1、本科毕业论文（20届）基于正交实验的注塑件成型工艺参数优化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摘要本文阐述了注塑模技术发展概况及其趋势、注塑成型概况、注塑成型及其产品常见的缺陷、注塑产品成型工艺参数优化的概念及研究现状、MOLDFLOW简介及基于MOLDFLOW的注塑成型模拟、正交实验法（TAGUCHI法简介以及制品表面缩痕最小化设计。主要包括国内学者在该领域所做的研究；优化设计中所涉及的设计方法，采用正交试验法和MOLDFLOW仿真模拟实验相结合，对CASIO学生用计算器上壳的表面缩痕作了多成形工艺参数综合影响分析，用比较少次数的仿真实验获得了能基
2、本反映全面情况的试验资料，并研究不同成形工艺参数对注塑过程制品表面缩痕指标的影响程度，给出了基于制品表面缩痕最小的最佳浇口位置分析和最佳成型工艺参数的方法。从而得到一组比较合理的注塑成型工艺参数，避免了各因子单独分析的片面性，有效地解决了以前注塑成型工艺参数设置不合理的现象。根据这些研究，在进行模具设计时，可以提高试模的成功率，可以加快模具的开发进度，缩短产品的开发周期，进而提高企业产品的竞争力。关键词正交实验；MOLDFLOW仿真；质量分析；参数优化；缩痕最小化IIABSTRACTTHISPAPERISMAINLYABOUTTHETHEPROFILEANDTENDENCYOFINJECTIO
3、NMOULDTECHNOLOGY,PROFILEOFINJECTIONMOULDING,COMMONDEFECTSOFINJECTIONMOULDINGANDITSPRODUCTS,THECONCEPTANDRESEARCHSTATUSOFOPTIMIZATIONOFPLASTICSINJECTIONMOLDINGPROCESSINGPARAMETERS,BRIEFINTRODUCTIONTOMOLDFLOWANDSIMULATIONOFINJECTIONMOULDINGBASEDONMOLDFLOW,BRIEFINTRODUCTIONTOTAGUCHIANDTHEDESIGNOFMAKING
4、THESINKMARKSONTHESURFACEOFPRODUCTSSMALLESTINCLUDINGTHESTUDIESOFDOMESTICSCHOLARSINTHISFIELDTHEDESIGNPROCEDURESINOPTIMIZATIONDESIGNISTHECOMBINATIONOFORTHOGONALDESIGNANDMOLDFLOWSIMULATIONEXPERIMENTS,WHICHUSEDTOANALYSESTHECOMPREHENSIVEINFLUENCESOFMANYMOULDINGTECHNOLOGICALPARAMETERSTOTHESINKMARKONTHEHULL
5、OFCASIOSTUDENTCALCULATORTOGETTHEINFORMATIONWHICHCANREFLECTTHEWHOLESITUATIONFROMLESSSIMULATIONEXPERIMENTSTOSTUDYTHEINFLUENCEDEGREEOFDIFFERENTTECHNOLOGICALPARAMETERSTOTHESINKMARKSONTHESURFACEOFPRODUCTSINTHEINJECTIONPROCESSTOGETTHEOPTIMUMGATELOCATIONANALYSISANDTHEOPTIMUMMOLDINGTECHNOLOGICALPARAMETERSPR
6、OCESSTHEREBYTOGETASERIESOFLOGICALINJECTIONMOULDINGTECHNOLOGICALPARAMETERS,AVOIDINGONESIDEDNESSOFANALYSINGTHEFACTORSSEPARATELY,ANDSOLVETHEPROBLEMOFINSTALLINGILLOGICALINJECTIONMOULDINGTECHNOLOGICALPARAMETERSBEFOREEFFECTIVELYACCORDINGTOTHESTUDY,THEDEVELOPPROGRESSOFMOULDCANIMPROVETHESUCCESSRATESOFTESTMO
