鼠標蓋一模兩腔的注塑成型CAE 研究畢業(yè)課程設計說明書【原創(chuàng)】

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存檔編號 畢 業(yè) 論 文 題目 鼠標蓋一模兩腔的注塑成型 究 學 院 專 業(yè) 姓 學 名 號 指導教師 完成時間 鼠標蓋一模兩 腔的注塑成型 究 摘 要 塑料制品因其質量輕、美觀、便捷、易加工等特點，越來越受到人們的青睞，逐 漸滲透到人們生活的方方面面。塑料工業(yè)取得突飛猛進的發(fā)展，進而也促使塑料模具 工業(yè)的空前進步 。 塑料加工成型的方法有很多種 。 其中注塑成型因其效率高 、 精度 高 、 成本低、周期短等顯著的優(yōu)點，成為最普遍 最常用的塑料加工成型的方法。在實際的 工業(yè)生產中，企業(yè)為了進一步的提高生產效率，往往采用一模多腔的模具進行生產。 尤其是不同制件組合型腔的生產方式更受企業(yè)歡迎。對于不同制件組合型腔注塑成型 工藝過程，其最關鍵的問題就是組合型腔的澆注系統(tǒng)平衡的優(yōu)化設計，也即保證各個 型腔中塑料熔體流動的平衡性、塑料制件成型質量的一致性。如若不能保證塑料熔體 平衡流動，則會產生過保壓、壓力變化劇烈、凹陷、充不滿等缺陷，對塑料制件和注 塑機都有很大的危害。因此，針對生產實際中迫切需要解決的問題，對組合型腔澆注 系統(tǒng)的優(yōu)化研究迫在 眉睫。 針對上述問題，本文以鼠標上下蓋組合型腔為例，結合計算機數(shù)值模擬技術，使 用專業(yè)的 流分析軟件中的充填（ 塊先對鼠標上下蓋組合型腔 初始設計的澆注系統(tǒng)進行充填分析。利用這一分析結果來設置流道平衡的約束條件， 利用流道平 衡 （ 模塊對澆注系統(tǒng) 初 始方案進行流道平衡分 析 。 根據(jù)流 道平衡分析結果，結合實際經(jīng)驗，對澆注系統(tǒng)的尺寸進行修改，提出優(yōu)化澆注系統(tǒng)的 方案。 關鍵詞 ：鼠標上下蓋；分流道； 道平衡 I N F of In to to to in of of is of is is to of of If t be as do to on of of of is to to of is to be in on of up as an AE to of I ro/e to on it TL TL to by of is to we an of by to by of up 錄 I 目 錄 摘 要 ................................................................................................................................. I .................................................................................................................... 一章 緒論 ................................................................................................................... 1 料工業(yè)和注塑模具的發(fā)展概述 .................................................................. 塑料工業(yè)的發(fā)展 ....................................................................................... 1 塑模具的發(fā)展 ................................................................................ 1 塑料模具中的應用 ................................................................................. 3 術概述 .......................................................................................... 3 內外 究應用概況 ..................................................................... 4 究的主要內容 .......................................................................................... 5 第二章 注塑成型技術及澆注系統(tǒng)概述 .......................................................................... 