑件厚度的1/32/3，先取下限，试模中进行修改。也可按以下公式估算浇口厚度 h=ns(mm)= (mm) (2-9)式中： n为与塑料品种有关的系数（表2-3）； S为塑件的厚度（mm）。浇口的宽度为 （2-10）式中：A为型腔表面积（mm2）。表2-3 与

28、塑料品种有关的系数n塑料代号n塑料代号nPE、PSPOM、PC、PP0.60.7PA、PMMAPVC0.80.9浇口长度应小于浇口的厚度h，对于一般塑件，取长度l = 0.5mm1mm,大型塑件取l=2mm3mm。因此浇口长度拟选取0.8mm。2.5.4 定位环及浇口套根据注射机定模板中心孔尺寸，定位环的直径设为55mm,浇口套公称直径为20mm。2.6 分型面的选择塑料制品在成型模具中的位置，是由模具的分型面决定的。选择设计分型面的基本原则是：分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺利脱膜。因此，根据分型面的设计原则以及冰箱用塑料配件的结构形状，将模具的分型面设计在主题盖下端面处。2.7

29、 顶出机构类型2.7.1推出方式注塑成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出的机构称为推出机构，又称为脱膜机构或。推出机构的设计原则如下：1）推出机构运动的动力一般来自于注塑机的脱膜机构，故推出机构一般设置在注塑模的动模一侧。2）推出机构应使塑件在顶出过程中不会变形和损坏。3）推出机构应保证塑件在开模过程中留在设置有顶出机构的动模内。4）推出机构应尽量简单可靠，有合适的推出距离（过大会加剧模具的磨损、过小则塑件不能脱膜）。5）合模时应使推出机构正确复位。6）若塑件留在定模内，推出机构应设置在定模一侧。根据塑件质量要求和外观的特征，由于塑件外形比较简单，因此使用多个推杆完成塑件的推出，这种方法结构简单、推出力均匀平稳，推出可靠。根据推杆布置许可空间，每个塑件设4根推杆，共8根；直径为7mm，长度为120mm。2.7.2 复位装置常用的复位机构有弹簧复位机构和复位杆复位机构。因为弹簧复位机构不可靠，所以在此处选用复位杆复位，公称直径为12mm。2.7.3 顶出机构的导向顶出机构的导向装置可选用顶板导柱和导套导向两种（两套，对称布置），导柱、导套公称直径为15mm。2.7.4 拉料杆、顶出距离选用Z形拉料杆，直径为8mm。为确保顶出时塑件能完全脱离动模，顶出距离不小于15mm。2.8 侧向分型与抽芯机构斜导柱侧向分型与抽芯机构的优点包括结构比较紧凑、动作稳定可靠、制造加工方便，