7、LDANDCANBESPEEDUP,THECONSTRUCTIONCYCLEOFPRODUCTSCANBESHORTENANDTHECOMPETITIVENESSOFENTERPRISESPRODUCTSCANBEIMPROVEDKEYWORDSORTHOGONALDESIGNMOLDFLOWSIMULATIONQUALITYANALYSISPARAMETERSOPTIMIZATIONMAKETHESINKMARKSSMALLESTIII目录摘要I目录III1绪论111注塑模技术发展概况及其趋势112注塑成型介绍2121注塑成型（INJECTIONMOLDING）2122注塑成型过程3123注
8、塑成型三要素413注塑成型及其产品常见的缺陷6131气穴6132熔接痕7133凹陷及缩痕7134欠注814注塑成型工艺参数优化研究现状815本文研究的意义92研究方法1121MOLDFLOW简介及基于MOLDFLOW的注塑成型模拟11211MOLDFLOW公司及软件简介11212MOLDFLOW软件在注射模设计中的作用12213基于MOLDFLOW的注塑成型模拟1422正交实验法TAGUCHI法简介163缩痕最小化设计1831最优浇口位置分析1832表面缩痕位置分析2033正交仿真试验21331试验指标的确定21332设计变量及其取值范围的确定21333确定影响缩痕指标的因子和水平22IV33
9、4正交表选用2334成形工艺参数对缩痕指数的影响分析2435优化结果检验254实验结论265结束语28参考文献30致谢错误未定义书签。1绪论11注塑模技术发展概况及其趋势当今生活中，模具在各行各业，各方各面中，例如汽车、拖拉机、飞机、家用电器、工程机械、冶金业、机床、武器、工业仪器仪表、轻工业、五金等制造业中，起着极为重要的作用。模具是实现上述行业的各种工艺件，如钣金件、锻件、压铸件、注塑件、橡胶件和等生产的重要工艺设备。用模具生产的毛坯零件或者成型零件，是材料成型的重要方法之一，具有材料利用效率高、能量消耗低、产品的性能好、生产的效率高和消耗成本低等一些显著的优点。在信息社会和经济全球化不断
10、发展的进程中，模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展是模具行业主要发展趋势。伴随着产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。未来我国模具的10大发展趋势是1整个模具行业势必越来越大型化发展。2行业对模具的精度要求也是越来越高。十多年前的精密模具的精度一般是5UM，而现己经达到了23UM，1UM的精度的模具也将上市。3多功能的模具将会有进一步的发展。新型的多功能复合模具冲压成型零件除外，还有铆接、叠压、锁紧、攻丝等一系列组装任务。4以塑料代钢材、以塑料代木料的
11、进程进一步加快，塑料模具的比例又相当大的提高。5快速经济模具的前景市场很大。6各种的标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大减少模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。7随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等高级工艺的模具也将会有春天。8随着电机和车辆等产品向轻量化发展趋势，压铸模的比例将不断增大。同时这对压铸模的寿命和复杂程度等提出越来越高的条件。9热流道模具在塑料模具中的应用率也将逐步地提高。210模具的技术含量包括设计技术，工人的操作技术，模具的保养等，这些相关的都将会有更高的要求。注塑模技术是包含在整个模具行业中的。近年来，国内塑料
12、模具发展速度极为迅速，国内模具工业产值中塑料模具所占比例也是不断增加。有专业分析认为，我国塑料工业的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，当然，这是必须的。国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中工程塑料模具是发展重点。有相关数据表明，前几年仅仅就汽车行业就需要各种各样塑料制品36万吨；空调、洗衣机和电冰箱等产品的年产量都超过了1000万台；彩色电视机的年产量也已经超过了3000万台；2010年，在建材行业里，塑料门窗的普及率已经达到了30，塑料管的普及率更是达到了50。以上种种都会使得人们对塑料模具需求量的大大的增加。据有关统计显示，家庭电器行业所需模具量年增长率约为10。一台电冰箱约需