7 塑成型工藝原理 ..........................................................................................塑成型工藝過程 ................................................................................... 8 塑成型工藝的影響因素 .................................................................................. 9 塑成型設備 .................................................................................................... 10 注系統(tǒng)概述 .................................................................................................... 11 注系統(tǒng)的概念及組成 ......................................................................... 11 平衡澆注系統(tǒng)的介紹 ......................................................................... 12 合型腔澆注系統(tǒng)優(yōu)化設計 ................................................................. 13 第三章 注塑成型 鍵技術 .................................................................................. 15 塑成型 論基礎 .................................................................................. 15 塑成型常用的基本方程 ..................................................................... 15 動平面的邊界條件 ............................................................................. 17 塑模 內容 .......................................................................................... 18 流分析軟件 ................................................................................. 20 介 ......................................................................................... 20 目錄 注塑成型模擬技術簡介 ......................................................................... 21 注系統(tǒng) 析方案 .................................................................................. 24 第四章 一模兩腔澆注系統(tǒng)的 析 ...................................................................... 25 注系統(tǒng)的初步設計 ........................................................................................ 25 型的導入及網(wǎng)格劃分 ................................................................. 25 料的選擇及工藝參數(shù)的設定 ............................................................. 26 口位置的選擇 ..................................................................................... 