1、本科毕业论文（20届）基于MOLDFLOW的笔筒注塑件结构设计所在学院专业班级机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要摘要本文主要阐述了笔筒结构设计的概念以及笔筒结构设计的研究现状，主要包括了国内学者在该领域所做的研究；同时阐述了笔筒结构设计的发展趋势；主要通过对笔筒塑料件注塑成型过程中的最高温度、流动前沿温度、残余应力、气穴、熔接痕、注射时间、冷却时间这七项工艺参数进行分析来比较所设计出的十种不同结构笔筒的优劣性。笔筒结构设计中所涉及的设计方法主要包括PROE软件制图和MOLDFLOW软件注塑成型分析；使用PROE软件画出零件图；采用MOLDFLOW软件仿真模拟实验的
2、方法。以塑料笔筒为研究对象，介绍其结构设计过程，提出了利用MOLDFLOW软件对所设计的塑料笔筒的成形质量进行比较分析，进而得到一组优化的成形工艺参数，为了更好的比较出十组笔筒塑料件结构的优缺点，从而从十组设计方案中选出最优的方案，我们要设置出权重对十组笔筒塑料进行评分，分数最高的为最优方案，并可以根据分析的结果对注塑成型中的工艺参数进行调整，从而得到优化方案。这种方法有效的避免了各个因素单独分析所产生的片面性，有效的解决了从前成形工艺参数设置中出现不合理的现象，最终得到最优的结构设计。关键词MOLDFLOW软件；PROE软件；塑料笔筒；结构设计。IISTRUCTUREDESIGNOFPLAS
3、TICSPENPOTBASEDONMOLDFLOWABSTRACTTHISPAPEREXPOUNDSTHECONCEPTOFPLASTICPENPOTSTRUCTUREDESIGNANDTHERESEARCHSTATUSOFPLASTICPENPOTSTRUCTUREDESIGN,MAINLYINCLUDESSOMESCHOLARSOFDOMESTICANDFOREIGNINTHISFIELDOFRESEARCHANDTHEDEVELOPMENTTRENDOFPLASTICPENPOTDESIGNMAINLYTHROUGHPLASTICINJECTIONMOLDINGPROCESSPLASTI
4、CPENPOTOFTHEHIGHESTTEMPERATURE,FLOWFRONTTEMPERATURE,RESIDUALSTRESS,CAVITATIONS,WELDLINE,INJECTIONTIME,COOLINGTIMETHIS7OFPROCESSPARAMETERSTOANALYSISANDCOMPARETHE10DIFFERENTSTRUCTUREOFTHEPLASTICPENPOTALONGWITHTHENUMBERINCREASEOFPLASTICPENPOT,THESTRUCTUREDESIGNOFPLASTICPENPOTBECOMESMOREANDMOREIMPORTANC
5、ETODESIGNERTHESTRUCTURALDESIGNMETHODOFPLASTICPENPOTBECOMESMOREANDMOREANDMOLDFLOWSOFTWAREISONEOFTHESOFTWARETHATMOSTCOMMONLYUSEDINPLASTICSINDUSTRYTHEMETHODINVOLVEDOFTHEDESIGNOFSTRUCTURAL,FIRSTUSEPRO/ESOFTWAREDRAWTENKINDSOFSTRUCTURALOFPLASTICPENPOTDETAILDRAWINGSSECONDUSINGMOLDFLOWSOFTWARESIMULATIONEXPE
6、RIMENTALMETHODFINALRECORDTHEHIGHESTTEMPERATURE,FLOWFRONTTEMPERATURE,RESIDUALSTRESS,CAVITATIONS,WELDLINE,INJECTIONTIME,COOLINGTIMETHIS7OFPROCESSPARAMETERSTOANALYSISANDCOMPARETHETENDIFFERENTSTRUCTUREOFTHEPLASTICPENPOTBYTAKINGTHEPLASTICPENPOTSANEXAMPLE,THEPAPERELABORATESTHEDESIGNPROCESSOFTHESTRUCTURALD