13、模具350副，其价值约4000万元；一台全自动的洗衣机约需塑料模具200副，价值3000万元；一台家用空调仅仅塑料模具就有大约20副，价值大约150万元；单台彩色电视机大约共需模具140副，价值大约700万元，仅彩色电视机模具每年就有约28亿元的市场。而中国国内还有更多其他产业也是像家电行业一样的。据此，业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理主要针对薄壁制品的注塑模具将得到市场的欢迎。但是我国大型精密模具的制造能力不足。原因也在于没有在实际生产前进行比较好的仿真模拟实验。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将会有更进一步的提高。1212注塑成型介绍121注塑成型（INJECTIONM
14、OLDING）注射成型是指有一定形状的模型，通过压力将融溶状态的胶体注入摸腔而成型，工艺原理是将固态的塑胶按照一定的熔点融化，通过注射机器的压力，用一定的速度注入模具内，模具通过水道冷却将塑胶固化而得到与设计模腔一样的产品。注射成型过程大致可分为以下7个阶段依次是合模、塑化、填充、保压、冷却与固化、开模顶出合模、制品取出。注塑机上对制品的住宿成型是一个周期性的过程。注射过程的熔体温度、3时间顺序、注射压力和合模力等都是循环重复的周期性变化的。122注塑成型过程注塑成型过程中塑化、填充、保压、冷却与固化、开模顶出合模这五个依次的阶段是极为重要的过程，而且工艺参数在这五个阶段中起着非常重要的作用，
15、他们也随着整个注塑成型过程中的变化而变化着。下面对五个过程做比较具体的讲述1塑化阶段塑化是指塑料在料筒内经加热达到良好可塑性的流动状态的整个过程。熔体在完全进入型腔之前必须达到规定的成型温度，不同的材料有不同的成型温度。该段是挤出成型的主要阶段，为了便于研究和控制挤出过程，按照塑料物态连续变化的过程，又将塑化阶段分为三个阶段加料段（又叫破碎段）、熔融段（又叫塑化段）、均压段（又叫均化段）。根据不同的塑料品种、不同的厂家材料对塑化温度要求的不同，这三段的温度控制是影响挤出产品质量的关键。塑化温度要比较均衡，在生产中要尽量发生热分解以保证不打断正常的生产。2填充阶段塑化好的熔体被柱塞或螺杆挤至料筒
16、前端，进入并填满腔。型腔填满之后，熔体仍然处于疏松状态，约需占制品重量15的熔体继续被压入型腔内进行补充。填充阶段开始于螺杆或者柱塞向前移动，停止于型腔被塑料熔体充满。整个填充过程中熔体温度、注射速度、注射压力三者是非常重要的因素。塑化温度在一般情况下略高于熔体温度，实际上由于起作用的是熔体温度，因此一般把熔体温度作为其中一个工艺参数。熔体流动性能的好坏决定于熔体温度的高低。如果熔体温度够高，熔体的粘度就小，导致流动性能就好，因此所需要的注射压力就会小。但是如果熔体的温度太过高就会引起材料的降解，导致材料的性能降低，更严重的甚至材料报废。注射速度对充模、熔体的流动及制品质量也有很直接的影响。如
17、果注射速度太小，填充的时间就会延长，因此先进入型腔的熔体就会冷却，局部凝固，导致粘度增大，后来注射的熔体就需要在更高的压力下才能进入型腔，情况严重的，甚至有可能注射不进去，出现短射；反之，如果使熔体通过喷嘴、主流道、分流道和浇口的时时候产生比较多的摩擦热从而使熔体的温度升高，熔体的粘度就小，使得流动阻力相对降低，提高流动性能。但是温度升得太高的话，容易在型腔内引起喷射流动，会导致制品质量变差，同时如果排气不良的话，4还可能会因为压缩气体放热而使得制品灼伤。熔体在整个注塑成型过程中的流动阻力主要是通过注射压力克服的，注射压力同时还对熔体起到一定程度的压实作用。，注射压力太大，就有可能出现溢料等一
18、些不良现象，同时会引起较大的压力波动，使不能够稳定控制生产操作反之，如果注射压力太小，熔体就会很难充满型腔。所以只要能在合适的注射压力下才能保证熔体在注塑过程中能够完全填充，同时又保证了制品的质量。3保压阶段保压阶段指在模具中熔体冷却收缩时，我们继续保持施压状态，柱塞或螺杆迫使浇口附近的熔料不断补充到模具中，使型腔中的熔体塑料可以成型出形状完整并且致密的注塑制品。保压阶段中，保压压力对注塑件的成型也有非常直接的影响。如果保压压力太低，补缩流动受浇口摩擦阻力的限制而使得不容易进行，型腔压力会因为补料不足而快速的下降；保压压力太高可能会产生溢料，增加内应力等等。若要减少制品的收缩率，延长保压时间，