28 注系統(tǒng)的初步設計 ............................................................................. 29 填結果分析 .................................................................................................... 30 道平衡的優(yōu)化設計 ........................................................................................ 33 第五章 總結與展望 ........................................................................................................ 37 結 .................................................................................................................... 37 望 .................................................................................................................... 37 參考文獻 .......................................................................................................................... 40 致 謝 .............................................................................................................................. 42 附錄一 外文翻譯原文 .................................................................................................. 45 附錄二 外文翻譯譯文 .................................................................................................. 56 附錄三 畢業(yè)設計任務書 .............................................................................................. 70 附錄四 畢業(yè)設計開題報告 .......................................................................................... 73 華北水利水電大學畢業(yè)論文 1 第一章 緒論 塑料制品因其成本低廉、抗腐蝕能力強、可塑性強等優(yōu)點而逐漸滲透到我們生活 的方方面面 ， 成為不可替代的生活用 品 [1]。 注塑成型作為塑料制品最普遍的加工方法， 其成型過程的優(yōu)化日益成為各國設計師研 究的熱點。注塑模具作為注塑成型的主要工 具之一， 對注塑成型過程有重要影響。 術在塑料模具行業(yè)中的應用，很好地 解決了許多難題，極大地促進了塑料工業(yè)的發(fā)展。 塑料工業(yè)和注塑模具的發(fā)展概述 料工業(yè)的發(fā)展 塑 料 （ 是以有機 高 分子化合物為基礎 ， 加入若干 其 他材 料 （各種添加劑） 制成的固體材料。塑料因其密度小、比強度高，優(yōu)良的電絕緣性和熱絕緣性，以及優(yōu) 良的成型工藝性等優(yōu)點，已和金屬材料、陶瓷材料一起，成為當 今社會的三大類主體 結構材料 [2]。 近 年來，通用塑料和工程塑料強度精度不斷提高，塑料工業(yè)發(fā)展迅速，塑料制品 應用范圍不斷擴大 ， 已滲透我們生活的方方面面 ， 如家用電 器 、 汽車工業(yè) 、 建筑器 材 、 儀器儀表等領域 。 塑料工業(yè)包括塑料的生產 、 塑料制品的生 產 （ 也成塑料的成型加工 ） 、 塑料制品的開發(fā)三個領域 [3]。其中，塑料的成型加工起到承上啟下的作用，是連接塑 料生產和制品開發(fā)的橋梁。塑料成型加工即是指根據(jù)塑料原有的性能，利用一切可行 的方法將其加工成為具有一定形 狀而又可以應用的產品。塑料成型加工方法很多，例 如擠出成型、注射成型、壓延成型、模具燒結成型、發(fā)泡成型、中空吹塑成型等。其 中注射成型（也成注塑成型）因其對各種塑料的適用范圍廣、周期短、經(jīng)濟效益高、 能制造出形狀復雜帶有金屬嵌件等優(yōu)點，成為塑料加工中最重要最普遍的方法 [4]。 