7、ESIGNOFPLASTICPENPOTITPROPOSES10KINDSOFSTRUCTURALDESIGNPLANSMOLDFLOWSOFTWAREISAPPLIEDTOANALYZETHEMOLDINGQUALITYOFEACHDESIGN,ANDBASEDONTHEEVALUATIONRESULTS,THEOPTIMALSTRUCTURALDESIGNISFINALLYIDENTIFIEDSOWEMUSTSETOUTWEIGHTRATINGFORTHEHIGHESTTEMPERATURE,FLOWFRONTTEMPERATURE,RESIDUALSTRESS,CAVITATIONS,W
8、ELDLINE,INJECTIONTIME,COOLINGTIMETHIS7OFPROCESSPARAMETERSTOGRADETHETENKINDSOFSTRUCTURALDESIGNOFPLASTICPENPOTTHISPAPERWEMAINLYACCORDINGTOTHEIMPORTANCEOFTHE7PARAMETERSTOSETWEIGHTRATINGTHENGRADETO7PARAMETERSOF10KINDSOFSTRUCTURALDESIGNPLANSTHEHIGHERTHESCORE,THEBETTERTHESTRUCTURALDESIGNOFPLASTICPENPOTACC
9、ORDINGTOTHERESULTSOFTHEANALYSISTOADJUSTMENTTHEPROCESSPARAMETERSOFINJECTIONMOLDINGTOGETOPTIMIZATIONSTRUCTURALDESIGNPLANOFPLASTICPENPOTTHISMETHODAVOIDSTHEONESIDEDANALYSISTOTHEFACTORS,EFFECTIVELYSOLVESTHEPHENOMENONOFTHEPARAMETERSSETUNREASONABLEINTHEFORMINGPROCESS,ANDBASEDONTHEEVALUATIONRESULTS,THEOPTIM
10、ALSTRUCTURALDESIGNISFINALLYIDENTIFIEDKEYWORDSMOLDFLOWSOFTWARE；PROESOFTWARE；PLASTICPENPOT；STRUCTUREDESIGN。III目录摘要IABSTRACT错误未定义书签。目录III1绪论111研究背景及意义112概况及现状213发展趋势314研究的方法与技术路线315注塑成型件其产品常见的缺陷62结构设计1121笔筒结构设计要求1122设计不同结构的笔筒注塑件113材料的选择1431设计要求1432材料的选择144基于MOLDFLOW的注塑工艺模拟1641MOLDFLOW和MPI/FLOW模块分析过程164
11、2应用MOLDFLOW和MPI进行注射阶段流动分析的方法165结果分析2451结果分析项目2452权重设置2453设置权重256分析计算2761分析计算方法2762对各项进行评分2763计算各项的总分287对方案进行优化3071方案的缺陷3072进行优化318结论33参考文献34致谢错误未定义书签。11绪论11研究背景及意义塑料与钢铁、水泥、木材并称为四大工程材料。随着科学技术的进步，塑料的应用也愈加广泛1。塑料是一种用途广泛的合成高分子材料，在我们的日常生活中塑料制品比比皆是。从我们起床后使用的洗漱用品、早餐时用的餐具，到工作学习时用的文具、休息时用的座垫、床垫，以及电视机、洗衣机、计算机的
12、外壳，还有夜晚给我们带来光明的各种造型的灯具塑料以它优异的性能逐步地代替了许多已经使用了几十年、几百年的材料和器皿，成为人们生活中不可缺少的助手。塑料集金属的坚硬性、木材的轻便性、玻璃的透明性、陶瓷的耐腐蚀性，橡胶的弹性和韧性于一身，因此除了日常用品外，塑料更广泛地应用于航空航天、医疗器械、石油化工、机械制造、国防、建筑等各行各业。时间进入90年代，随着我国国民经济的快速增长，带动了塑料工业的增长。塑料机械产业有了明显的提高，这就促使了注塑产品的应用领域从一般的日用、民用行业向国民经济的所有部门发展，并且具高技术含量和高附加值的注塑产品的开发应用不断的增加，这就提升了我国注塑行业的整体水平。企
13、业技术装备、产品研发能力、产品应用范围和产品市场竞争的能力等方面与从前相比都有了较大的提高，使我国的注塑产品质量接近于港台同类产品的水平。2000年我国注塑产品消耗量约287万吨；其中农用注塑品占265万吨、储运包装注塑品占65万吨、建筑行业注塑管件占226万吨、工业配套注塑件占127万吨、日常用品注塑制品占1282万吨。我国的注塑行业主要生产配套产品，服务国民经济的各行各业，市场需求量非常大，到2000年我国家电行业中的冰箱、热水器、洗衣机、小家电等产品约需塑料配件产品50万吨；电子电器、电视机、电脑等产品约需塑料配件产品50万吨；250万辆汽车约需注塑配件30万吨；包装储运物流产品约需塑料