19、可以减少制品的收缩率。但是如果保压时间太过长的话，会使制件上的收缩程度出现各种差异，导致制件各个不同方向上的内应力会有各种各样的差异，便会造成制品发生粘模和翘曲等现象。反之，如果保压时间太少，可想而知，型腔内熔体可能会出现倒流现象从而造成型腔内的压力快速的下降，导致注射失败。4冷却阶段冷却阶段指当浇注系统的熔体塑料已经冻结后，用冷却油、水、空气等使模具冷却到一定程度。当模具冷却到一定程度后，注塑件具有一定的刚度和强度，可以便于脱模。冷却阶段从浇口的塑料完全冻结时算起，直到制品从型腔中顶出后停止。冷却阶段中的重要工艺参数是冷却时间S。根据理论和经验，为了保证制品的质量，就应当尽量缩短冷却时间，不
20、然，复杂几何形状的制品可能会出现脱模困难的现象，还会导致制品的成型周期延长，生产效率降低。5开模顶出合模开模顶出合模是整个注塑过程最后一个阶段。随着聚合物温度的降低模腔压力也随之降低，当压力降到一定程度后，而且模具中的高分子材料充分冷却以后，模具就可以打开，固化成型的制品就能被顶出来，接着模具可以再次合上，这也是下一个周期的注塑过程的开始。如此周期循环进行。34123注塑成型三要素5注塑成型属于是一门工程技术，它所涉及的内容是把熔体塑料转变为有用的并能保持原有性能的塑料制品，可以说是在不改变本身性质的前提下改变塑料的型状。影响塑化流动和冷却的温度，压力和相应的各个作用时间等是注射成型的重要工艺
21、条件。温度控制1料筒温度料筒温度，喷嘴温度和模具温度等都是注射模塑过程需要控制的温度。料筒温度，喷嘴温度两者主要影响塑料的流动和塑化，而模具温度主要是影响塑料的流动和冷却。每一种塑料的流动温度都是不同的，对于同一种塑料，由于来源或者牌号的不同，其流动温度和分解温度是有差异的，这是因为他们的平均分子量和分子量分布不同所导致，而且同一种塑料在不同类型的注射机内的塑化过程也是不同的，所以选择料筒温度也是不一样的。2喷嘴温度通常来说喷嘴温度通是略低于料筒最高温度的，这样能够防止熔料在直通式喷嘴可能发生的“流涎现象”。当然喷嘴温度也不能太低，不然将会造成熔料的早凝而将喷嘴堵塞住，或者由于早凝料注入模腔从
22、而影响塑料制品的质量。3模具温度塑料制品的内在性能和表观质量由模具温度造成的影响很大。模具温度的高低决定了制品的尺寸与结构、塑料结晶性的有无、性能要求以及熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等工艺条件。压力控制塑料的塑化和塑料制品的质量受到注塑过程中压力包括注射压力和塑化压力两者的直接影响。1塑化压力在注射过程中，塑化压力的大小是随着螺杆的设计、塑料制品质量的要求以及塑料材料的种类改变而改变的，如果说上述情况和螺杆的转速都不发生改变，增加塑化压力会使剪切作用加强，即熔体的温度会有提高，但是会减小塑化阶段的效率，增大漏流和逆流，增加驱动的功率。另外，通常增加塑化压力能使熔体的温度均匀，色料的混
23、合均匀并且能够排出熔体中的气体。在一般操作中，在保证塑料制品质量良好的前提下，塑化压力越小越好，不过它具体数值是随所用塑料的品种不同而不一样的，不过常规情况下很少会超过20KG/CM2。2注射压力在当前的生产中，几乎全部的注射机的注射压力都是由柱塞或螺杆顶部对塑料所施的压力（由油路压力换算来的）为准的。注射压力在整6个注塑成型中所起到的作用是给予熔体塑料充模足够的速率，克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动的阻力以及对熔体塑料进行压实。注射成型周期注塑机完成一个塑件所需的全部时间称成型周期，也称模塑周期。劳动生产率和设备利用率直接受到成型周期的影响。因此，在整个生产过程中，应该在保证制品质量的前提条
24、件下，尽可能的缩短成型周期中各个有关时间。在整个成型周期中，最重要的是注射时间和冷却时间两者，它们两者对制品的质量均有着决定性的影响。13注塑成型及其产品常见的缺陷在注塑成型加工过程中可能由于原料处理地不好、制品或者模具设计不合理、操作工没有能掌握到合适的工艺操作条件，或者因机械方面的客观原因，常常使制品产生注射不满、飞边、气泡、凹陷、裂纹、尺寸变化、翘曲变形等缺陷。注射成型质量可以分为内部质量和外部质量两方面。外部质量主要就是表面质量；内部质量也称为性质质量，它包括制品的物理力学性能、制品内部的组织结构形态如结晶和取向和熔接线强度，以及制品尺寸和形状精度等。而内外部质量之间并不是互相独立无关