作 為注塑成型的主要工具之一的注塑模具，其生產質量、精度、制造周期、生產 效率等方面的水平高低，將對生產成本、產品質量等產生直接影響，也決定著企業(yè)在 市場競爭中的速度和反應能力 。因此，隨著塑料制品應用的擴大，對注塑模具的需求 和要求也日漸擴大。 塑模具的發(fā)展 華北水利水電大學畢業(yè)論文 2 模具是工業(yè)生產中使用極為廣泛的主要工藝設備 ， 采用模具生產零部 件 ， 有高效、 節(jié)材 、 成本低 、 保證質量等一系列優(yōu) 點 ， 是當代工業(yè)生產的重要手段和工藝發(fā)展方 向 。 許多現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和技術水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。因 此，模具工業(yè)已成為國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)之一。 模具行業(yè)的重要性： ? 由于注塑模具有質量輕、比強度大、絕緣性好等優(yōu)點，逐 漸出現(xiàn)了以塑代金的 趨勢。 ? 在汽車行業(yè)，因其輕量化低能耗的發(fā)展要求，材料構成 也出現(xiàn)以塑代鋼的變化。從國內外汽車塑料應用的情況可知，汽車塑料的用量已成為 衡量汽車生產技術水平的重要標志。 ? 注塑成型可以一次成型各種結構復雜尺寸精密 和帶有金屬嵌件的制品，成型周期短，可實現(xiàn)一模多腔，成本低廉，便于實現(xiàn)自動化 生產，故而在塑料加工行業(yè)中占有非常重要的地位 [5]。 整 體來看，我國注塑模在質量、數(shù)量等各方面有了較大發(fā)展，但是仍不能滿足國 民經(jīng)濟的需求，與國外先進國家相比，差距依 舊很大。由表 1以看出我國模具與 國外模具的差距。 表 1內外注塑模部分性能對比 注射速度 國內：通常 80mm/型機在 65 國外：普遍大于 100mm/高可達 450mm/化能力 國內：通常不超過 16g/ 國外：通常在 28g/上，且有提升空間 啟閉模速度 國內：普遍在 24m/ 國外：普遍以達到 50m/高可達到 100m/桿轉速 國外注塑機的螺桿轉速比國內普遍高 25% 開模行程 ， 拉桿間距 國外機開模行程大、拉桿間距長，比國內機高 15%左右 模板移動速度 國內： 20 國外： 20國的注塑模設計制造水平相比于國外發(fā)達工業(yè)國家仍有待提高，其存在的問題 有以下幾個：供給失衡，科技不足、人才技術投入少、工藝裝配水平低，材料及其相 關技術落后，產業(yè)消耗能源大，生產效率低，環(huán)境污染嚴重。 華北水利水電大學畢業(yè)論文 3 塑料模具中的應用 對于注塑成型過程，工藝參數(shù)的選擇、 注塑模具的好壞，對于提高塑料制品的質 量、提高生產效率、加速新產品的開發(fā)有至關重要的作用 [6]。傳統(tǒng)的模具設計和塑料 制品的生產，依靠于設計師常年的經(jīng)驗積累，帶來了如下問題： ? 模具設計生產周期 長、廢品率高。 ? 無法對設計方案經(jīng)行分析評估，也不能發(fā)現(xiàn)成型過程中可以改進的 地方，難以使產品質量實現(xiàn)最優(yōu)，如圖 1示。計算機輔助工程（ 解決了上述所有問題，它通過對注塑成型過程的模擬，實現(xiàn)了產品 質量的優(yōu)化 [7]，如圖 1示。 圖 1用傳統(tǒng)方法設計注塑模具流程圖 圖 1利用 術設計模具流程圖 術概述 即計 算 機輔助工程 ， 是一 款 對產品的模 型 進行模 擬，分析其加工工程中出現(xiàn)問題的軟件，由此我們可知注塑模的設計和制造過程中的 從狹義概念出發(fā) , 指在模具設計之前對熔融塑料的流動形狀、壓力分布和冷卻 過程等進行模擬 ， 以獲得最優(yōu)成型結果的模具結 構 [8]。 廣義的 是指產品在開發(fā) 過程中的形狀設計 、制圖、分析等一系列的綜合工程作業(yè) [9]。 目 前的 術研究的主要工作是流動模擬 、 冷卻模擬 、 保壓和翹曲等方面 。 其 華北水利水電大學畢業(yè)論文 4 D 優(yōu)越 最大的作用在于減少試模次數(shù)，得到實驗中那以求得的數(shù)據(jù)，縮短周期降低成本。通 過 件對制件進行性能分析 ， 預測其可能出現(xiàn)的不足和缺陷 ， 結合實踐經(jīng)驗 ， 實 現(xiàn)如下功能： ? 優(yōu)化塑料制品設計。 ? 優(yōu)化塑料模具設計。 ? 優(yōu)化注射工藝參數(shù)。 ? 加快產品開發(fā)，縮短生產周期，降低成本，提高經(jīng)濟效益。 隨著計算機技術的進步和模具工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在 域中的主流軟件有兩個， 即 內外 究應用概況 在現(xiàn)代化的塑料制品生產和注塑模具制造過程中，人們越來越認識到利用計算機 輔助工程 ——術，對產品的注塑成型過程進行模擬，預測可能出現(xiàn)的缺陷，以 優(yōu)化模具結構和成型工藝的 性 。 