14、配件产品65万吨。东部沿海经济发达地区，由于经济增长速度很快，急需注塑产品的配套服务，这就促进了注塑行业发展1。近年来，中国塑料模具制造水平已有了很大的提高。已经能够生产单套重量达50T以上的大型塑料注塑模，精密塑料模具的精度已经可以达到2M，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已经可以能生产，高速模具方面已能生产挤出速度达6M/MIN以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等模具。在生产方式上，模具企业设备的自动化率已有了很大的提高，CAD/CAE/CAM技术被广泛的应用，模具标准件使2用覆盖率和模具商品化率
15、都有很大的提高，热流道模具的应用比例也有了很大的提高。除此以外，合资企业的快速发展进一步促进了塑料模具设计行业制造水平的提高和企业管理水平的提高，很多企业现在已经实现了信息化管理和全数字化无图制造。随着塑料工业的发展，愈来愈多的塑料产品应用于工程实际中2。要想获得高质量的注塑产品，就需要优秀的产品设计方案、高水准的模具以及优化的注塑成形工艺，这3个环节是缺一不可的。现在很多优秀的三维造型软件都已经可以实现产品的精确三维造型和模具的自动生成，例如PROE、UG等，而MOLDFLOW软件是注塑成形工艺方面的杰出代表2。MOLDFLOW软件是美国MOLDFLOW公司的产品，其软件包括三部分，其中一部
16、分是MOLDFLOWPLASTICSINSIGHT简称为MPI。用户可以利用MPI的技术在模具加工前用计算机对制件的几何形状、材料的选择、模具设计及加工参数进行优化，并可以模拟注塑成形的全过程，准确的预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制件中的应力分布，制件的收缩和翘曲变形等，以便及早发现问题，从而获得高质量的产品，缩短制模周期3，而且MOLDFLOW软件可通过模拟注塑成形的全过程来评估、改进和优化塑料产品特别是薄壁塑料产品的模具设计和成形参数的设置，这就使注塑阶段不必反复的试模，从而缩短新产品投放市场的周期并且降低了产品的制造成本4。此次设计的主要任务为利用MOLDFLOW软件对所设计笔筒注
17、塑件进行成型质量分析，并根据分析结果改进结构设计。使自己能够熟悉和掌握完整的注塑模具的流动分析过程，并通过流动分析结果优化注塑件结构的设计，为今后从事注塑制品及注塑模的设计优化打下基础。12概况及现状笔筒是中国古代重要的文房用具，一直深受文人墨客的喜爱。早在唐代就大量使用的笔船、笔床和笔格这些都是笔筒的前身。但是它们都有各自的缺陷。笔船和笔床虽说造型别致，但容量有限，使用起来也不太方便。到了明朝中晚期，文人的案头开始设置笔筒，因为笔筒搁笔方便，所以很快就风靡天下，并且一直流传至今。现代笔筒主要包括有塑料笔筒主要是PV之类比较具有韧性的材料。木制笔筒木制笔筒的材料几乎不限制，主要是考虑因素是脆度
18、不高，同样需要带点韧性的。金属笔筒金属笔筒主要是以马口铁为主，轻巧而不生锈。竹制笔筒这个很简单，制作工艺也比较简陋，主要是需要磨边的工艺而已。泡沫笔筒一般都是比较具有韧性的泡沫材料。木制笔筒和竹制笔筒基本是手工艺品，3整个过程都可以依靠手工完成。其他类型的笔筒则需要通过机器来完成，尤其是塑料和泡沫笔筒，很多个成形环节都需要机器来完成，唯独包装和修边的过程是手工可以参与的。但随着现代科技的发展，笔筒的形状也做的各式各样，花样百出，大多以塑料为主，所以就有了现在的塑料笔筒。塑料笔筒最大的特点就是生产快，花样多，外观新颖，价格便宜。13发展趋势随着塑料工业的发展，愈来愈多的塑料产品应用于工程实际中。
19、要想获得高质量的注塑产品，就需要优秀的产品设计方案、高水准的模具以及优化的注塑成形工艺，这3个环节是缺一不可的。现在很多优秀的三维造型软件都已经可以实现产品的精确三维造型和模具的自动生成，例如PROE、UG等，而MOLDFLOW软件是注塑成形工艺方面的杰出代表2。这些先进的的软件在笔筒行业中应用的越来越广泛。现在笔筒行业的发展中笔筒的设计越来越重要重要，设计决定着用料和生产的工艺，用料决定着耐用程度，生产则决定着实用，使用方便是笔筒的最大竞争点之一，所以设计笔筒一定要尽量个性化一点，多用用户角度出发。例如可以把企业的产品介绍；图案或广告语印制在笔筒上，又形成了一个广告笔筒，是各大中小企业提升企