25、的问题。例如，制品表观的凹陷或缩孔往往就是由于塑料内部收缩不均匀。一般情况下，内部质量问题会导致各种各样的外部质量问题。在整个注塑过程这个物理变化过程中，由于注射成型过程中的成型条件如螺杆背压、注射量、锁模力、注射压力、注射速度、料筒温度、模具温度的选择不合理或者模具本身存在的问题，都会导致注塑制品出现各种不同不良现象和缺陷8。131气穴气穴也称作气泡或气孔，它是在成型制品内部所形成的空隙。根据气穴形成的原因，可分成两类1）由于排气不良等原因造成熔体中水分或挥发成分被封闭在成型材料中所形成的气泡；2）由于熔体冷却固化时体积收缩在制品壁厚或加强筋、凸台等壁厚不均匀处容易产生气泡。7注塑工艺参数对
26、气穴的产生有着直接的影响。例如，注射速度快、加料过多或过少、注射时间和周期短、注射压力低、冷却不均匀、保压不够或冷却不足，已及模具温度和熔体温度控制不当，都有可能会引起塑件内产生气穴。特别是高速注塑过程中，由于气体来不及排出模具的型腔，因此熔体内会残留较多的气体。因此，如果适当地降低注射速度，保持型腔内部合理的压力，从而保证排气通畅和在不发生欠注的基础上，就能够消除气穴。132熔接痕熔接痕缺陷属于产品表面质量缺陷，它是由于产品注塑过程中两股以上的熔融树脂流相汇合而产生的缺陷。模腔的基本结构不合理会引起熔接痕的产生。熔体塑料在模腔内被分成两股或者是两股以上熔料同时充模或者是多浇口设计的模具，这种
27、熔料势必会在模具型腔的某个部位发生汇合，这样就形成了熔接结合区。在这片区域注塑件表面会形成的纹痕称熔接线或者熔接痕。熔接痕在注塑制品中是经常遇到的缺陷，当制品受到外力等环境作用时，制品常在接合缝处出现裂纹，使制品失效或者报废。在低温情况下，聚合物熔体的流动，汇合性能降低，容易发生熔接痕现象。塑件薄壁、厚壁悬殊或是嵌件过多都有可能产生熔接痕。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，脱模剂使用量不合理，会引起塑件表面产生缩痕。在大多数情况下无法消除熔接线，只能通过改变模具结构、控制好温度、塑件结构等。133凹陷及缩痕凹陷及缩痕（SINKMARK）是注塑制品表面产生凹坑、陷窝或者是
28、收缩痕迹的现象，如图1所示。图11凹痕、缩孔示意图熔体冷却固定化的时候体积收缩产生凹陷及缩痕，在塑料制品厚壁不同的部分或者凸台和加强筋的背面，以及直浇口的背面等壁厚不同的部分容易发生8凹陷及缩痕。134欠注欠注也可以称为短射或填充不足。欠注是指聚合物不能完全充满模具型腔而导致的制品不完整的现象。欠注一般发生在薄壁区域或者远离浇口的区域，外部主要表现为塑料制品整体有缩瘪、多型腔模具部分型腔局部充填不足等。从理论上讲，任何阻止足够材料流入到型腔的因素或者增加塑料熔体流动阻力都会引起填充不满，例如浇口、流道尺寸太小；注塑机控制阀门的破损导致压力损失和材料泄漏；过低的熔体温度和模具温度导致的熔体粘度过
29、大，从而熔体流动性降低；注射压力太小和螺杆转速过低都是使熔体的流速过慢的原因；由于注射时间太长或者熔体滞流引起的熔体流动前锋过早凝固等9。14注塑成型工艺参数优化研究现状注塑工艺参数优化注射成型的非线性、多变量特性使得其成型工艺的设置非常困难。不少研究者对成型工艺优化进行研究。一些研究者将以概率论和数理统计为基础的实验设计法与成型模拟技术结合分析工艺参数对制品质量的影响，并给出最佳的工艺参数水平组合。周大路等利用MOLDFLOW实现了注塑件的流动分析，优化了浇道口的摆放位置10；贺华波，李红林，邓益民利用MOLDFLOW软件对所设计的塑料笔筒的成形质量进行比较分析，最终得到最优的结构设计11；
30、陈兰贞利用MOLDFLOW和正交试验法结合优化工艺参数，是注塑件产品曲翘量减小12；贺华波采用正交实验法和MOLDFLOW仿真模拟实验相结合，对一旋盖产品的表面缩痕作了多成型工艺参数综合影响分析13；宋小辉，夏薇，王伟，唐旭东利用MATLAB语言庞大的计算功能对正交试验进行了程序设计，应用程序对三水平四因素的注塑件进行了工艺参数优化设计，得到了四个因素及它们的交互作用对翘曲的影响大小，以及各因素的最佳水平组合，并确定了各因素的进一步调整方向14；朱春东，李福涛，朱红艳从正交试验得到的最优工艺参数输人到MOLDFLOW进行变形分析条件下的翘曲变形情况，得出翘曲变形主要是由收缩不均引起的15；SH
