【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）基于CAE的手機(jī)外殼注射成型模擬分析-高分子材料工程

（ 2011屆） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 學(xué) 院（部）： 包裝與材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 高分子材料工程 學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí)： 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 工程師 最終評(píng)定成績(jī) 2011 年 06 月 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 學(xué) 院（部）： 包裝與材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 高分子材料與工程 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師姓名： 工程師 2011 年 06 月湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 本文 采用 ） 進(jìn)行手機(jī)外殼的 三維造型， 且 利用 軟件對(duì)其 注塑成型過(guò)程進(jìn)行分析模擬，包括充填、流動(dòng)、保壓、冷卻等各個(gè)方面，獲得了最佳澆口位置、熔接痕位置、困氣、流動(dòng)時(shí)間、壓力和溫度分布的準(zhǔn)確信息。 對(duì) 澆口位置 進(jìn)行 優(yōu)化， 選出最佳的進(jìn)澆位置方案。以優(yōu)化后的進(jìn) 澆方案為進(jìn)澆點(diǎn)，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)， 然后進(jìn)行了翹曲變形分析的正交試驗(yàn)。 翹曲變形是注塑成型過(guò)程的綜合反映，文中的變形分析以翹曲變形量 作為質(zhì)量指標(biāo)。采用多因素正交試驗(yàn)的方法進(jìn)行變形分析，獲得了塑料 聚碳酸酯 （ ,苯乙烯共聚物（ 在熔料溫度、保壓壓力、冷卻時(shí)間三個(gè)因素三水平下成型手機(jī)外殼， 比較了不同工藝參數(shù)對(duì)翹曲變形量的影響程度，得到了優(yōu)化的工藝參數(shù)組合。 經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的進(jìn)澆位置和工藝參數(shù)方案，使得 產(chǎn)品的 翹曲變形量從 塑冷卻時(shí)間由 20 5s；氣泡問(wèn)題 也有了明顯的改善。 這對(duì)于提高塑件制品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期、提高模具設(shè)計(jì)水平等都具有重要的指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞 ： 料，注射成型 ,工藝參數(shù)優(yōu)化 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） n E) to of to of of of of To by a is a of in of of as a to , in of of on of of 0 s to 5s; so 南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 錄 第 1 章 緒論 . 1 引言 1 研究背景 1 研究意義 1 發(fā)展趨勢(shì) 1 模擬過(guò)程的理論基礎(chǔ) 2 注射成型原理 2 塑料的塑化 3 螺桿式塑化過(guò)程 3 注塑過(guò)程 4 注塑 術(shù)理論 5 本論文主要任務(wù) 6 第 2 章 手機(jī)外殼建模 . 7 手機(jī)產(chǎn)品造型 7 型前工作設(shè)定 7 實(shí)體的創(chuàng)建 7 體造型的特征分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 8 第 3 章 手機(jī)外殼注射成型預(yù)分析 . 9 產(chǎn)品成型條件 9 最佳進(jìn)澆位置預(yù)分析 12 最佳澆口位置成型分析 13 析結(jié)果 14 析結(jié)果 15 第 4 章 進(jìn)澆位置優(yōu)化 . 17 進(jìn)澆位置設(shè)計(jì)方案 17 進(jìn)澆位置方案分析結(jié)果比較 19 小結(jié) 26 第 5 章 翹曲優(yōu)化方案研究 . 27 翹曲變形 正交試驗(yàn)研究 27 實(shí)驗(yàn)條件假設(shè) 27 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 工藝參數(shù) 27 澆注系統(tǒng)和冷卻水路設(shè)置 28 翹曲變形試驗(yàn)分析 29 分析 31 結(jié)論 . 33 參考文獻(xiàn) . 34 致謝 . 36 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 引言 研究 背景 注射成型是聚合物材料的主要加工方法之一，其生產(chǎn)效率高，能成型外形復(fù)雜、尺寸精確或帶嵌件的塑料件。