20、业品牌知名度，提高企业文化形象的好产品。特别是在朋友相互串门，相互赠送，笔筒到哪，宣传就到哪，是室内外既经济又实惠的流动广告。把笔筒赠送给消费者，使企业的品牌就可以达到长期的宣传目的，收到意想不到的效果。14研究的方法与技术路线141MOLDFLOW简介及基于MOLDFLOW的注塑成型模拟利用注射成型CAE技术可以在设计阶段对制品设计和模具设计的方案进行评价，预测制品能够产生缺陷，修改设计从而获得最优的方案。MOLDFLOWINSIGHT软件就是一种在注射成型软件市场占有率最高、应用最广的CAE分析软件。使用MOLDFLOW的注塑成型模拟的优点有以下二点1塑料制品设计的优化优化设计塑料件的壁厚
21、、浇口位置和浇口数量、流道系统等等。这些因素对于塑料制品的外观结构和质量有很大的影响。以往塑料件的成型设计全凭产品设计人员的经验来设计，这需要耗费很多的人力物力，并且设计出的产品的质量也4不是十分的可靠，不成功的话还需要反复的试验，提高了产品的生产成本，增加了产品的生产周期。而利用MOLDFLOW软件，可以快速地设计出最优的塑料制品。节约了时间、降低了成本。2塑料模设计的优化由于塑料制品具有多样性、复杂性等特点以及设计人员经验上存在的局限性，传统的模具设计通常要经过反复试模才能成功。利用MOLDFLOW软件，可以对型腔尺寸、浇口位置及浇口数量、流道尺寸和冷却系统等进行优化设计，模拟注塑过程，减
22、少试模次数。3注塑工艺参数设置的优化由于设计人员经验上存在的局限性，设计人员很难准确地设置出制品最合理的工艺参数，选择合适的材料和确定最佳的方案。MOLDFLOW软件可以帮助设计人员确定最佳的注射压力、熔体温度、模具温度、锁模力、注射时间、保压压力和保压时间、冷却时间等工艺参数，从而注塑出最佳的塑料产品。在注塑成型过程中，塑料在型腔内的流动和成型，与材料的性能、制品的形状尺寸、成型压力、成型速度、成型温度、成型时间、型腔表面情况和模具设计等因素有关。因此，对一些形状复杂、精度要求和质量要求比较高的产品，即使是经验非常丰富的设计人员，也很难保证一次成功。所以，在模具基本设计完成之后，可以通过注塑
23、成型分析，发现设计中存在缺陷，从而保证产品设计的合理性，提高模具的一次试模的成功率，降低企业的生产成本。142MOLDFLOW简介及基于MOLDFLOW的注塑成型模拟MOLDFLOWINSIGHT软件是源于1978年澳大利亚皇家墨尔本技术学院的COLINAUSTIN开发出的流动分析软件；同一时期，美国康乃尔大学KKWANG（王国钦）教授主持了CIMP（CORNELLINJECTIONMOLDINGPROGRAM）项目，并于1986年成立ADVANCEDCAETECHNOLOGYINC销售CMOLD软件。2000年MOLDFLOW公司与美国ADVANCEDCAETECHNOLOGYINC进行了战
24、略性合并，并在美国纳斯达克上市，在技术上将两家公司的MOLDFLOW软件与CMOLD软件全面融合，在2001年推出MOLDFLOWPLASTICSINSIGHT30版本，使MOLDFLOW在全球注射成型CAE软件市场占有率大于80，成为领先全球注射成型CAE软件的公司。2008年MOLDFLOW公司并入全球最大的PC设计软件公司AUTODESK，在MOLDFLOWPLASTICINSIGHT62版本基础上，于2009年7月推出了最新的AUTODESKMOLDFLOWINSIGHT2010版本。MOLDFLOWINSIGHT2010软件是一款专业性模流分析软件。它可以在计算机上模拟5整个注塑成型
25、过程，包括填充、最佳浇口位置和数量、流道平衡、保压、冷却、翘曲、最佳成型工艺、结构应力和收缩分析等。MPI是MOLDFLOW一个系列的升级产品，是更为深入的塑料制件和模具设计分析的软件，它具有十分强大的分析功能、可视化功能以及项目管理工具。这些功能可以使设计人员进行更深入的分析和优化。MPI软件可以对塑料制件的几何形状、材料选择和工艺参数设置进行优化。它可以模拟大部分的热固性塑料和热塑性塑料在注射成型过程中的制造工艺。简单地说就是它可以模拟注射成型过程中的充填阶段、保压阶段以及冷却阶段，同时能够准确预测出塑件成型后出现的缺陷和缺陷的位置，如塑件熔接痕的出现位置等。运用MPI进行分析，在设计时就
