塑膠碗三板模設(shè)計(jì)和moldflow模擬
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第一章 概 論
1.1塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位及我國發(fā)展現(xiàn)狀
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)和科學(xué)技術(shù)、交通運(yùn)輸、石油化工、機(jī)械電子、郵政通信、建筑旅游、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、家用電器、教育文化、體育藝術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域，塑料制品無處不在。在目光難及的人造衛(wèi)星、宇宙飛船上，塑料制品占其總體積的一半。甚至塑質(zhì)人體器官、心臟、肺、骨骼等也離不開塑料。我國塑料模的發(fā)展極其迅速。塑料模的設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、CAD技術(shù)、CAPP技術(shù)，以有相當(dāng)規(guī)模的開發(fā)和應(yīng)用。我國在塑料模設(shè)計(jì)技術(shù)上，與發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的差距，參見下表1—1。可見我國在塑料模設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)上的落后。在塑料之間的生產(chǎn)中，高質(zhì)量的模具設(shè)計(jì)、先進(jìn)的模具制造設(shè)備、合理的加工工藝、優(yōu)質(zhì)的模具材料和現(xiàn)代化的成型設(shè)備等是成型優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件【1】。
表1—1 各國計(jì)算機(jī)輔助塑料模設(shè)計(jì)的應(yīng)用情況
技術(shù)名稱 發(fā)達(dá)國家 中國
美國 日本 德國 香港 臺灣 大陸
CAD應(yīng)用
CAE應(yīng)用
Flow軟件
Cool軟件 75%
50%
普及
普及 75%
50%
普及
普及 70%
50%
普及
普及 50%
40%
70%
70% 40%
30%
50%
50% 20%
10%
有應(yīng)用
有應(yīng)用
1.2塑料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢
在塑料之間的生產(chǎn)中，高質(zhì)量的模具設(shè)計(jì)、先進(jìn)的模具制造設(shè)備、合理的加工工藝、優(yōu)質(zhì)的模具材料和現(xiàn)代化的成型設(shè)備等是成型優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件。一幅優(yōu)良的注射模可成型上百萬次，一幅好的壓縮模能成型25萬次以上，這與上述各因素有很大關(guān)系。從塑料模的設(shè)計(jì)、制造、模具的材料以及成型技術(shù)等方面，塑料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢如下：
1）CAD/CAE/CAM技術(shù)的快速發(fā)展和推廣應(yīng)用
利用塑料模流動(dòng)分析CAE系統(tǒng)，輸入有關(guān)參數(shù)，可以進(jìn)行熔體充填模具型腔時(shí)流動(dòng)狀態(tài)的分析、纖維取向的分析、型腔內(nèi)壓力狀態(tài)的分析和溫度分布的分析。模具CAD/CAM系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)輔助某一種類型模具的設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析、繪圖以及數(shù)控加工、自動(dòng)編程等的有機(jī)集成。
2）各種模具新材料的研制和使用
模具材料的選用在模具的設(shè)計(jì)與制造中是一個(gè)比較重要的問題，它直接影響到模具的制造工藝、模具的使用壽命、塑件的成型質(zhì)量和模具的加工成本等。
3）塑料制件的微型化、超大型化和精密化
為了滿足塑料之間在各種工業(yè)產(chǎn)品中的使用要求，塑料成型技術(shù)朝著微型化、大型化甚至超大型化和精密化方面發(fā)展。
4）模具的標(biāo)準(zhǔn)化
為了滿足大規(guī)模制造塑料成型模具和縮短模具制造周期的需要，塑料模具的標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)就行得十分重要了。
1.3 塑料模具的分類
塑料模具是大批生產(chǎn)塑料制品的現(xiàn)代化專用成型工藝裝備的總稱。塑料模具包括：注射模、壓縮模、傳遞模、擠出模、中空吹塑模、真空成型模、壓縮空氣成型模，旋轉(zhuǎn)成型模、發(fā)泡成型模和空氣輔助成型模和水輔助成型模等多種塑料成型模具。
在上述各種塑料模具中，由于注射模具有高效、精密、可成型各種復(fù)雜制品，工藝先進(jìn)等諸多其他成型模具所不及的特點(diǎn)而成為塑料制品成型工藝中最重要的并且起主導(dǎo)作用的模塑成型工藝裝備。在高速發(fā)展中，注射模又將其它成型模具的優(yōu)點(diǎn)吸納、融合和發(fā)展，形成了更加完善，更加優(yōu)越也更加先進(jìn)的一種新的成型技術(shù)。比如將壓縮模的特點(diǎn)和先進(jìn)之處融入注射模中，與注射型模的優(yōu)點(diǎn)和溫流道注射模的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，從而發(fā)展成為注射、壓縮模和溫流道注射、壓縮模，使其制品的內(nèi)在質(zhì)量和成型精度大大提高，應(yīng)用范圍也因此而更加廣泛。
1.4 注射模具的機(jī)構(gòu)組成