31、TANG使用正交试验法使模具减少翘曲16；MCSONG研究了注塑成型工艺参数对超薄壁塑料零件的影响17；YMDENGDZHENGXJLU对插座的的注塑成型参数进行了优化18。为进一步的注塑工艺优化奠定基础。915本文研究的意义注射成型这种加工方法是借鉴金属压铸成型原理，是物理变化的过程。有其演化得到塑料制品的成型，简称住宿成型。他的基本原理是这样的，将塑料颗粒在特定的地方加热到熔融状态，然后我们通过注塑机的柱塞或者螺杆的推动，自然在推动力下，熔体会受到一定大小的压力。在这个压力下，熔体以比较大的流动速度通过注塑机筒前端的喷嘴，熔体注射进入相对熔体本身温度较低模具型腔中，而且这个型腔是一个闭合的
32、空间。然后经过保压、冷却处理，打开模具取出制品便可得到我们所需要的塑料制品。当然保压、冷却处理在整个过程中是非常重要的环节。模具的设计制造在注塑成型过程中是极为重要的，它作为聚合物成型的重要工艺设备，品种及更新速度、制造与设计水平与产品的质量有着密切关系。由于长期以来塑料工业发展受到塑料模具发展的各种制约，如今模具工业虽然已经发展为国民经济的基础工业。但是塑料的成型受多种因素的影响，比如浇口的数量及位置、产品的结构与形状、注射的压力与速度、熔体的冷却速度与温度等等。以往注塑成型加工过程主要依靠模具设计人员和工艺人员技巧和经验，因为这些问题都是比较复杂的，鉴于此所以而设计是否合理是不能得到保证的
33、，只有一条试模的路可以走，只能通过试模才能见分晓，可想而知结果必定要经过很多次的试模修模才能得到比较令人满意的制品质量，而且这样的结果不一定是最佳的。以上的种种就导致了模具及塑料产品的设计与制造周期长、成本高，也避免不了质量不高的弊端。伴随着计算机技术的快速发展，在借鉴其他成功示例的基础上，人们逐渐开始利用计算机技术来进行模拟塑料成型的过程，当然这是一个很复杂的过程，这里就不详细叙述了。通过注塑成型技术与计算机模拟技术相结合的方式，为缩短制造周期、节约成本、提高制品质量等方面提供了新思路。借助于边界元法、有限差分法和有限元法等等数值计算方法的基础上，在高分子聚合物成型过程中CAE技术通过建立其
34、数学和物理模型，进而分析模具型腔中塑料的流动、保压和冷却等一系列过程，在这些过程中结合分析材料参数、模具结构和工艺条件对制品质量的影响，达到优化的型工艺参数、模具结构、优化制品结构的目的，从而使得注塑成型变成了一门应用科学，这是相对于实用科学提出10来的。计算机技术的注塑成型模拟技术对提高塑料制品的质量、缩短新品的开发周期和制造周期、降低生产成本、缩短模具的设计具有非常重要的意义。为此，我们对注塑成型模拟以及优化技术的研究具有相当高的使用价值，而且这对我国塑料工业的进一步发展具有举足轻重的意义。112研究方法21MOLDFLOW简介及基于MOLDFLOW的注塑成型模拟利用注射成型CAE技术可以
35、在设计阶段对制品设计和模具设计的方案进行评价，能够预测制品能够产生缺陷，修改设计从而获得最优的方案。其中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。211MOLDFLOW公司及软件简介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MOLDF
36、LOW公司与美国ADVANCEDCAETECHNOLOGYINC进行了战略性合并，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。AUTODESKMOLDFLO
37、WINSIGHT软件，作为AUTODESK数字样机解决方案的一部分，为数字样机的使用提供了一整套先进的塑料工程模拟工具。MOLDFLOWINSIGHT强大的功能深入分析，优化塑胶产品和与之关联的模具，能够模拟当今的最先进的成型过程。目前该软件普遍应用于最顶级的汽车制造，医疗，消费电子和包装行业，MOLDFLOWINSIGHT帮助公司将新产品更快的推向市场。MOLDFLOWINSIGHT让您在确定最终设计之前在计算机上进行不同材料，产品模型，模具设计和成型条件的试验。这种在整个产品的开发过程评估不同状况的能力使您能够获得高质量产品。AUTODESKMOLDFLOWINSIGHT帮助制造者“第一时
38、间改好”，12从而避免制造阶段成本提高和时间延误。MOLDFLOWINSIGHT2010软件是一款专业性模流分析软件。欧特克公司宣布2009年7月，推出最新版本的AUTODESKMOLDFLOW2010软件。此次发布的第二版AUTODESKMOLDFLOW2010软件产品的新增和强化功能包括1CAD集成性更强AUTODESK增强了AUTODESKMOLDFLOWINSIGHT2010对多种CAD应用程序的支持。目前，AUTODESKMOLDFLOWADVISER和AUTODESKMOLDFLOWINSIGHT软件能直接导入由AUTODESKINVENTOR软件创建或者修改的CAD模型。AUTO