26、可以预测出成型产品有可能出现的缺陷和所出现缺陷的位置，大大提高了产品一次试模的成功率，从而降低乐产品的制造成本，缩短了产品的生产周期4。MOLDFLOW软件可以模拟整个注塑过程以及这一过程对注塑成型产品的影响。其软件工具中融合了一整套设计原理，可以评价和优化组合整个过过程，可以在模具制造之前对塑料产品的设计、生产和质量进行优化。143基于MOLDFLOW的注塑成型过程模拟MOLDFLOW的MPI/FLOW模块将注塑成形过程从塑料件、模具的设计到工艺参数的设定一体化,它的分析过程如下1431几何建模为了充模阶段计算,就要给出一个求解区域。这个求解区域就是一个被确定的空间范围,在这个范围内建立数学
27、模型并进行求解。然而在MOLDFLOW软件内建模,也可以通过MOLDFLOW的输入接口输入其他软件的模型文件来建模。1432网格划分析所要分析的模型的网格划分和网格修改是MPI分析前处理中最重要的环节，同时也是最复杂、最麻烦的环节，需要我们认真仔细地进行处理，这与其他内容的有限元分析是一致的。并且网格划分的合理性，会直接影响到产品的最终分析结果。MOLDFLOW软件可以根据几何模型自动地生成网格。只需要输入模型进行划分网格操作,系统就可以自动进行网格划分，非常的简单、方便。1433浇口位置及数量的确定在MOLDFLOW中，系统从产品上进浇点开始分析熔融塑胶在型腔内部的流动性为。熔融塑胶在型腔内
28、的流动形态在很大程度上决定了产品的成型质量。在产品造型和成型材料既定的情况下，合理的进浇位置是决定熔融塑胶在型腔内流动6形态的关键因素。如果要成型质量优质的产品，就必须在产品上选择最佳的进浇位置。最佳的进浇位置可以保证平衡的流动路径和均匀的压力分布。合理地选择浇口的数量与浇口的位置可以使注射压力和保压压力有效的传递，达到预期的产品成型效果。MOLDFLOW软件可以根据塑件模型的几何形状及相关材料参数、工艺参数分析出最佳的浇口位置。设计人员可以在设置浇口位置时进行浇口位置分析,根据MOLDFLOW软件分析出的结果设置最佳浇口位置,这就避免了由于浇口位置设置不合理可能引起的制件缺陷。1434材料及
29、工艺参数设置根据材料的特性向用户推荐成型工艺条件，对用户分析分析工艺条件具有一定的参考价值。推荐工艺成型条件参数包括推荐的模具温度、熔料温度、熔料温度范围、模具温度范围、顶出温度和材料的剪切应力和剪切速率等。所以在使用MOLDFLOW进行分析前,我们必须首先选定材料,然后在根据MOLDFLOW推荐的工艺参数进行适当的设置。1435实验结果分析根据以上步骤得出试验结果，并对试验结果进行分析，最后得出结论5。15注塑成型件其产品常见的缺陷注塑成型过程中产品所出现的缺陷是由各种各样的原因所造成的，包括材料、模具工艺参数到成型设备等在内的很多因素都对塑料制品的质量有着直接或间接的影响，这是一个综合的因
30、素的影响。注射成型质量包括内部质量和外部质量两方面。内部质量也叫性质质量，它包制品内部的组织结构形态如结晶和取向、制品的物理力学性能和熔接线强度，以及与材料收缩有关的制品尺寸和形状精度；外部质量主要指的就是表面质量，它包括表面粗糙度和可观查到的缺陷状况等。最常见的表观缺陷有缩孔、银纹、流纹、暗纹、暗斑、气孔、凹陷、白、烧焦、剥层、变形翘曲、没有光泽、浇口裂纹、颜色不均、表面龟裂以及溢料飞边等。然而内部质量和外部质量之间并不是互相独立没有关系的，比如，制品表观的凹陷和缩孔通常就是由于塑料内部收缩不均所造成的结果。注塑成型过程中塑料需要经过受热软化、熔融、注塑、保压和冷却定型这五个阶段的物理变化过
31、程。塑料内部会产生大分子定向、结晶以及残余应力等现象。注射成型过程中的成型条例如注射速度、料筒温度、注射压力、注射量、锁模力、螺杆背压、掸具温度的选择不合理或者模具自身存在的缺陷，因而会使注塑产品出现很多不良现象和缺陷。注塑产品出现的缺陷种7类有很多，而在实际生产中，主要考虑气穴、熔接痕、最高温度、冷却时间等几种重要的因素，本文主要针对这些因素进行考虑的，并针对这几种主要缺陷的特征、产生原因进行分析并提出了预防和解决措施。本次分析我们主要通过研究最高温度、流动前沿温度、残余应力、气穴、熔接痕、注射时间、冷却时间这七项工艺参数来分析笔筒的优劣性。151最高温度注塑时制品的最高温度。从实际注塑成型