該方法成型的制品約占塑料制品總量的 20% 30% ,其中工程塑料制品約 80%是采用注射成型制得 的 1。伴隨著注塑模具工業(yè)的飛速發(fā)展 , 對(duì)塑料制品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，如塑件的高精度、輕量化、高強(qiáng)度等等，傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)模具的方法已無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前的形勢(shì)對(duì)于任何注射成型模具來(lái)說(shuō)，最重要的是 控制熔融塑料在模具中的流動(dòng)方式。產(chǎn)品的許多缺陷（如氣孔、 翹曲等）影響了制 品的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量，使制件難以滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，而所有這些都與熔融塑料在模具中的流動(dòng)方式有關(guān)。其相關(guān)模具及工藝技術(shù)逐步成為模具行業(yè) 2。 研究 意義 本論文主要針對(duì)注塑成型過(guò)程進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)典型案例的分析，嘗試?yán)?過(guò)該畢業(yè)論文，綜合所學(xué)專 業(yè)知識(shí)，熟練的運(yùn)用塑料成型的基本理論知識(shí)及各種專業(yè)軟件，培養(yǎng) 在實(shí)際生產(chǎn)中分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，加深理論知識(shí)的理解，強(qiáng)化實(shí)際中的感性認(rèn)識(shí)。設(shè)計(jì)過(guò)程也是理論聯(lián)系實(shí)際的過(guò)程，能培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí) 際的設(shè)計(jì)思想，并學(xué)會(huì)使用手冊(cè)、查詢相關(guān)資料等，為以后的工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 發(fā)展趨勢(shì) 塑料產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到注塑生產(chǎn)包括塑料制品設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具加工制造和注塑成型等幾個(gè)主要方面，它需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、模具設(shè)計(jì)師、模具加工工藝師及注塑工藝師協(xié)同完成，是一個(gè)設(shè)計(jì)、修改、再設(shè)計(jì)的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過(guò) 程 2。 傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)人員的直覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)，模具設(shè)計(jì)加工完以后需要經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試與修正才能正式投人生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，不僅要重新調(diào)整工藝參數(shù)，甚至要修湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 改塑料制品和模具，這種生產(chǎn)方式制約了新產(chǎn)品 的開(kāi)發(fā)。利用 術(shù)分析軟件在模具加工之前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過(guò)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、收縮以及氣輔成型和熱固性材料流動(dòng)分析，找出未來(lái)產(chǎn)品可能出現(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。 實(shí)踐證明，塑料注射成型模擬技術(shù)對(duì)加快塑料制品的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、提高塑料制品質(zhì)量、降低成本起著關(guān)鍵作 用 3。 ，塑料產(chǎn)品 、 塑料模具的設(shè)計(jì)不但要采用 且還要采用 這是必然的發(fā)展趨勢(shì)。 美國(guó) 1976年發(fā)行了世界上第一套流動(dòng)分析軟件以來(lái)，一直主導(dǎo)著 注塑 成型 模具的溫度場(chǎng)進(jìn)行三維模擬，對(duì)于制品在其厚度方向上采用解析解來(lái)計(jì)算溫度分布，并通過(guò)制品的熱流量將二者完全耦合進(jìn)行迭代求解。同時(shí)將模具的溫度場(chǎng)與冷卻管道中冷卻介質(zhì)的能量方程聯(lián)立起來(lái)求解，因此可以可靠地計(jì)算制品模具及模具冷卻介質(zhì)間的界面溫 度 4。 