注射模具由動(dòng)模和定模兩部分組成，定模部分安裝在主設(shè)計(jì)的固定模板上，動(dòng)模部分安裝在注射機(jī)的移動(dòng)模板上。在注射成型過程中，動(dòng)模隨注射機(jī)上的合模系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)動(dòng)模部分與定模部分由導(dǎo)柱導(dǎo)向而閉合構(gòu)成澆注系統(tǒng)和型腔，塑料熔體從注射機(jī)噴嘴流經(jīng)模具澆注系統(tǒng)進(jìn)入型腔。冷卻后開模時(shí)，動(dòng)模與定模分離，取出塑件。
塑料注射模由以下幾個(gè)組成部分:
1） 成型部分：成型部分由凸模（型心）、凹模以及嵌件和鑲塊等組成。
2） 澆注系統(tǒng)：融融塑料從注射機(jī)噴嘴進(jìn)入模具型腔所流經(jīng)的通道成為澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口及冷料井等組成。
3） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：導(dǎo)向機(jī)構(gòu)分為動(dòng)模與定模之間的導(dǎo)向和推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向。
4） 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)：帶動(dòng)側(cè)向凸模或側(cè)向成型塊移動(dòng)的機(jī)構(gòu)成為側(cè)向側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。
5） 推出機(jī)構(gòu)：推出機(jī)構(gòu)是指模具分型后將塑件從模具中推出的裝置。
6） 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)：為了滿足注射工藝對模具的溫度要求，必須對模具的溫度進(jìn)行控制，所以模具常常設(shè)有冷卻或加熱的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
7） 排氣系統(tǒng)：在注射成型過程中，為了將型腔內(nèi)的氣體排出模外，常常需要開設(shè)排氣系統(tǒng)。
8） 支撐零部件：用來安裝固定或支撐稱心的零部件及前述的各部分機(jī)構(gòu)的零部件均成為支撐零部件。
1.5 pro/e模具設(shè)計(jì)和moldflow分析的介紹
Pro/e在模具設(shè)計(jì)應(yīng)用中主要有Pro/MOL DESIGN模塊和模具設(shè)計(jì)專家EMX，Pro/MOL DESIGN模塊用于設(shè)計(jì)模具部件和模板組裝，EMX主要是根據(jù)模具成型件選擇標(biāo)準(zhǔn)模架，完成模具中的標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)；它們包括如下功能：
1）采用參照設(shè)計(jì)模型的方法，自動(dòng)生成模具型腔幾何體，用不同的縮減補(bǔ)償方式，修改造型幾何體。
2）對單一、多面類似或者多面不同的型腔，采用 Pro/ENGINEER的組裝命令及花樣組來定出型腔。
3）在模擬過程，采用干擾核查的方法支定度及模似模具開口及 Molding Ejection Sequence.
4）備有 AC Technology的 C—Flow/EZ分析軟件，提供空腔沖填及 AIR TRAPPING模擬、 Front、ram速度、weld線及流體速度(Flow Velocity)。
5）直接取得 Pertinent模具設(shè)計(jì)工程的信息，包括沖填器皿及型腔表面積等信息。
可生成摸具的特定功能，包括澆口(Sprue)、澆道(Runner)、澆槽(Gates)、冷凝線(cooling line)及分離線。
6）建立標(biāo)準(zhǔn)模架，添加導(dǎo)向零件、澆注零部件、頂出零件、冷卻系統(tǒng)。
Moldflow是專門用于注塑模的成型模擬的軟件，利用Moldflow軟件在模具加工之前，在計(jì)算機(jī)上對整個(gè)注塑成形過程進(jìn)行模擬分析，包括填充、保壓、冷卻、翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、收縮以及氣輔成形和熱固性材料流動(dòng)分析，找出可能出現(xiàn)的缺陷，提高一次試模的成功率，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期的目的【11】。其主要用途如下：
1）優(yōu)化塑料制品設(shè)計(jì)
塑件的壁厚、澆口數(shù)量、位置及流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)等對于塑料制品的成敗和質(zhì)量關(guān)系重大。以往全憑制品設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)，往往費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，設(shè)計(jì)出的制品也不盡合理。利用Moldnow軟件，可以快速地設(shè)計(jì)出最優(yōu)的塑料制品。
2）優(yōu)化塑料模設(shè)計(jì)
由于塑料制品的多樣性、復(fù)雜性和設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)的局限性，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)往往要經(jīng)過反復(fù)試模、修模才能成功。利用Moldflow軟件，可以對型腔尺寸、澆口位置及尺寸、流道尺寸和冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試模、修模，可大大提高模具質(zhì)量，減少試模次數(shù)。
3）優(yōu)化注塑工藝參數(shù)
由于經(jīng)驗(yàn)的局限性，工程技術(shù)人員很難精確地設(shè)置制品最合理的加工參數(shù)，選擇合適的塑料材料和確定最優(yōu)的工藝方案。Moldflow軟件可以幫助工程技術(shù)人員確定最佳的注射壓力、鎖模力、模具溫度、熔體溫度、注射時(shí)間、保壓壓力和保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間等，以注塑出最佳的塑料制品來【16】。
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