為此 ， 人們已進行了大量的 究應用 。 現(xiàn)在 的研究主要用于澆注系統(tǒng)的優(yōu)化設計、成型缺陷的預測、參數(shù)的優(yōu)化等方面。 重慶大學的葉永嘉 [12]將注塑成型系統(tǒng)的平衡理論和 值模擬技術緊密結合 起來，以優(yōu)化相同制件的非平衡澆注系統(tǒng)為研究對象，研究出首先利用理論知識對流 到系統(tǒng)和澆口進行平衡計算 ， 然后利用 擬技術進行平衡分 析 ， 能更快更準確的 優(yōu)化非平衡澆注系統(tǒng)的結論，對其他同類產品的生產研究有指導意義。 曹 陽根等人 [34]以 裝為例，在分 析熱固性塑料流動特點的基礎上，利用 件 流道平衡進 行 了模擬 ， 提出了提高 裝產品合格 率 的更有效 的途徑。 湘潭大學的錢斯強 [13]利用 件 兩套塑件分別進行了流道平衡分 析和翹曲分析，準確的預測了注塑成型過程中塑料制件可能出現(xiàn)的問題和缺陷并相應 的提出了解決方案，對優(yōu)化非平衡澆注系統(tǒng)和減小翹曲有重要指導意義。 西 安交通大學的劉迎 春等人 [35]以厚度差較大的復雜塑料制件為例，利用 件 的 3D 模擬分析技術 對 其注塑成型過程進行模擬 ， 成功的預測了這 類制件成型過程中出現(xiàn)的問題 ， 并提出優(yōu)化方案 ， 不僅證明了 M 技術的實用性， 更為厚度差較大制件的優(yōu)化提供了更可靠的方法。 羅超等人 [6]介紹了注塑成型 術及其軟 件 ， 并從模具設計全過程出 發(fā) ， 論述 了 術在模具設計中應用。 開封大學的李輝 [22]以電話機外殼為例，利用 件 電話機外殼注 塑成型過程進行了模 擬分析，優(yōu)化了模具結構和成型工藝，最后用 件對其進行 考文獻 12 曹陽根，傅意蓉 J]2004,5 參考文獻 13劉迎春，郭成 具工業(yè)， 3） 參考文獻 6 參考文獻 22華北水利水電大學畢業(yè)論文 5 了模具設計。 楊東民 [36]以化妝品粉盒底蓋為例，將化妝品粉盒底蓋制件的性能要求和成型工藝 聯(lián)系起來，利用 件 其澆口位置進行了優(yōu)化分析，預測了可能出現(xiàn) 的缺陷，為模具的設計加工提供了指導。 葉福源等人 [37]以冰箱抽屜為例 ， 利用三維流動模 擬 軟件 D 對冰箱抽屜進 行了注射模具的優(yōu)化設計，通過幾個方案的比較分析，得出了優(yōu)良的制件成型效果。 38]提出了流道系統(tǒng)的重要性，尤其是對非平衡澆注系統(tǒng)，并 且應用 件 對流道進行優(yōu)化設計。 新加坡南洋技術學院的 [39]以注塑模的平衡為研 究對象，用 件 寫了相同制品一模多腔的自動控制平衡的程序，在生產實踐中 證實這一方法的可行性和實用性。 雖然 應用已取得可惜的成績，但 術仍面臨一些瓶頸、出現(xiàn)一些難 題，主要有以下幾個： ? 件的易用性。數(shù)值模擬涉及到大量的數(shù)學和流體力學等問題，因此長 期得不到普及應用，讓經(jīng)驗豐富的設計師熟練的應用 件將是一大難題。 ? 對虛擬仿真的結果的評價。如何將虛擬仿真、優(yōu)化結果與實際的實踐結合起 來，提高仿真優(yōu)化的可靠性和可行性，減少試模次數(shù)，在 提高產品性能的同時，降低 研發(fā)成本，也是 術面臨的問題之一。 ? 識的積累與傳承。不同的工程師，用同樣的軟件面對同樣的產品，其 分析優(yōu)化的結果，往往因工程師經(jīng)驗能力而差別很大。一個企業(yè)或一個研究機構，怎 樣才能建立自己數(shù)值模擬規(guī)范和知識庫，實現(xiàn)對數(shù)值模擬知識的重用，并將經(jīng)驗豐富 的工程師的數(shù)值模擬知識技能傳承給新的工程師，是其用好 術的關鍵所在。 究的主要內容 近年來，注塑成型已成功地成為塑料成型的首要方法。成型過程的優(yōu)劣決定了產 品的質量，成型過程設計的不恰當，產 品會出現(xiàn)熔接痕、短射、翹曲變形、氣穴、裂 紋、脫模困難等問題，如何優(yōu)化成型過程已成為工程師研究的熱點。注塑成型過程包 括成型前的準備、注塑過程、塑件的后處理三個階段。 本文借助于一款 件 鼠標蓋為例對其進行注塑成型過程 東民 J]2010， 7 葉福源，黃志高，周華民 J]2004,3 .， J]1992,3 . J]2000,1 華北水利水電大學畢業(yè)論文 6 的優(yōu)化分析，但由于時間限制，這次畢業(yè)設計僅選擇對鼠標蓋注塑成型影響較大的澆 注系統(tǒng)進行優(yōu)化分析。設計題目中鼠標蓋一模兩腔是典型的非平衡澆注系統(tǒng)，兩個型 腔的幾何形狀、尺寸、容積各不相同，因此澆注系統(tǒng)的平衡與 否決定了是否能夠同時 成型出質量一致的兩個制件，這是鼠標蓋一模兩腔注塑成型的關鍵所在，也是充填完 成后冷卻處理、翹曲分析等的基礎，所以本文選擇對澆注系統(tǒng)進行優(yōu)化分析。