近幾年在汽車(chē)、家電、電子通訊、化工、日用品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 本文采用的 析軟 件是著名注塑成型模擬分析軟件 塑成型模擬分析，簡(jiǎn)稱 利用其 的流動(dòng)（ 冷卻（ 翹曲（ 析模塊 對(duì)一個(gè) 手機(jī)外殼 進(jìn)行模擬流動(dòng)分析，通過(guò) 進(jìn)澆位置 、翹曲模擬分析優(yōu)化設(shè)計(jì) 。 模擬過(guò)程的理論基礎(chǔ) 注射成型原理 注塑是將塑料熔體以高壓高速注入閉合的模具型腔內(nèi)，經(jīng)冷卻定性后，得到和模具型腔一致的塑料制品的成型方法。 用注塑的方法加工塑料制品，不僅精度高、質(zhì)量好，而且生產(chǎn)效率高，可 以加工出外形復(fù)雜、花紋精細(xì)的模制品。塑料因具有美觀輕巧、耐磨耐腐蝕、優(yōu)異的絕緣性能，已備受人們關(guān)注。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使用塑膠制品的數(shù)量與日俱增，并且廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)。 注塑的必要條件為： a，塑料必須以熔融狀態(tài)注入型腔； b，熔融塑膠必須具有足夠的壓力和速度，以保證能及時(shí)充滿型腔。注塑機(jī)必須具備塑化、注射和成型三個(gè)基湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 本功能。注塑機(jī)主要由注射裝置和鎖模裝置兩大部分組成。注射裝置的主要功能是完成塑料的塑化和注射。因此注射裝置應(yīng)具有塑化良好、計(jì)量精確，且在注射時(shí)能給熔融塑膠提供足夠的壓力和速 度。鎖模裝置應(yīng)確保模具能可靠開(kāi)合，使模具完成成型的基本功能。鎖模裝置還應(yīng)具有足夠的鎖模力，以防止注射時(shí)，高壓熔體將模具撐開(kāi)，使制品產(chǎn)生溢邊或精度下降。 塑料的塑化 注塑中的塑化過(guò)程是將固體狀的塑料粒料（或粉狀料）經(jīng)過(guò)加熱、壓實(shí)、混煉，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榫酿ち鲬B(tài)的過(guò)程。所謂均化，是指將塑料熔體混合起來(lái)，使溫度達(dá)到均勻分布，并使塑料熔體具有均勻的密度，黏度和成分。因此在塑化過(guò)程中，最重要的是應(yīng)該保證塑料熔體 能達(dá)到要求的溫度，并能保證塑料熔體的溫度具有最大的均勻性。所以 影響塑化過(guò)程的重要因素是熱量導(dǎo)入和 轉(zhuǎn)換條 件 5。由于本文只涉及到螺桿式注塑機(jī)，所以下面我們來(lái)介紹一下螺桿式塑化過(guò)程。 螺桿式塑化過(guò)程 塑料通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿的輸送作用，不斷沿螺槽方向向前運(yùn)動(dòng)。塑料在這種運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，經(jīng)歷了料筒的加熱、螺桿摩擦熱及剪切熱的共同作用，逐步受熱軟化，最后成為熔體（即處于熔融黏流狀態(tài)）。熔體在螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)作用下被推至螺桿頭部并儲(chǔ)存在料筒前端的頭部（即存料區(qū)），隨著存料區(qū)熔體的增多，熔體在存料區(qū)內(nèi)占用的空間也逐步變大，存料區(qū)中熔體對(duì)螺桿產(chǎn)生反作用力，反作用力作用于螺桿上推動(dòng)螺桿往后退，螺桿能否后退及后退速度 的大小取決于螺桿后退所要克服的各種阻力的大?。ㄈ缒Σ磷枇?、注射油壓缸內(nèi)工作油的回泄阻力即注射油缸的背壓）。螺桿后退至一定距離后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，存料區(qū)總?cè)垠w體積也就確定下來(lái)，此時(shí)預(yù)塑計(jì)量過(guò)程便結(jié)束。注射時(shí)，螺桿作軸向移動(dòng)，將存料區(qū)中經(jīng)計(jì)量好的熔料射入模腔中。 綜上所述，塑料在注塑螺桿中的塑化過(guò)程分為三段，依次為固體輸料區(qū)、熔融區(qū)、熔體輸送區(qū)。注塑螺桿的塑化過(guò)程主要發(fā)生在螺桿的熔融區(qū)。塑料熔體在螺槽內(nèi)作橫向流動(dòng)，使塑料熔體在螺槽內(nèi)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并形成環(huán)流，這樣就促進(jìn)了物料的混合，所以在徑向上熔體溫度可達(dá)到很大程度的均 勻性。 注塑螺桿工作時(shí)一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊后退，注塑螺桿的塑料過(guò)程是螺桿軸向后退移動(dòng)的計(jì)量過(guò)程，螺桿的后退使螺桿的有效工作長(zhǎng)度減短，這樣塑料在注塑螺桿的一次塑化湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 過(guò)程中，先前和其后加入的塑料所受的熱經(jīng)歷就存在明顯差異。因?yàn)樽⑺苈輻U的塑化能力隨螺桿有效工作長(zhǎng)度的縮短而逐漸下降，同時(shí)塑化了的熔體溫度沿螺桿軸向長(zhǎng)度上的分布是不均勻的。