39、DESKMOLDFLOWINSIGHT用户可以一次性导入部分或者全部的组件。一旦CAD模型导入完了，用户就能完全控制网格的处理，并能对需要进一步细化处理的特定点进行表面网格细化，同时维持其余部分的粗化状态不变。2精确度更高塑料产品的三维模型网格划分技术的改善直接提高了设计和加工的预测精度。例如，在零件从厚转薄的部分，以及在转角和边缘部分，软件能够提供更好的网格质量。3速度更快单一的三维模流分析使用多个中央处理器CPU内核，可充分发挥硬件升级带来的好处。多线程技术将AUTODESKMOLDFLOW软件的分析速度提高了两倍取决于模型。AUTODESKMOLDFLOW软件还率先将NVIDIA公司尖端
40、的GPU技术与多个CPU内核结合使用，从而进一步提高了分析计算速度。它可以在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，包括最佳浇口位置、填充、保压、冷却、翘曲、流道平衡、最佳成型工艺、纤维取向、结构应力和收缩分析等。运用MPI进行分析，在设计阶段就可以预测成型产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率，以达到降低成本，缩短生产周期的目的19。212MOLDFLOW软件在注射模设计中的作用MOLDFLOW的设计分析解决方案是全球塑料注射成型行业中技术最先进的、使用最广泛软件产品。20世纪70年代以来，随着计算机技术的迅猛发展和普及，注射模CAD/CAE技术也随之推广。注射模CAD/CAE技术的发展和
41、应用使模具设计的效率则成倍提高，加工的成本大大降低，注射模CAD/CAE技术的重要性已得到业内人士充分的认可。注射模CAD/CAE技术相比传统的注射13模设计中模具设计、加工完毕后，需要花费大量的时间进行调试、修改，甚至可能由于无法挽回的一点失误使得整个设计报废，模具设计、加工的成本高，效率低等种种不足，都有无可比拟的优势。MOLDFLOW软件在注塑模设计中的作用主要体现在以下几方面1优化塑料制品本身可以实现制品的最小壁厚，可以优化制品结构。通过运用MOLDFLOW软件可以降低材料成本，缩短生产周期，保证制品能全部充满等。2优化模具合理的流道系统与冷却系统，通过运用MOLDFLOW软件可以得到
42、最佳的浇口数量与位置，并对流道尺寸、冷却系统尺寸、型腔尺寸和浇口尺寸进行优化，在计算机上进行试模、修模可以通过运用MOLDFLOW软件得到。从而理论上能够完成一次性的试模成功。3注射工艺参数的优化通过运用MOLDFLOW软件可以优化最佳的熔体温度、模具温度、注射时间、冷却时间和保压时间，以注塑出最佳的塑料制品20。如今随着CAD/CAE/CAM技术在模具行业的广泛应用，老的模具设计、制造方法必将被取代，与其相比新技术强大的优势主要表现在以下几个方面。1模具制作周期大大缩短CAD系统内容丰富并且功能强大，专业的CAD系统可以提供模具设计的专家辅助系统，其中包含的各类经验设计参数和常用设计方法可以
43、减少设计人员因经验不足而不得不反复修模花去的时间，因此能大大简化常规设计的过程。因为电子化的计算机图纸，同样也有，因为其不它的优势，不仅可以随时修改，而且可以方便的输出。2提高模具质量CAD系统内包括有计算机辅助设计系统，包含大量的理论背景知识和综合技术信息，这为设计人员提供了可靠的科学依据，就像是帮助设计人员存储在脑子里的一样。在计算机辅助设计过程中，通过合理的人机交互过程，设计人员可以利用计算机系统强大记忆优势，利用其理论知识和综合技术信息，从而使模具设计更加快速、合理。采用CAE技术通过计算机的合理模拟，通过仿真试验，可以为设计人员提供可靠的参考数据，从而优化模具设计方案。3有效利用有限
44、的人员资源由于CAD/CAE/CAM等软件具有强大的功能，因此利用该技术的强大功能可以在很大程度上替代将设计人员从繁所的计算和绘图中解放出来，像这种可以14由电脑完成的任务，就不需要设计人员去做这种没有必要的工作。可以充分发挥有限的人力资源的最大优势，设计人员可以抽身出来操作先进的设备和工具，可以使设计人员最大限度地发挥个人的主观能动性，得到更多创造性的成果，让设计人员可以做更大的贡献。4大幅度降低成本在当今企业竞争异常激烈，利用可以大大减少试模和修模次数，然后缩短设计和制造周期，同时也就节约了大量的劳动成本。采用CAD/CAE技术对注塑成型分析可以避免模具的反复修模、试模的过程，并且可以实现