主要研 究內容如下： ? 鼠標蓋組合制件的在 件中的導入 。 ? 組合制件的網(wǎng)格創(chuàng)建。 ? 組合制件進行澆注系統(tǒng)的初步設計，并進行充填分析。 ? 針對充填分析的結果，對澆注系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，最終得到有利于成型且缺陷 較少的澆注系統(tǒng)尺寸。 華北水利水電大學畢業(yè)論文 7 第二章 注塑成型技術及澆注系統(tǒng)概述 注塑成 型 （ 又叫注射成型 ） ， 是塑料制品成型加工的一種極為重要的方法 ， 幾乎所 有的熱塑性塑料都可以用于注塑成型。注塑成型可以成型出各種形狀、滿足塑料制品 的各種要求。近年來，注塑成型已成功的用于加工大多數(shù)熱固性塑料。 塑成型工藝原理 注塑成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來的塑料的加工方法，使用注塑機和注 射模具把塑料原料轉變成塑料制品。其基本原理是利用塑料的可擠壓性和可模塑性， 將松散的粒狀、粉末狀物料從注塑機的料斗送入高溫的 機筒內加熱熔融塑化，使之成 為黏流態(tài)熔體，隨后在柱塞或螺桿的推動下，以比較大的流速通過機筒前端的噴嘴注 入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過保壓、冷卻后，打開模具便可從模腔中得到一定尺寸 和形狀的塑件 [11]。這樣就完成了一次注射工作循環(huán)，如圖 2示。所得的形狀往往 就是最后成品 ， 在安裝或作為最終成品使用之前不再需要其他的加工 。 許多細 部 ， 諸如 凸起部 、 肋、螺紋，都可以在注射模塑一步操作中成型出來 [6]。 圖 2桿式注射機注射成型原理 1234567華北水利水電大學畢業(yè)論文 8 塑成型 工藝過 程 注塑成型工藝過程主要包括三個階段 ： 成型前的準備 、 注射過程 、 塑件的后處理， 如圖 2示。 1．成型前的準備 圖 2注塑成型工藝流程圖 為了使注塑過程能夠順利地進行并保證產品質量，在注塑成型前需要進行一系列 的準備工作。包括原料處理、料筒的清洗、嵌件的預熱。 2．注塑過程 注塑過程一般包括：加料、塑化、充模、保壓、倒流、冷卻、脫模等 幾道工序。 但從塑料在注塑成型過程中狀態(tài)的變化來看，只有塑化和熔體模塑兩個過程。 ? 塑化：塑化是指塑料原料在料桶內經(jīng)加熱達到流動狀態(tài)，并具有良好可塑性的 過程。因此可以說，塑化是注塑成型的準備過程。就生產工藝而言，對這一過程的總 要求是：塑料在進入模腔前應達到規(guī)定的溫度，并能在規(guī)定的時間內提供足夠數(shù)量的 熔融塑料，熔體各點溫度應均勻一致，不發(fā)生或極少發(fā)生熱分解，以保證制品質量。 注塑機的塑化質量和預塑化量 ， 主要由工藝參數(shù) ， 如料筒溫 度 、 噴嘴溫度 、 螺桿轉 速 、 預塑背壓、計量裝置計量等所決定的。 ? 熔體模塑：在塑 料塑化后的充模、保壓、倒流、冷卻、脫模等工序均屬熔體模 塑的過程。這一過程經(jīng)歷的時間雖短，但是熔體在期間所發(fā)生的變化卻不少，而且這 種變化對塑料制件的質量有重要的影響。 3．塑件的后處理 華北水利水電大學畢業(yè)論文 9 塑件在脫模后，為了改善提高塑件的性能，常常需要相應的后處理，這種后處理 主要是退火處理和調濕處理。 ? 塑件的退貨處理：退火處理的主要作用是降低和消除 塑件內的殘余應力。退火處理的方法，是將制品置于定溫的熱液體介質（如水、礦物 油）或熱空氣中靜 置一段時間，然后緩冷至室溫。熱處理的時間取決于塑料的品種、 塑料制品的形狀、加熱介質的溫度和模塑工藝條件。一般將退火溫度控制在該塑料的 熱變形溫度下 10～ 20℃ 為宜 。 溫度過高則會導致制品發(fā)生翹曲變 形 ， 溫度過低則達不 到消除內應力的目的。 ? 塑件的調濕處理：有些塑料，特別是 塑料制件，它們 在高溫下與空氣接觸時會發(fā)生氧化變色，又易在空氣中吸收水分而膨脹，經(jīng)過較長時 間其尺寸才穩(wěn)定，這主要由于它的吸濕性太大。因此，這類制品需要調濕處理。 塑成型工藝的影響因素 注塑成型的核心問題，是采用一切措 施得到塑化良好的塑料熔體，把它注射到模 腔中去，并在控制條件下冷卻定型，以使制件質量合乎要求。注塑成型過程中，最重 要的工藝條件的是溫度、壓力和相應的各個作用時間。 溫度：溫度是注塑成型中極為重要的參數(shù)，需要控制的溫度主要有塑料熔體的溫 度和模具溫度。塑料熔體的溫度主要影響塑料的塑化和流動，模具溫度主要影響塑料 的流動和冷卻。 注射壓力：注射壓力推動熔體向料筒前端流動，并迫使充滿熔體型腔而成型，是 熔體充模和成型的重要因素。其作用有三： ? 推動料桶中的熔體向前端流動，同時使 塑料混合和塑化。 ? 克服澆注系統(tǒng)和型 腔對熔體的流動阻力，使熔體獲得足夠的充模 速度和流動長度。 ? 壓實模腔中的熔料，并且對熔體因冷卻而產生的收縮進行補料。 