在軸向上仍然保持一定程度上的不均勻性。 注塑過(guò)程 已塑化的塑料以熔融狀態(tài)儲(chǔ)存于機(jī)筒的存料區(qū)中，在螺桿注射壓力的作用下，熔料以一定的速率流經(jīng)機(jī)筒、噴嘴、模具澆注系統(tǒng)等處兒注入模腔中 。螺桿注射時(shí)作用在熔料上的壓力因要克服熔料所流經(jīng)的各部分流動(dòng)阻力而逐漸下降。熔料能否充滿型腔，主要取決于注射壓力、注射速率、熔料溫度、模具溫度、澆口及噴嘴的形狀與尺寸等因素。在其他工藝條件一定的情況下，熔料所能流過(guò)的路程長(zhǎng)短，主要取決于熔料的壓力和流動(dòng)速度。 熔體在噴嘴區(qū)中的流動(dòng) 噴嘴是注塑機(jī)的機(jī)筒于模具之間的連接裝置 ， 當(dāng)注射時(shí)，在螺桿推力的作用下，熔體以很高的流動(dòng)速度通過(guò)噴嘴而流入模腔。當(dāng)熔體以高速流經(jīng)小孔徑的噴嘴時(shí)，會(huì)受到很大的剪切作用，此時(shí)有部分壓力能經(jīng)阻力損失而轉(zhuǎn)變成熱量，使熔體 溫度上升，并起到進(jìn)一步塑化和均化的作用。此外，另一部分壓力將轉(zhuǎn)變成速度能，使熔體流速加快。因此，噴嘴結(jié)構(gòu)及尺寸影響注射時(shí)熔體的壓力損失和溫度變化。 熔體在模腔中的流動(dòng) 在塑料的注塑過(guò)程中，模腔壓力隨注射時(shí)間的變化而變化。由于影響模腔壓力大小和分布的因素很多，諸如注射裝置的類型、制品和模具結(jié)構(gòu)、成型工藝條件等。所以在加工同一制品時(shí)，所使用的注射壓力相差很大。成型制品的質(zhì)量與熔料在注塑充模時(shí)的狀態(tài)有密切的關(guān)系，而充模壓力則是描述熔料流動(dòng)及其狀態(tài)變化的重要參數(shù)。 根據(jù)注射過(guò)程模腔壓力的變化情況 ，把注射過(guò)程劃分為如下幾個(gè)階段： （ 1） 充模階段：塑料熔體經(jīng)澆口注入模腔內(nèi)并逐步充模模腔。 （ 2） 壓實(shí)階段：在注射壓力的作用下，把模腔內(nèi)的熔料壓實(shí)增密，模腔壓力急劇上升至最大值。 （ 3） 保壓階段：模腔內(nèi)物料因模具的冷卻作用而產(chǎn)生收縮，在保壓壓力作用下，少量的熔體流入模腔進(jìn)行補(bǔ)料增密，此階段的模腔壓力開(kāi)始緩慢下降。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 （ 4） 倒流階段：此階段只發(fā)生在模具澆口沒(méi)有封閉，而保壓時(shí)間提前結(jié)束時(shí)的情況，此時(shí)模腔內(nèi)高壓熔體將向外倒流，模腔壓力快速下降，直至澆口封閉時(shí)為止。 （ 5） 冷卻階段：因澆口已封閉，此時(shí)沒(méi)有熔料進(jìn)入或倒 流出模腔，模腔壓力隨冷卻而逐步下降，直至開(kāi)模頂出制品為止。 開(kāi)模頂出制品 開(kāi)模頂出制品是成型周期的最后一個(gè)階段。開(kāi)模頂出時(shí)間是影響注塑機(jī)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素之一，同時(shí)對(duì)制品頂出后的后續(xù)變形和尺寸穩(wěn)定性有著重要的影響。 對(duì)于非結(jié)晶型材料，確定開(kāi)模頂出制品的時(shí)間應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件： （ 1） 壓力條件：開(kāi)模頂出時(shí)，模腔內(nèi)壓力應(yīng)為零。 （ 2） 溫度條件：模腔內(nèi)制品截面的溫度情況決定了制品的冷凝層厚度，為了提高制品尺寸穩(wěn)定性 ， 應(yīng)把中心層溫度達(dá)到玻璃化溫度時(shí)的時(shí)間作為確定開(kāi)模頂出時(shí)間的另一個(gè)條件。 注塑 術(shù)理論 注塑 術(shù)就是根據(jù)塑料加工流變學(xué)和傳熱學(xué)的基本理論 ,建立塑料熔體在模具型腔中流動(dòng)、傳熱的物理模型 ,并利用計(jì)算機(jī)理論構(gòu)造其求解方程 ,最終利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)在計(jì)算機(jī)屏幕上形象、直觀地模擬出實(shí)際成型中熔體的動(dòng)態(tài)充填、保壓和冷卻過(guò)程等 ,定量給出成型過(guò)程中的狀態(tài)參數(shù)如壓力、溫度、速度 等 6。 性力學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)采用有限元計(jì)算方法來(lái)模擬整個(gè)注塑過(guò)程及這一過(guò)程對(duì)注塑成形產(chǎn)品質(zhì)量的影 響 7。 件將試驗(yàn)數(shù)據(jù)用兩種公式表示，變成計(jì) 算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)形式，見(jiàn)式 (1)、式 (2)。 = (1) 其中，為粘度； 為剪切率； 為粘度系數(shù)； 為剪切系數(shù)； =2X+456 (2) 式中： 為粘度； 個(gè)系數(shù) 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 該軟件用三維有限元迭代法來(lái)預(yù)測(cè)熔融體流動(dòng)路線，即熔融體從模具澆口流動(dòng)到模腔內(nèi)最后充滿的那一點(diǎn)的路線它通過(guò)對(duì)模具型腔進(jìn)行液體的有限元網(wǎng)格 劃分，取得熔融體流動(dòng)前鋒位置的節(jié)點(diǎn)，計(jì)算時(shí)從原點(diǎn)已經(jīng)計(jì)算出來(lái)的熔融體前鋒某一節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，向與節(jié)點(diǎn)相連的另一組節(jié)點(diǎn)過(guò)渡 。 在計(jì)算過(guò)程中，自動(dòng)調(diào)整迭代參數(shù)以及其他相關(guān)系數(shù)來(lái)求解非牛頓流體、非等溫狀態(tài)下的流動(dòng)方程和熱傳遞方程，完成一次計(jì)算，熔融體流動(dòng)前鋒的位置向前增加一點(diǎn)，最后模擬出熔融體的流動(dòng)充型過(guò)程 。 它可以模擬塑料制品在注塑成形過(guò)程中的流動(dòng)、保壓和冷卻過(guò)程以及預(yù)測(cè)制品中的應(yīng)力分布分子取向收縮和翹曲變形等，幫助設(shè)計(jì)人員及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)修改模具設(shè)計(jì)，提高一次試模成功率，幫助企業(yè)縮短產(chǎn)品上市周期，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能 力 8。 論文 主要任務(wù) 本課題的主要工作有以下幾方面： 1）運(yùn)用三維軟件 進(jìn)行手機(jī)外殼建模，并且將手機(jī)外殼模型轉(zhuǎn)化成 式； 2）了解成型 手機(jī)外殼所用材料的特性參數(shù)； 3）運(yùn)用 件對(duì)手機(jī)外殼模型進(jìn)行澆口位置分析，得到成型的基本參數(shù)； 4）對(duì)手機(jī)外殼模型的進(jìn)澆位置進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行分析，分析結(jié)果，選出進(jìn)澆位置最佳的方案； 5）以第四步優(yōu)化后選出的進(jìn)澆位置方案為進(jìn)膠點(diǎn)，建立澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，以保壓力，熔體溫度，冷卻時(shí)間為變量進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化工藝參數(shù)，以獲得翹曲量最小的工藝參數(shù)方案。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2 章 手機(jī)外殼建模 手機(jī)產(chǎn)品造型 在傳統(tǒng)的異型產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和加工當(dāng)中 ， 往往是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)零件外形 ， 通過(guò)手工做模來(lái)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和加工 、 加工出來(lái)的產(chǎn)品 ， 往往一次不能滿足要求 。 這就要求不斷修改產(chǎn)品設(shè)計(jì) ， 從而導(dǎo)致修模 ， 甚至整個(gè)模具報(bào)廢 ， 致使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期加長(zhǎng) ， 成本大大增加 ； 采用最新 可以大大縮短產(chǎn)品研究周期、模具設(shè)計(jì)和加工周期 ； 提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性 ,降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和模具成本。 開(kāi)發(fā) 它是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng) ，具有參數(shù)化設(shè)計(jì) ， 三維實(shí)體模型 ， 特征驅(qū)動(dòng)和單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能等特性。 具備概念設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)的功能 ， 為模具的集成制造提供了優(yōu)良的平臺(tái)。它有如下功能 :特征功能 ； 參數(shù)化 ； 通過(guò)零件的特征值之間 ； 載荷 /邊界條件與特征參數(shù)之間的關(guān)系來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì) ； 支持大型、復(fù)雜裝配件的設(shè)計(jì) ； 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性 ， 即任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的其它功能變動(dòng)。 型前工作設(shè)定 下面就以手機(jī)殼為例具體講述 術(shù)在手機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ； 手機(jī)產(chǎn)品的三維造型設(shè)計(jì)?