45、模具设计优化，本次实验正是利用了这点。以上等等优点可以降低成本，而降低成本是企业取得生存机会的根本。5便于储备技术资料，企业管理水平得到提高CAD/CAE/CAM技术在模具上的应用可以利于资料的存储调用，因为这样方便企业整理、储备技术资料，随时调用，可以使企业自己有一个资料库。这样可以使企业的产品开发走上良性循环的轨道，同时应用CAD/CAE/CAM技术可以使模具设计制造减少盲目性，更加科学合理，从而提高企业管理水平。213基于MOLDFLOW的注塑成型模拟注塑件的模具不像有些产品，不是批量生产的产品，它的特点是具有单件生产和而且有特定的用户群。针对模具行业来说，要引进国外模具行业的先进技术，
46、采用通常的引进产品许可证和技术转让等方式是达不到目的的，通过引进己经商品化了的CAD/CAM/CAE软件和精密加工设备等才是真正有效的办法。模具设计中的CAD/CAE/CAM所涉及的面非常广、把多种学术科学与工程技术结合于一体，因此模具是一种技术密集型、综合型的产品。本文主要研究的是工艺参数的优化，模具设计方面的东西暂时不涉及到，本文没有对其进行详细的论述。本文主要从注塑件的实体建模开始，建模完成后保存问STL后缀名的文件。导入到MOLDFLOW软件，然后进行网格分析。接着是确定材料、浇口位置及数量的确定、工艺参数的设置，一切完备之后进行模拟仿真分析。具体分析过程如下21221几何建模在软件内
47、部，当计算充模阶段，计算机必须有一个求解区域。直观点说，一个求解区域就是一个空间范围，再通俗点说，这个求解区域就是我们想做的注塑件的几何形状。我们可以在MOLDFLOW软件建出这个求解区域也就是建模，15也可通过其他软件建模，然后导入。本次试验使用SOLIDEDGE三维制图软件进行实体建模，建模完成后将PAR格式的文件另存为STL格式。2网格划分在MOLDFLOWINSIGHT2010中，划分的网格有三种类型中面网格、双域网格、和实体网格。中面网格是由三节点的三角形单元组成的，网格创建在模具壁厚的中间处而形成单层网格。在创建中面网格的过程中，要实时提取模型的壁厚信息，并赋予相应的三角单元。双域
48、网格也是由三个节点的三角形单元组成，与中面网格不同，他是创建在模型的上下表面上。实体网格由四个节点的四面体单元组成，每个四面体单元又是由四个中面网格模型三角形单元组成的，利用3D网格可以更为准确地进行三维流动仿真。打开MOLDFLOW软件，第一步是新建一个工程。工程新建完成后，导入要分析的注塑件模型。在MOLDFLOW软件中导入几何模型，对软件进行相关的操作之后，软件就能自动地生成网格。只需对导入的模型进行“生成网格”操作，系统就能自动进行划分。不过所生成的网格有可能是合格的，也有可能是不合格的。因此，当自动分析生成网格之后要查看网格统计情况。一般自动生成的网格分析在纵横比上存在比较大的问题。
49、对于不合格的网格分析需要对其进行网格修复，可以进行自动修复，也可以进行手动修复。一般问题不大的，可以通过网格修复向导进行自动修复，问题比较多，比较复杂的可以进行手动修复。3浇口数量及位置的确定一般情况下浇口按其大小来区分可以分为大浇口和小浇口两类。大浇口可以叫做非限制性浇口，也可以叫做直接浇口；小浇口可以被叫做限制性浇口。注塑制品的成型周期和质量受到浇口的数量及位置相当大地影响。因此浇口位置及数量布置的确定必须科学合理，其确定原则见下L浇口一般应该开设在制品截面最厚的地方2设计浇口位置要避免引起熔体破裂3设计浇口位置要对型腔排气有利在浇口位置确定之后，应使型腔最后充满的地方或者浇口的部位，利用分型面、推杆间隙等模内活动部分的间隙排气或者开设排气槽。4设计的浇口位置要对塑料熔体流动有利如果塑料制品上有加强肋时，则可利用该加强肋当做改善熔体流动的通道。选择的浇口位置应使熔体可以沿着加强肋的方向流动。165设计浇口位置要减少熔接痕的影响浇口数量直接影响熔接痕状况，浇口数量越多，熔接痕也会越严重。浇口数量和位置是产生熔接痕的主要因素。浇口类型也会对熔接痕的产生有一定影响。6设计浇口位置要考虑塑料制品的受力情况通常浇口位置处不能设置在制品受冲击力或承受弯曲载荷的地方，塑料制品浇口附近的残余应力比较大、强度比较差。7设计浇口位置要减少制品的翘曲变形对于大型的平板形的制品这种情况，如果设计只采