32、方面考虑，最高温度主要是受到注塑机料筒温度的影响，注塑机料筒温度越高注塑机消耗的电能也就越多，这样会增加注塑的成本，所以从控制成本方面考虑要控制最高温度。152流动前沿温度的温差流动前沿温度反应制品的温度分布的合理性。如果分布均匀，则说明合理，反之则不合理。如图11。图11流动前沿温度153残余应力残余应力是导致制品变形的重要原因。注塑件中存在3种残余应力1）与骤冷应力伴生的残余应力；2）冻结分子取向；3）构型体积应变。有时骤冷应力会通过制品中产生的气泡或凹痕而自行消除，另外也可以通过8热处理来消除。构型体积应变只有通过热处理才可以消除，这常常是不现实的，且在许多实际情况下并不重要。冻结分子取
33、向大部分产生于“保压”阶段，若使保压时间减少至最小会使冻结分子取向大为减少。减少冻结分子取向的数值有降低模制产品“银纹”的趋势，从而改善尺寸热稳定性，制造出力学性能更稳定的产品。154气穴气穴是在成型制品内部所形成的空隙，它主要影响制品的外观和强度。图12气穴根据气穴形成的原因，可以把它分成两类由于排气不良等原因造成熔体中的水分或者挥发成分被封在成型材料中所形成的气泡。由于熔体冷却固化时体积收缩而产生在塑件厚壁或凸台、加强筋等壁厚不均匀处的气泡。气穴产生的原因和相关的解决方法。1注塑的工艺不当注塑工艺参数对气穴的产生有直接的影响。如，注射速度过快、注射时间和周期太短、注射压力太低、加料不合理、
34、保压不足、冷却不均匀或冷却不足，以及模温和料温控制不当，都会引起塑件内部产生气穴现象。针对这些情况，可以通过调整注射时间和保压时间、加强冷却效果、调整进料量等方法来避免产生气穴。2模具的缺陷模具方面存在缺陷同样会造成气穴现象，比如浇口位置不合理、浇口截面太小、流道过于狭长、流道内存在住气死角以及模具排气不良等。针对上述原因，应该主要考虑调整模具的结构，将最佳浇口位置放在塑件厚9壁处；增大浇口截面；减少狭长的流道；消除流道中的住气死角；改善模具排气状况。3注塑的原料不符合要求在有可能产生气泡的情况下，就要充分的干燥原材料，降低水分含量，适当降低料温防止熔体热分解，减少原材料中的挥发成分。155熔
35、接痕熔接痕影响制品的外观和强度，产生熔接痕的原因有熔体流动性不足，料温较低；塑料制品的结构设计不合理等。（1）熔体的流动性不足，料温过低在温度较低的情况下，聚合物熔体的流动性、汇合性会降低，很容易出现熔接痕现象。针对这个原因，我们可以适当的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，保证较高的模温。（2）塑料件的结构设计不合理塑件薄壁、厚薄相差太大或者是镶嵌件过多都有可能产生熔接痕现象。在熔体冲模的过程中，因为薄壁位置充模的阻力比较大，所以熔体分流总是在薄壁处汇合，并产生熔接痕现象。并且，熔接痕部位的强度会降低，会导致塑件在薄壁处有可能出现断裂现象。针对这个现象，在设计人员在设计过
36、程中，要保证塑件壁一定的壁厚，并且尽量保持塑件壁厚的一致性。通过MOLDFLOW软件分析的结果可以提前预知熔接痕的发生位置，以采取相应措施来防止熔接痕的发生。如图13所示笔筒上的熔接痕。图13熔接痕156注射时间在MOLDFLOW系统中注射时间一方面是注射速度的一种表示方法，另一方面10也是注射时间本身的表示。这里我们所说的注射时间是记录分析过程中实际的注射时间，因此，注射时间对注塑成型结果的影响主要关系到产品的成型周期。157冷却时间冷却时间主要取决于塑料产品的壁厚、模具的温度、塑料的热性能和结晶性能。冷却时间一般约为30S120S。冷却时间较短，将很难达到理想的冷却效果；冷却时间较长时，则
37、会增长成型周期，有时还会造成产品脱模困难。冷却时间的长短通常以保证产品脱模时不引起变形为原则。冷却时间差值也要尽量的小，实现均匀冷却6。112笔筒结构设计21笔筒结构设计的要求塑料制品的结构基本上由功能结构、工艺结构及造型结构这三部分组成的。这三部分中功能结构设计是核心，工艺结构设计和造型结构设计是在满足功能结构设计的基础上进行的。当制品在尺寸方面比例失调（例如厚度与长度不成比例），或是塑料制品形状复杂并且成型面积较大时，在注塑成型过程中熔体很容易出现在塑件的薄壁处流动受阻，因而出现填充不足的现象。所以在设计塑件的形体结构时，应该注意塑件的厚度与熔体充模时的极限流动长度的关系。在注塑成型中对塑
38、料件壁厚也有一定的要求，塑料件的厚度一般为13MM，大型塑料件的厚度为36MM，通常塑料件厚度超过8MM或小于05MM都是对注塑不利的。功能结构设计的核心是要保证制品使用功能的实现，在充分分析制品功能的基础上，来确定制品的整体结构、材料、几何形状、几何尺寸以及强度要求等。制品的结构、形状，在满足其功能要求的前提下，尽量使制品简洁、明了、可靠7。22设计不同结构的笔筒注塑件要想得到高质量的注塑产品，就需要优秀的产品设计、高水准的模具和优化的注塑成形工艺，这3个环节是缺一不可的。现在已经有很多优秀的三维造型软件可以实现产品的精确三维造型，例如PROE、UG、CAD等三维造型软件，本次我采用PROE