；舅悸肥怯牲c(diǎn)線面實(shí)體 ； 采用基于參數(shù) 化、特征的三維實(shí)體造型技術(shù)完成整個(gè)產(chǎn)品的 設(shè)計(jì) 9， 10。 在造型前 , 在硬盤(pán)上設(shè)立相應(yīng)的工作目錄 ， 之后在新建的零件目錄下進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置 ， 具體有下列項(xiàng)目 ： 繪圖精度的設(shè)定、單位設(shè)定、公差設(shè)置等 ， 具體的數(shù)據(jù)可視情況而定。 體的創(chuàng)建 起先在基準(zhǔn)平面下進(jìn)行草繪 ：建立中心線，繪矩形 1355 運(yùn)用拉伸工具，拉伸高度 30生成最初模型 長(zhǎng)方體 ； 在長(zhǎng)方體直接采用切減或繪制一定的 曲面外型合并再切減生成具體外型 ， 再進(jìn)行相應(yīng)的倒角；運(yùn)用殼特征進(jìn)行抽殼，使得變成有一定厚度的殼體； 在此基礎(chǔ)上運(yùn)用打孔 或者拉伸工具 ， 并利用陣列等特性繪制手機(jī)按鍵 ； 屏幕區(qū)的繪制切除 ， 不同的特征有不同的繪制方法 ， 可根據(jù)自己所繪湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 實(shí)體相應(yīng)變動(dòng) ， 總之具體方法大同小異 ， 只是曲面的繪制有難易而已。對(duì)曲面特征的修改也是必不可少的 , 因?yàn)閷?duì)于工業(yè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō) , 一步到位是非常困難的 ,， 需要不斷地修改 ； 具體修改可借助 E 的參數(shù)化功能 ， 快速對(duì)手機(jī)殼子模型做修改 ， 其操作非常方便。 手機(jī)外殼體三視圖： 圖 機(jī)外殼三視圖 體造型的特征分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 對(duì)工業(yè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō) ， 除了外觀上的考慮 ， 還要對(duì)其特性做一些分析 , 如模塊的體積、表面積、重心等 ， 也需要對(duì)模型中的點(diǎn)、線、面的位置特點(diǎn)做一些分析 , 具體步驟如下 ： 在菜單欄的 選取要分析的內(nèi)容進(jìn)行分析。接下來(lái)針對(duì)手機(jī)殼子作最優(yōu)化設(shè)計(jì) , 目的是通過(guò)控制殼體的厚度來(lái)達(dá)到規(guī)定的模型質(zhì)量。其具體步驟 ： ( 1) 選取最優(yōu)化參數(shù)的具體數(shù) 據(jù) ； ( 2)設(shè)置具體的優(yōu)化參數(shù) ； ( 3) 設(shè)置可控制的尺寸參數(shù) ； (4) 通過(guò)軟件 優(yōu)化 ， 獲取優(yōu)化結(jié)果 ； ( 5) 根據(jù)需要再次優(yōu)化 計(jì)。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3 章 手機(jī)外殼注射成型預(yù)分析 分析的基本流程包括建立新的工程項(xiàng)目，導(dǎo)入 型，劃分網(wǎng)格，診斷和編輯網(wǎng)格，選擇分析類型，選擇成型材料，選擇澆口位置，工藝參數(shù) 采用默認(rèn) ，創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)，然后開(kāi)始分析，最后生成分析報(bào)告。由于是初步成型分析，所以在成型工藝參數(shù)設(shè)置過(guò)程中均保留程序默認(rèn)設(shè)置 。 產(chǎn)品成型條件 在上述 e 軟件建模 的基礎(chǔ)上 ,并刪除不必要的細(xì)節(jié)如倒角 ,通過(guò) e 軟件的導(dǎo)出工具，將手機(jī)外殼模型轉(zhuǎn)變?yōu)?式 ；運(yùn)行 件 ，將轉(zhuǎn)換好的 行分析 。 材料 選擇 ： 標(biāo)準(zhǔn)材料庫(kù)中的 2950 料名稱為：丙烯腈 乙烯共聚物 C，屬于無(wú)定型塑料。此 表 3熱容 J/ ) 玻璃化溫?zé)?擴(kuò)散率 ) 泊松導(dǎo)系數(shù) (m ) 彈性模 量 E(泊松比 ， u 導(dǎo)熱系數(shù) K(w 1870 144 03 材料在 (a)模具溫度范圍在60 82 ，推薦值為 7l ； (b)熔體溫度范圍在 248 285 。推薦值為 267 ，最大為 325 。另外，此材料最大剪切應(yīng)力為 大剪切速率為 40000(1/s)。 綜合考慮注塑件尺寸和計(jì)算效率 ,采取 格進(jìn)行分析 ,設(shè)置 擊 可生成有限元模型 ,見(jiàn)圖 型導(dǎo)人 于本實(shí)例利用了 面 )網(wǎng)格進(jìn)行劃分。 格是雙層面網(wǎng)格，它創(chuàng)建在模型的上、下 2 層表面上，一般用于薄壁實(shí)體模型的分析。雙層面網(wǎng)格采取了一系列相關(guān)的算法，將沿中面流動(dòng)的熔體轉(zhuǎn)化為上、下表面協(xié)調(diào)流動(dòng)的雙股流 9不過(guò)它必須將所有表面網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行厚度方向上的匹配，低于 50的匹配率將會(huì)導(dǎo)致分析失敗。