CAE.docx

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CAE

1．产品结构特点

该制品为塑料杯盖,产品形状为圆形，直径为90mm，圆角半径为R=5mm；杯盖高度为30mm，杯盖的顶端有一突起的圆形，突起高度为0.50mm，突起圆的直径为70mm，小圆角的半径为R=0.5mm；小阶梯的外圆面有突起,这就增大了成型的难度,两外圆面分别在两个型腔成型,必须保证同轴度,所以在模具设计和制造上要有精密的定位措施和良好的加工工艺，以保证传动精度。

2．成型工艺分析

2.1材料工艺性

本产品选用材料为pp；pp为乳白色、无毒、无臭、无味的热塑性塑料，PP是所有合成树脂中密度最小的，仅为0.90-0.91g/cm3，是PVC密度的60%左右。

熔点1650C，燃点5900C，弹性模量3500Mpa，不吸水，导热性低，耐腐蚀，有良好的绝缘性能、化学稳定性和良好的物理机械性能及加工性能。

pp材料的加工性能有如下优点：

耐强酸或氧化性酸、结晶度高，收缩率不大、摩擦系数低，弹性高、模具浇注系统以料流阻力小。

2.2结构工艺性

塑料杯盖的尺寸中等，它的整体结构简单，多数都为曲面特征。

对于尺寸精度要求不高，但是表面粗糙度要求高。

为了满足表面粗糙度以及成型效率要求宜选用点浇口。

同时根据要求需一模四件，本设计选择4型腔单单分型面。

其中，型腔布置形式为平衡式。

3．分型面的选择

模具上用以取出制品和（或）浇注系统凝料的，可分离的接触表面称之为分型面。

分型面的选择不紧关系到塑件的正常成型和脱模具,而且涉及模具结构与制造成本.在制品设计阶段，就应考虑成形时分型面的形状和位置，否则无法用模具成形。

在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。

分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。

因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。

分型面的选择原则为：

1.分型面应该选择在制品的最大面积处，否则制品无法脱模。

2.尽可能使制品保留在动模一侧，因为注射机的推出液压缸设在动模一侧，制品留在动模一侧有利于脱模机构的设置。

3.有利于保证制品的尺寸精度；4.有利于保证制品的外观质量，动、定模相配合的分型面稍有间隙，熔体就会在制品上产生飞边，影响制品的外观质量。

因此在制品的光滑平整的表面或圆弧曲面上，应尽量避免选择分型面。

5.尽量能满足制品的使用要求，即在分型面的设计时，应该从使用角度避免工艺缺陷给制品带来的影响。

6.尽量减少制品在合模方向上的投影面积，以减少锁模力。

7.长型心应置于开模方向。

8.有利于排气，熔体充模流动的末端应在分型面上，以便型腔的气体从分型面上的空隙逸出。

9.有利于简化模具结构，应尽量避免侧向分型或抽芯，特别应避免在定模一侧的侧向抽芯。

10.在选择分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。

对于该设计，在进行制品设计时已经充分考虑了上述原则，从所提供样品采用的分型面可知，如图下图为分型面位置。

分型面位置

4．浇注系统设计

浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对制品质量影响很大。

他的作用是将塑料熔体顺利地充满到模具行腔深处,以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制件。

该模具采用普通流道浇注系统，其包括：

主流道、分流道、冷料穴、浇口。

4.1主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷射出的熔体导入分流道或型腔中。

主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

主流道长度为：

L=50mm；主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=（3+0.5）mm；大端直径：

D=7mm。

4.2冷料穴的设计

冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头及熔体流动的前锋冷料，以防止冷料进入型腔而影响制件质量。

主流道冷料穴设在主流道的末端，开模时应将主流道中的冷凝料拉出,所以冷料穴直径宜稍大于主流道大端直径.由于该模具具有垂直分型面即侧向分型，冷料穴分别开在左右瓣合模上，开模时，将主流道中的凝料拉出来；侧向分型时，冷料穴中的凝料会制动脱落。

本设计中冷料穴采用圆形截面冷料井结构。

冷料井直径取d3=5mm。

长度：

L=10mm。

4.3分流道的设计

分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的动通道，其作用是通过流道截面及方向变化，使熔料能平稳地转换流向注入型腔。

分流道最理想的设计就是把流动树脂在流道中的压降降到最小。

在多种常见截面当中，圆形截面的压降是最小的。

本设计在保证塑件质量的前提下，从经济和加工的角度分析，最终采用了圆形截面。

直径d=6mm。

4.4浇口的设计

浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部位，它的作用是增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料，以保证充填实，确保制品质量。

浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。

浇口的截面积一般为分流道截面积的3%～9%，截面的形状多为矩形（宽度与厚度的比为3：

1）或圆形；浇口长度约为0.5～2.0mm左右。

在设计的时候一般取小值，在以便在试模时修正。

浇口最终的具体尺寸根据经验和零件的尺寸和形状的要求确定。

本设计中选用矩形浇口，宽3mm；厚1mm。

5．工艺流程与工艺参数

塑料杯盖的注塑成型工艺过程主要包括填充——保压——冷却——脱模等4个阶段，这4个阶段直接决定着制品的成型质量，而且这4个阶段是一个完整的连续过程。

工艺参数需综合考虑pp材料的特性、产品的结构特性以及注塑成型的要求而确定，本设计为塑料杯盖的注塑成型，注塑材料为pp，工艺要求一模四件。

综合分析可知，具体工艺参数如下。

填充阶段：

填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。

理论上，填充时间越短，成型效率越高，但是实际中，成型时间或者注塑速度要受到很多条件的制约。

本设计中注射时间为20s，成型周期为80s；模具温度为80℃，料筒温度200℃；喷嘴形式为直通式，注射温度240℃；注射压力为120Mpa；注射机选用型号为XS—ZY—125的注射机，锁模力为3800t/m2，注射量20%-85%即可。

保压阶段：

保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。

在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。

在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料的流动速度也较为缓慢，这时的流动称作保压流动。

由于在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加快，熔体粘度增加也很快，因此模具型腔内的阻力很大。

在保压的后期，材料密度持续增大，塑件也逐渐成型，保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止，此时保压阶段的模腔压力达到最高值。

本设计中保压力60Mpa，保压时间40s；背压一般不超过注射压力的20%，选用的背压为10Mpa。

冷却阶段：

在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。

这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。

由于冷却时间占整个成型周期约70%～80%，因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间，提高注塑生产率，降低成本。

设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。

注塑成型的成型周期由合模时间、充填时间、保压时间、冷却时间及脱模时间组成。

其中以冷却时间所占比重最大，大约为70%～80%。

本设计中采用的冷却时间为30s；

6．模拟计算条件及其设置依据

将图导入moldflow之后，首先对其划分网格，设置网格纵横比最小值为10，然后网格纵横比诊断，并修复网格；修改后的结果如图6.1所示；

修复好网格后，开始设置浇注系统。

直浇道采用圆锥形，长度为L=50mm，大端直径D=7mm，小端直径d=3.5mm；如下图所示；

然后设置分流道，分流道用圆形截面，直径d=6mm。

如图下所示；

设计冷料穴，冷料穴采用圆形截面冷料井结构。

冷料井直径取d3=5mm。

长度：

L=10mm。

如图6.5所示；

设计浇口，选用矩形浇口，宽3mm；厚1mm。

如图6.6所示

分析顺序的选择，选用充填+保压，如图6.7所示。

工艺设置，设置模具温度为80℃，熔体温度为240℃，冷却温度20s。

如图6.8所示；

成型材料选用POLYPROPYLENES（PP）；

模具材料选用工具钢p-20；注塑机型号为Defaultmoldingmachine；

冷却回路的选择，冷却水管的直径为10mm，管与制品间距为25mm，水管数量为8mm，水管中心距为30mm；

设计完成后，如图6.8所示。

然后开始进行分析；

7．模拟步骤简介

1、在Proe中建立好塑料杯盖的三围实体图形

2、在Proe中利用草绘命令绘制好流道的草绘线

3、保存Proe文件格式

4、杯盖保存为Stl文件格式

5、重新打开Proe文件格式保存流道为IGES文件格式（选择基准曲线和点）

6、设置好以后，打开Moldflow软件导入刚才保存的Stl文件选择（Fusion）

7、添加流道草绘线（Iges）

8、弹鼠标右键更改草绘线类型为流道

9、定义草绘线的格式属性

10、进行网格划分

11、网格检查

12、参数设定

13、开始Moldflow分析

由于要求的是一模四件，所以在导入图形以后并不是完全按照上面的步骤进行的。

需要对图形进行排布、对称等操作，主要是能一模四件，然后在分析。

八．模拟结果分析与讨论

8.1气穴

气穴位置分布图如下图所示,图中圆圈处表示气穴,熔体前沿汇聚在注塑件内部或型腔表层的气泡,基本上都在注塑件四周侧壁边。

气穴形成的原因及解决方案如下：

1.浇口和流道设计不合理；浇口位置应该设置在塑件厚壁处，尽量避免选择直浇口。

此外，合理的设置排气槽；排气孔通常设置在最后充填的区域，并且要足够的大

2.注塑工艺参数对气穴的产生有直接的影响。

例如，注射速度快、注射时间和周期短、注射压力低、加料过多或过少、保压不够、冷却不均匀或冷却不足，以及料温和模温控制不当，都会引起塑件内产生气穴。

尤其是高速注塑过程中，气体来不及排出模具型腔，会导致熔体内残留较多的气体。

对此，应适当降低注射速度，保持型腔内合理的压力，从而在保证排气通畅和不发生欠注的基础上，消除气穴现象。

此外，针对上面其他情况，可以通过调整注射和保压时间、加强冷却效果、控制进料量等方法来避免气穴。

3.模具缺陷；模具方面存在的缺陷会造成气穴现象，例如浇口位置不正确、浇口截面太小、流道狭长、流道内有驻气死角和不良。

对此，应该主要考虑调整模具结构，将浇口位置放在塑件厚壁处；加大浇口截面，在一模多腔，且成型制品形状不同时，应注意浇口截面与各形状塑件重量成比例，否则，较大的塑件易产生气泡；减少狭长的流道；消除流道中的驻气死角；改善模具排气情况。