時 間 （ 成型周期 ） ： 成型周期是完成一次注塑成型過程所需要的時 間 ， 也叫模塑周 期。主要包括三部分： ? 注射時間。是成型周期中最重要的區(qū)段，包括充模時間和保 壓時間，對制品的質量有決定性的影響。其中，充模時間，即螺桿或柱塞向前推移的 時間，它直接反比于充模速率，在生產中一般為 3～ 5s。保壓時間即對模腔內熔體的 壓實時間，它占整個注射時間的比例很大，一般約 20～ 120s（特厚制品可高達 5～ 10， 保壓時間的長短與 料 溫 、 模溫 、 主流道和澆口大小 有 關 ， 通常將制品收縮率 波動范圍最小的壓力值作為最優(yōu)壓力 。 ? 冷卻時間 ， 對制品的質量亦有決定性的影 響 。 冷卻時間的長短主要由制品的厚度、塑料的熱性能和結晶性能以及模具溫度等決定， 華北水利水電大學畢業(yè)論文 10 注 同時冷卻時間的終點應以保證脫模時不易引起變形為原則。冷卻不宜過短，否則制品 容易變形；而冷卻時間過長，則降低生產效率，對復雜制品還會導致脫模困難，強行 脫模還會產生脫模應力。冷卻時間一般為 30～ 120s。 ? 其他時間，即除了注射時間和 冷卻時間。包括開模、涂脫模劑、安放嵌件、閉模、脫模等。它們的選擇與生產過程 是否連續(xù)和自動化程度有關。 塑成型設備 塑料的注塑成型過程中，需將塑料加熱融化，并施加一定的壓力迫使高溫熔體充 入模具，經(jīng)冷卻、固化而制成具有一定形狀和尺寸精度的塑料制品，完成這個工序的 設備即是注塑機，又稱注射成型機。 注塑機的主要技術參數(shù)有注射量、注射速率、注射壓力、合模力、合模裝置的基 本尺寸等。這些參數(shù)是設計、制造、購置和使用注塑 機的重要依據(jù)。 ? 又叫理論注射量，是注塑機的一個重要參數(shù)，即指注塑機對空注射（無模具的條 件下）時注射螺桿或柱塞一次最大行程時注射裝置所能達到的最大注射量。它反映了 注塑機的加工能力，標志著注塑機生產塑件的最大質量，故常用注射量 表征注塑 機規(guī)格的主參數(shù)。 ? 注射壓力是為了克服注射過程中熔體流往噴嘴、流到和模腔時的流動阻力，螺桿 或柱塞對熔體所必須施加的足夠壓力 。 注塑成型過程 中 ， 的選取十分重要 ， 它與塑 料性能、塑化方式、塑化溫度、流動阻力、模具溫度、 塑件形狀、塑件精度等許多因 素有關，其計算如下 D P ??? 0 ???P （ 2 ? ?????D ? 0 式中 油壓 ， 單位 為 注射油缸內徑 ， 單位 為 D 為螺桿或柱塞外 徑，單位 為 注射壓力過大時，塑件成型時易出現(xiàn)溢邊，塑件內應力大，脫模也困難；注射壓 2 華北水利水電大學畢業(yè)論文 11 力 過小時，會導致填充不足，尺寸不穩(wěn)定。所以應選擇合適的注射壓力，一般注塑機 華北水利水電大學畢業(yè)論文 11 的注射壓力要大于塑料制件所需要壓力的 20%以上。 注射速率指單位時間內的最大注射量。注射時，為了使熔體及時充滿型腔，不僅 需要足夠的注射壓力 ， 還需要一定的流動速度 ， 注射速率就是描述這一參數(shù)的物理 量 。 它等于螺桿或柱塞的截面積與其前進最大速度的乘機，單 位 為 s。 注塑機的合模機構對模具施加的最大夾緊力稱作合模力。成型過程中，熔體經(jīng)料 筒、噴嘴、澆注系統(tǒng)后進入模腔，會損失一部分注射壓力，剩余的部分即是模腔內的 熔體壓力 ， 稱之為模腔壓力 。 為了使模腔不被模腔壓力頂開 ， 則必須有足夠的夾緊 力 ， 這就是合模力。 合模力是注塑機的一個重要參數(shù)，它反映了注塑機加工塑件能力的大小。因此， 在一些國家用最大合模力作為注塑機規(guī)格的標稱值。成型時合模力計算如下： F ??? 2 式中 ： ?指安全系數(shù) ， ????1 ～ P 為模腔壓力 影面積 。 注系統(tǒng)概述 澆注系在模具中占有非常重要的地位，它的設計合理與否對制品的成型起到?jīng)Q定 的作用，這就要求設計者除了研究模具結構和加工技術外，還必須對成型技術有較為 深刻的理解，這樣才能模具制造技術和成型工藝有機結合在一起，生產出經(jīng)濟有高質 量的產 品 [4]。 注系統(tǒng)的概念及組成 ? 澆注系統(tǒng)的概念： 注塑模具的澆注系統(tǒng)即是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔為止的塑料熔體的流 動通道。它具有傳質、傳壓的功能，使塑料熔體順利地充滿到型腔各處，以獲得輪廓 清晰、質量優(yōu)良的塑料制件。因此要求澆注系統(tǒng)的設計，首先考慮使得塑料熔體迅速 充滿型腔，減少壓力與熱量損失；其次，從經(jīng)濟上考慮，盡量減少由于流道產生的廢 料比例；最后，應該容易修出制件上的澆口痕跡。 華北水利水電大學畢業(yè)論文 12 ? 澆注系統(tǒng)的組成 ： 所有的澆注系統(tǒng)都包括主流道、分流道和澆口三部分。 ? 主流道：主流道可以理解為從注射機噴嘴開始到分流道為止熔融塑料的流動通 道，它與注射機的噴嘴在同一軸線上。