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 品有限元模型 然后用 網(wǎng)格狀態(tài)統(tǒng)計(jì) )命令查看網(wǎng)格的狀態(tài)信息 ,結(jié)果如下 : 三角形單元 13960 個(gè) ,節(jié)點(diǎn)單元 6938 個(gè) ,連通域 1 個(gè) ,交疊邊數(shù)量 0 個(gè) ,表面積 與 體積為 表面積為 基本一致。在自由邊、交叉邊和縱橫比方面有些缺陷 ,可以用然后進(jìn)行注塑分析。 圖 切速率 黏度曲線 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 如圖 一種溫度對(duì)應(yīng)不同的顏色和圖標(biāo)形狀），黏度和剪切 速度的關(guān)系。在相同溫度下，剪切速率越高，塑膠黏度越低；剪切速率相同時(shí)，溫度越高，塑膠黏度越低。單擊對(duì)話框左下角的查詢按鈕 ，當(dāng)溫度為 285 ，剪切速率由 0000度由 s 降至 s；在剪切速率接近 100 溫度由 285 降至 時(shí)，黏度 由 s。所以在注射過(guò)程中，增加剪切率和 提高 熔體溫度都是降低熔體黏度、改善塑膠流動(dòng)性的途徑。 圖 線 如圖 （每一種載荷對(duì)應(yīng)不同的圖標(biāo)形狀），溫度和體積比容的關(guān)系。在相同載荷下，塑膠體積會(huì)隨著溫度的升高而膨脹；溫度相同時(shí)，載荷越大，塑膠的體積越小。單擊對(duì)話框左下角的查詢按鈕 ，當(dāng)載荷為 100度由 25 升至 285 時(shí)，塑膠的體積也 g 由變?yōu)?g；不變，載荷由 0加至 200，塑膠的體積由 g g。在注射過(guò)程中，塑膠的體積會(huì)隨著溫度的降低而收縮；保壓階段在保壓壓力補(bǔ)縮的作用下降型腔 內(nèi)的塑膠壓實(shí)；位置塑膠的體積不變；冷卻階段和開(kāi)模后，在溫度由高溫降至室溫這一段時(shí)間內(nèi)，塑膠產(chǎn)品會(huì)繼續(xù)收縮，直至產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定為止。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 佳 進(jìn)澆位置 預(yù) 分析 為了更好地設(shè)置澆口位置，利用 分析類型中 設(shè)為 “澆口位置” ，進(jìn)行澆口位置分析。 實(shí)驗(yàn)步驟 : 1) 打開(kāi)電腦，運(yùn)行 2) 點(diǎn)擊“文件”，“新建工程”，輸入工程名稱； 3) 點(diǎn)擊“文件” ,“導(dǎo)入”，選擇手機(jī)模型文件，點(diǎn)擊“打開(kāi)”，手機(jī)外殼模型導(dǎo)入 4) 選擇材料，材料類 型為“ 2950 5) 選擇分析類型，點(diǎn)擊“分析”，在下拉菜單中選擇“澆口位置” 6) 工藝參數(shù)采用默認(rèn)； 7) 以上參數(shù)設(shè)置好后，點(diǎn)擊“立即分析” ， 軟件就開(kāi)始進(jìn)行分析。 圖 分析最佳澆口位置 如圖 據(jù)此分析結(jié)果，我們可以來(lái)分析制品的最佳進(jìn)澆位置 （節(jié)點(diǎn) 262） 。在實(shí)際工作中，對(duì)模具設(shè)計(jì)者而言，經(jīng)驗(yàn)往往占據(jù)著主導(dǎo)性，但是光憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是不能完全具備說(shuō)服力的，所以我們應(yīng)該借助軟件的分析， 再輔以足夠的成型經(jīng)驗(yàn)，那么我們的一定能得到最佳優(yōu)化結(jié)果。 可以看出，藍(lán) 色處屬于最佳進(jìn)澆點(diǎn)位置，淺藍(lán)色和綠色處稍差些，紅色處位于制件 邊緣，充型長(zhǎng)度較大且流動(dòng)不平衡，比較差。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 佳澆口位置成型分析 在上述的分析中，得到 件分析的最佳澆口，預(yù)分析的澆口選擇節(jié)點(diǎn)262 作為澆口位置， 建立澆注系統(tǒng)，運(yùn)用建模 工具 ，先建立點(diǎn)，再建立線，最后進(jìn)行網(wǎng)格分析， 澆注系統(tǒng)如圖 。 圖 注系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)采用兩排冷卻水管，水管數(shù)為 8支，直徑為 8 離制品的距離為 20水管之間的距離為 15卻水管超出產(chǎn)品外 5 。 圖 卻系 統(tǒng) 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 析 結(jié)果 分析結(jié)果主要有填充時(shí)間、速度 /壓力轉(zhuǎn)換時(shí)的壓力、氣穴及熔接痕等。 實(shí)驗(yàn)步驟 如下 : 1） 打開(kāi)電腦，運(yùn)行 2） 點(diǎn)擊“文件”，“新建工程”，輸入工程名稱； 3） 點(diǎn)擊“文件” ,“導(dǎo)入”，選擇手機(jī)模型文件，點(diǎn)擊“打開(kāi)”，手機(jī)外殼模型導(dǎo)入 4） 建立澆注系統(tǒng)如圖 置澆口； 5） 選擇材料，材料類型為“ 2950 6） 選擇分析類型，點(diǎn)擊“分析”，在下拉菜單中選擇“冷卻 +流動(dòng) +翹曲”； 7） 建立冷卻系統(tǒng)，按照?qǐng)D 工藝參數(shù)采用默認(rèn)； 8） 以上參數(shù)設(shè)置好后，點(diǎn)擊“立即分析”；軟件就開(kāi)始進(jìn)行分析 ； 圖 充時(shí)間 圖 （論文） 15 如圖 示，手機(jī)前蓋是在 時(shí)間內(nèi)完成熔體填充，熔體從澆口往兩邊同時(shí)流動(dòng)。