39、作为笔筒设计的主要绘图软件。221PROE简介PRO/E是PRO/ENGINEER的简称，更常用的简称是PRO/E或PRO/E，PRO/E是美国参数技术公司（PARAMETRICTECHNOLOGYCORPORATION，简称PTC）的重要产品，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。20世纪90年代以后，参数化造型理论已经发展为CAD技术的重要基础理论。使用参数化思想建模简单方便，设计效率高，期应用日趋广泛。美国PTC公司率先使用参数化设计思想开发CAD软件，其主流产品就是PRO/E。PRO/E作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的模具和产品
40、设计三维CAD/CAM软件之一。12PRO/E是新一代的产品设计制造系统，它支持由设计到生产的全过程。PRO/E是由众多功能完善、相对独立的功能模块组成的，每一个模块都有自己独特的设计功能，这一点有点像OFFICE办公套装软件。用户可以根据自身需要来调用其中的一个模块来进行设计，各个模块创建的文件有不同的文件扩展名。PRO/E采用的模块方式可以分别进行草图绘制、创建三维实体模型、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。本次笔筒设计所用到的是创建三维实体模型这个模块8。创建三维实体模型是使用PRO/E进行产品设计和开发的主要目的，因此零件模块也是参数化实体造型最近
41、本和最核心的模块。使用PRO/E软件进行三维模型创建的过程实际上就是使用零件模块依次创建各种特征的过程。222笔筒模型设计本次设计选用了底面形状为圆形、圆柱、长方形、正方形、正六边形、正八边形、圆槽、竹节形、双孔和花形的十种完全对称模型作为基本结构，共设计了10种比较常见的笔筒结构。然后使用PRO/E画出这10种笔筒结构的零件图。如图21圆形圆柱八边形13六边形正方形长方形圆槽四半圆竹节形双孔图21PRO/E笔筒零件图143笔筒材料的选择31笔筒设计要求本次设计的制品是薄壁塑料笔筒，薄壁塑料笔筒属于中等大小的塑料件，对于强度的要求不是很高。所以设计的基本要求如下1一般要求在22左右的温度下，从
42、08M高的地方自由落体掉到水泥地面上不会出现破裂现象。（2）塑料笔筒的寿命要大于4年。32材料的选择通过对各种常用塑料材料的比较，最终选定ABS塑料作为此次设计的笔筒所使用的材料。牌号为CYCOLOYC2950的ABS材料的信息如下1）牌号CYCOLOYC2950。2）制造商GEPLASTICSUSA。3）材料名称缩写ABS。4）材料类型无定型材料，也就是非结晶型材料。5数据来源NONCONFIDENTIAL。6）纤维/填充物未填充。321ABS简介ABS树脂塑料（丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物，ABS是ACRYLONITRILEBUTADIENESTYRENE的首字母缩写）是丙烯腈（ACRYLON
43、ITRILE）、1,3丁二烯（BUTADIENE）、苯乙烯（STYRENE）三种单体的接枝共聚物。ABS树脂塑料的分子式可以写为（C8H8C4H6C3H3N）X，但实际上往往是含丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈苯乙烯共聚物的混合物，其中，丙烯腈占1535，丁二烯占530，苯乙烯占4060，三种物质的最常见的比例是ABS203050。ABS塑料的成型温度为180250，但是最好不要超过240，因为但温度达到240时树脂会出现分解的现象。牌号为CYCOLOYC2950的ABS材料推荐成型工艺条件1）模具表面温度70。2）熔体温度275。3）模具温度范围（推荐）6080。154）熔体温度范围（推荐）255
44、295。5）绝对最大熔体温度315。塑料在填充过程中超过这个温度就会发生降解。6）顶出温度113。产品在型腔内降到这个温度时强度已经足够高，可以开模顶出。7）最大剪切应力04MPS。熔体受到的剪切力不宜超过该塑料能承受的最高剪切力。8）最大剪切速率40000S1。熔体的剪切速率不宜超过塑料能承受的最高剪切速率。322ABS的基本特征ABS塑料呈浅象牙色，树脂外形为粒状或珠状。它对水、无机盐、酸、碱呈较稳定的状态，不溶于大部分醇类和烃类溶剂。吸水率很低。ABS塑料耐磨性很好，摩擦系数较低，但没有自润滑作用。它具有极好的低温性能，在40的低温下仍表现出良好的韧性。ABS的分子结构和微观结构复杂，使