主流道的尺寸取決于兩個方面：一是塑料材料 的種類、成型制品的質量和壁厚大小。原則上說，流動性差的塑料主流道尺寸應取得 適當大些，流動性好的塑料主流道尺寸可以適當小些；二是取決于注射機噴嘴尺寸。 ? 分流道：分流道可以理解成從主流道末端開始到澆口為止的塑料熔體的流動通 道。理想分流道的截面形狀，多是圓型、 U 型、梯型。分流道的截面尺寸也取決于塑 料材料的 種類、制品的質量、制品壁厚尺寸大小。 ? 澆口 ： 澆口可以理解成熔融塑料通過澆注系統(tǒng)進入型腔的最后一 道 “ 門 ” 。 它具 有兩個功能，一是控制熔體流入型腔，二是當注塑壓力撤消后，封鎖型腔，使型腔中 尚未冷卻的固化塑料不會倒流。 平衡澆注系統(tǒng)的介紹 在實際的工業(yè)生產中，企業(yè)為了提高生產效率、節(jié)約模具制造經(jīng)費，往往采用一 模多腔的模具進行生產 [22]。一模多腔的澆注系統(tǒng)，又可分為相同制品和相異制品兩種 類型。相同制品的澆注系統(tǒng)也可分為兩類：自然平衡澆注系統(tǒng)，如圖 2示，這種 澆注系統(tǒng)，一般情況下，塑 料熔體能同時充滿各個型腔，因而各制件的成型質量和機 械性能差別不大。但這種澆注系統(tǒng)往往材料消耗較多、結構復雜。所以非自然平衡澆 注系統(tǒng)因節(jié)省材料、結構簡單的特點適用范圍更廣泛，如圖 2示，由于各型腔距 主流道的距離不同，因而致使?jié)沧⑾到y(tǒng)進料不平衡。相異制品的一模多腔，由于各制 品的形狀 、 體積 、 尺寸更不相同 ， 故塑料熔體產生不平衡流動 ， 不可能同時充滿型 腔 ， 因為也存在塑料制件成型質量不一致的缺陷，鼠標上下蓋組合型腔就是典型的例子。 圖 2自然平衡澆注系統(tǒng) 圓周排布 圖 2自然平衡澆注系統(tǒng) H 型排布 華北水利水電大學畢業(yè)論文 13 顯然，非平衡澆注系統(tǒng)則包括相同制件的非平衡澆注系統(tǒng)和相異制件組合型腔的 非平衡澆注系統(tǒng)兩種情況。本文中則只研究基于鼠標蓋的組合型腔的澆注系統(tǒng)的平衡 優(yōu)化設計。 合型腔澆注系統(tǒng)優(yōu)化設計 對于一模多腔的注塑成型過程，塑料熔體在模具的澆注系統(tǒng)中的流動平衡是非常 重要的 。 假若塑料熔體可以同時達到并且充 滿型腔 ， 則認為模具的澆注系統(tǒng)是平衡 的 。 平衡的澆注系統(tǒng)不僅能夠保證塑料制品的良好質量，并且可以保證不同型腔內各個制 件質量、性能等的一致性 [23]。 ? 澆口設計不合理出現(xiàn)的制品缺陷 澆 口設置是個很復雜的問題，正確的選擇澆口位置對成型制品而言至關重要，澆 口位置設計的是否合理可從制品的缺陷中了解到，這就需要設計師對由于澆口位置不 當引起的制品缺陷有清楚的了解。 在塑料制品成型工藝合理的前提下，錯誤的澆口位置可使塑件產生如下缺陷 [24]： ① 注不滿：由 于澆口位置設計在長條形制件的一端、型腔太長，致使塑料熔體過 早冷凝，出現(xiàn)制件注不滿的現(xiàn)象。如果將澆口設計在制件中間較厚載面處，注不滿的 問題會得到很好地改善。 ② 翹曲：澆口位置在較長制件的中間時，會使制件出現(xiàn)翹曲?？赏ㄟ^改變澆口形 狀來改善。 ③ 熔接痕：塑料熔體在型腔中流動時，遇到阻礙物，熔體繞過阻礙物后不能很好 地熔接在一起，則會形成一條明顯的線，即熔接痕。制品因此而產生的熔接痕是不可 消除的，因此需要靈活的選擇澆口位置，使熔接痕留在制品不外露的表面。 ④ 縮坑：當塑料熔體通過一個較薄的截面后，其壓力損失很 大，很難繼續(xù)保持較 高的壓力來填充較厚截面而形成的凹坑。此時，改變澆口位置會改善這一情況。 ⑤ 氣穴：由于塑料熔體前沿匯聚，而在塑料制品內部或者模具型腔表層產生的氣 泡稱為氣穴。塑料熔體中揮發(fā)性氣體含量較多，塑料熔體流動性差，塑料制件表層比 塑料制件中心冷卻快等原因往往會導致氣穴的產生，氣穴對塑料制品的外觀質量及強 度都有很大的影響，可以通過改變澆口位置來控制氣穴的數(shù)目和出現(xiàn)位置。 ? 流道平衡分析原理 華北水利水電大學畢業(yè)論文 14 一 模多腔澆注系統(tǒng)的設計應該保證塑料熔體同時充滿型 腔 [25]。其流道平衡是很重 華北水利水電大學畢業(yè)論文 15 0 要的，分流道作為一模多腔模具中澆注系統(tǒng)的重要組成部分，設計師就需要全面考慮 流道平衡的問題。在不考慮成型工藝的條件下，如何才能影響分流道流量大小，不妨 考查非牛頓流體在半徑為 R ，長度為 流量 Q 隨圓形管 道兩端的壓差 ?p 而變化 ， 兩者之間關系公式如下所示 [26] [27]： ??n???R?P ??- Q ??? ?? ?? （ 2 ?3n ?1???2?0??L ???式中 ， ??表示零剪切黏度 ， 單位 為 ?s； Q 為流量 ， 單位 為 s； R 為圓形 管道半徑 ， 單位為 L 為圓形管道的長度 ， 單位 為 ???為剪切速率 ， 單位 為 s?1 ； ?p 為壓力差，單位 為 從式（ 4 可以看出，在成型工藝條件不變的情況下