紅色區(qū)域?yàn)樽詈筇畛鋮^(qū)域，話筒部分和聽(tīng)筒部分的填充時(shí)間 有一定 ，這說(shuō)明 不 能夠保證填充平衡。如圖 示，轉(zhuǎn)換點(diǎn)澆口壓 力為 中澆口位置的壓力在通過(guò)轉(zhuǎn)換點(diǎn)后有 低為保壓壓力 此壓力控制下繼續(xù)充滿整個(gè)型腔，然后進(jìn)入保壓階段。如圖 示，分析預(yù)測(cè)的產(chǎn)品上氣穴非常明顯，熔接痕也很明顯，這樣的模擬結(jié)果很不理想，在實(shí)際生產(chǎn)如真的產(chǎn)生這樣的氣穴和熔接痕，那么制件會(huì)很容易發(fā)生斷裂現(xiàn)象。因此，在進(jìn)一步的 優(yōu)化 分析中需要努力修繕這些缺陷。 析 結(jié)果 冷卻分析用來(lái)分析模具內(nèi)的熱傳遞，主要包含塑件和模具的溫度、冷卻時(shí)間等。段對(duì)制件質(zhì)量影響非常大， 冷卻的好壞直接影響著制件的最終表面質(zhì)量、制件殘余應(yīng)力和結(jié)晶度等。冷卻時(shí)間的長(zhǎng)短決定了制件脫模時(shí)的溫度和成型周期的長(zhǎng)短，直接影響到產(chǎn)品成本的高低。 圖 卻劑溫度 圖 件最高溫度圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 件冷凝時(shí)間 圖 卻劑流速 如圖 示，冷卻介質(zhì)最低溫度與最高溫度之差為 ，而最高溫度與室溫差不多，也就是說(shuō)，整個(gè)冷卻系統(tǒng)模擬所產(chǎn)生的效果是比較理想的。如圖 示，制件的最高溫 度為 ，這比制件頂出時(shí)的默認(rèn)設(shè)置溫度 90 小得多，說(shuō)明 冷卻 有很大的調(diào)節(jié)空間 。圖 3示為制件冷凝時(shí)間，圖 3示為冷卻劑流速，這些數(shù)據(jù)可以作為調(diào)整工藝參數(shù)時(shí)的參考數(shù)據(jù)和判斷依據(jù)。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第 4 章 進(jìn)澆位置優(yōu)化 填充分析主要根據(jù)動(dòng)態(tài)的填充結(jié)果來(lái)查看填充行為是否合理，填充是否平衡，能否完成對(duì)制件的完全填充等。避免出現(xiàn)短射以及流動(dòng)不平衡等問(wèn)題，同時(shí)盡可能采用較低的注塑壓力、鎖模力，以降低制件生產(chǎn)對(duì)注塑機(jī)的參數(shù)要求。澆口位置和數(shù)目對(duì)流動(dòng)平衡影響很大，對(duì)于復(fù)雜制件，往往無(wú)法確定 合適的澆口位置和數(shù)目以保證型腔內(nèi)的流動(dòng)平衡，利用流動(dòng)分析，可以很快地預(yù)測(cè)到不同澆口位置和數(shù)目對(duì)流動(dòng)平 衡的影響 11。 澆位置設(shè)計(jì)方案 澆口數(shù)量的多少影響產(chǎn)品的成型質(zhì)量， 澆口數(shù)量較多，熔體在型腔中流動(dòng)的流程較短，所需注射壓力較低，但可能會(huì)使熔接痕的數(shù)目增多；相反，如果澆口數(shù)量較少，盡管熔接痕的數(shù)目可能會(huì)減少，但由于流程較長(zhǎng)，所需的注射壓力較高，制品內(nèi)的殘余應(yīng)力也相應(yīng)增高，并可能會(huì)導(dǎo)致注塑件產(chǎn)生翹曲變 形 12， 13。 根據(jù)產(chǎn)品的表面質(zhì)量和使用要求，按照前面分析得出的最佳澆口位置，根據(jù)產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì) 要求， 設(shè)計(jì) 了 6種不同的澆口方案。 方案 1 單澆口 澆口位于預(yù)分析得到的最佳澆口位置 （節(jié)點(diǎn) 262） 。 方案 2 雙澆口 澆口分別設(shè)在預(yù)分析的最佳位置 （節(jié)點(diǎn) 262） 和聽(tīng)話筒固定柱內(nèi) （節(jié)點(diǎn) 4798） 。 方案 3 三澆口 澆口分別設(shè)置在預(yù)分析的最佳位置 （節(jié)點(diǎn) 262） ，聽(tīng)話筒固定柱內(nèi) （節(jié)點(diǎn) 4798） 和按鍵固定板 下邊緣中點(diǎn) （節(jié)點(diǎn) 2038） 上。 方案 4 三澆口 澆口分別設(shè)置在 顯示屏的下邊緣 左側(cè)（節(jié)點(diǎn) 204） ，聽(tīng)話筒固定柱 外（ 2283） 和按鍵固定板 下邊緣 右側(cè) 上 （節(jié)點(diǎn) 3079）。 方案 5 四澆口 澆口分別設(shè)置在 按鍵固定板邊緣（ 節(jié)點(diǎn) 1046），按鍵固定板（ 節(jié)點(diǎn) 1951）， 聽(tīng)話筒固定柱 邊（節(jié)點(diǎn) 4610） ，支撐 固定板 邊緣左側(cè) 上 （節(jié)點(diǎn) 1836） 。 方案 6 四澆口 澆口分別設(shè)置在 按鍵固定板邊緣（ 節(jié)點(diǎn) 3048），按鍵固定板（ 節(jié)點(diǎn) 2283），