4.注塑原料不符合要求；在气泡产生的情况下，应该充分干燥原料，消除水分，适当降低料温防止熔体热分解，减少原料中的挥发成分。

8.2熔接痕

熔接痕（WeldLine）属于产品表观质量缺陷，它是产品注塑过程中两股以上的熔融树脂流相汇合所产生的细线状缺陷。

本设计中制品的熔接痕缺陷很小；如下图所示。

其产生原因及相关解决方法如下。

1、熔体流动性不足，料温较低在低温的情况下，聚合物熔体的流动、汇合性能降低，容易发生熔接痕现象。

对此，可以适当提高料筒和注塑喷嘴的温度，同时降低冷却介质的流速、流量，保证一定的模温。

一般情况下，熔接痕部位强度较差，通常可以通过局部加热的方法提高制品发生熔接痕部位的温度，从而保证塑件的整体强度。

对于必须采用低温成型的情况，可以适当提高注塑压力和速度，从而增加熔体流动性能和汇合能力，也可以采用增加润滑剂的方法，提高熔体流动性能。

2、模具缺陷

由于熔接痕主要产生于熔体的分流汇合，因此，模具的浇注系统对于熔接痕的产生有很大的影响。

对此，在模具设计的过程中，应该尽量减少浇口的数量，合理设置浇口位置，加大浇口截面积，设置辅助流道及分流流道。

在模具设计中，应该注意设计冷料穴，防止低温熔体注入，产生熔接痕。

在熔接痕的产生的位置，由于冲模压力高往往会产生飞边的情况，可以很好地利用飞边，在飞边处开一很浅的沟槽，将熔接痕转移到飞边上，并在注塑结束后，将飞边去除。

3、塑料制品结构设计不合理。

塑件薄壁、厚薄悬殊或是嵌件过多都有可能产生熔接痕。

在熔体充填过程中，由于薄壁位置充模阻力较大，因此熔体分流总是在薄壁处汇合，并产生熔接痕。

而且，熔接痕部位强度降低，会导致塑件在薄壁处出现断裂。

对此，在设计过程中，要保证塑件的一定壁厚，并尽量保持塑件壁厚的一致性。

4、模具排气不良

熔接痕的位置与合模线或嵌件缝隙相距较远，并且排气孔设置不当，这时多股熔体流汇聚赶压的空气无法排出，气体在高压下释放大量热能，导致熔体分解，从而出现黄色或黑色的碳化点。

这种情况下，塑件表面熔接痕附近总是会反复出现这类斑点。

产生的原因就是模具的排气不良。

对此，应该首先检查排气孔情况，如果排气孔无阻塞物，则应在熔接痕出现位置处，增加排气孔，可者是重新定位浇口或适当降低合模力，以方便排气。

5、脱模剂使用不当

注塑过程中，一般仅在螺纹等不易脱模的部位才少量使用脱模剂，脱模剂用量不合理，会引起塑件表面产生熔接痕。

8.3缩痕

缩痕现象就是指在成型品表面发生凹陷。

缩痕的可见性和它表面的纹理其实是零件颜色的作用,因此深度才是判别的标准。

导致缩痕的主要原因是在冷却过程中,因热量收缩造成的。

图下图所示，显示了缩痕深度的结果。

改进方法：

1.如图可观察到缩痕主要集中在浇口位置处，其主要原因是因为模具的流道及浇口截面太小，充模阻力太大；浇口设置不对称，充模速度不均衡；进料口位置不合理，对此应当适当扩大浇口及浇道截面，浇口位置尽量设置在对称处，进料口设置应设置在塑件厚壁部位。

2.应适当提高注射压力及注射速度，增加熔料的压缩密度，延长注射和保压时间，补偿熔体的收缩。

同时保压不能太高，否则会引起凸痕。

3.在原料中增加适量的润滑剂改善熔体的流动特性，或加大浇注系统结构尺寸。

对于潮湿的原料应进行预干燥处理。

4.增设排气槽，在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气。

8.4残余应力

残余应力主要由充填过剩、脱模推出和金属镶嵌件造成的。

如图所示。

改进措施：

1.改用多点分布点浇口、侧浇口及柄形浇口方式。

2.适当提高树脂温度可以降低熔融粘度，提高流动性，同时也可以降低注射压力，以减小应力。

3.适当提高模具温度；4.适当减少注射时间和保压时间。

九．结论

应用Moldflow/MPI模拟了塑料杯盖的生产，对其生产工艺以及工艺参数的设计，并对结果进行分析，对其产生的缺陷进行分析和提出改进方案；让我学到了很多关于注塑模具的知识，同时也学会了如何运用Moldflow/MPI软件模拟分析制品。

总之，这门课让我学会了很多知识，再次我衷心感谢付老师平时对我们的教导，同时我也感谢同学们在学习中对我的帮助。