45、它不易结晶而呈无定形状态，因而具有低的熔体黏度、低的收缩率和良好的成型性。此外它的绝缘性能也很好。它还具有很好的电镀性。此外ABS塑料无毒，在接触中对人体没有有害作用。由于ABS塑料具有以上这些特点，符合笔筒设计的要求，所以ABS塑料很适合作为此次笔筒的成型材料。164基于MOLDFLOW的注塑工艺模拟41MOLDFLOW和MPI/FLOW模块分析过程MOLDFLOW和MPI/FLOW模块将注塑成型过程从塑件、模具的设计到工艺参数的确定结合为一体，它的分析过程如图41所示。图41MOLDFLOW的MPI/FLOW模块分析流程图由于此次的设计的产品笔筒为薄壁实体，对薄壁实体需要使用MPI的FUS
46、ION模块，FUSION模块是基于MOLDFLOW软件的独家专利的DUALDOMAIN分析技术，DUALDOMAIN分析技术可以使用户直接进行薄壁实体模型分析。这将原来需要几个小时甚至几天的建模工作缩短为几分钟，并且无需进行中型面网格的生成和修改。大大方便了我们的分析。42应用MOLDFLOW和MPI进行注射阶段流动分析的步骤421几何建模首先将PRO/E所画出的的笔筒零件图在PRO/E中保存副本中将文本的格式改成“STL”格式。将改好成“STL”格式的文件导入MOLDFLOW软件中。如图42给出的完全对称的圆形几何模型。17图42完全对称的圆形几何模型422网格划分所要分析的模型的网格划分和
47、网格修改是MPI分析前处理中最重要的环节，同时也是最复杂、最麻烦的环节，因此需要我们认真仔细地进行处理，这与其他内容的有限元分析是一致的。并且网格划分是否合理，将直接影响到到产品的最终分析结果。MOLDFLOW软件可根据几何模型自动的生成网格。只要在菜单栏中单击网格菜单，选中网格菜单中的生成网格命令，设定好对应的全局网格边长就可以立即自动生成网格。在通常情况下，MPI软件的自动网格系统会给出一个推荐的网格大小值，但是在某些情况下系统推荐的值可能并不适合。此时就需要设定网格边长，网格边长最好是产品最小壁厚的115倍，这样就能够基本保证分析的精却度。当然了，网格大小越小分析的精度就越高，但是模型修
48、改的的复杂程度和系统的计算量都会大大的提高。生成网格后要对网格的状态进行统计，选择网格统计要确保网格的纵横比的最大值控制在1020之间，最好是小于6。网格匹配率应大于85，计算能够顺利进行且结果精度高。否则要对网格的纵横比进行诊断来将纵横比和匹配率控制在合理范围内。如果要提高匹配率，最佳的处理方法就是修改网格边长，网格平均边长越小，网格精度越高，匹配率也越高。网格的纵横比诊断主要通过合并节点，交换边来完成。18423浇口位置及数量的确定在MOLDFLOW中，系统从产品上进浇点开始分析熔融塑胶在型腔内部的流动性为。熔融塑胶在型腔内的流动形态在很大程度上决定了产品的成型质量。在产品造型和成型材料既
49、定的情况下，合理的进浇位置是决定熔融塑胶在型腔内流动形态的关键因素。如果要成型质量优质的产品，就必须在产品上选择最佳的进浇位置。最佳的进浇位置可以保证平衡的流动路径和均匀的压力分布。合理地选择浇口的数量与浇口的位置可以使注射压力和保压压力有效的传递，达到预期的产品成型效果。MOLDFLOW软件可以根据模型的几何形状和相关的材料参数、工艺参数分析出最佳的浇口位置。因此我们可以在设置浇口位置之前首先利用MOLDFLOW的GATELOCATION功能进行最佳浇口位置的自动分析，根据这个分析得出的结果来设置浇口位置，这样就避免了由于浇口位置设置不合理所引起的笔筒塑料件缺陷。4231浇口位置的确定最佳浇口位置分析可以找出产品上的最佳进浇位置。如果产品上没有设定进浇点，在选定了塑料材料的情况下，最佳浇口位置分析会产生一个最佳浇口位置；如果产品上已给出一个或多个浇口位置，在选定了塑料材料的情况下，最佳浇口位置分析会在现有的浇口位置布局下产生一个最佳进浇位置，以满足产品整体充填平衡。如果采用多点进浇，可以依产品的几何形状现在适合的位置确定出一个浇口，在多次利用最佳浇口为分析功能依次找出其他可以满足流动平衡的浇口位置。首先在设置分析顺序中选中“浇口位置”选项，然后选择“立即分析”，等待分析结果，分析结束后，如图43显示。19图43最佳浇口位置由图3可知蓝
