某模流分析實(shí)施報(bào)告

-.z.目錄第1章模流分析的概述11.1模流分析的原理1第2章塑件的工藝性分析22.1原材料分析22.2構(gòu)造分析32.3成形工藝分析4第3章成形方案的設(shè)計(jì)與分析43.1成形方案的設(shè)計(jì)43.2初始方案的分析5側(cè)澆口的特點(diǎn)5工藝參數(shù)的設(shè)置6網(wǎng)格模型的劃分6流動(dòng)+翹曲的分析7冷卻分析93.3優(yōu)化方案的分析10點(diǎn)澆口的特點(diǎn)10冷卻分析13第4章方案比照144.1澆口位置比照144.2工藝條件設(shè)定144.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果比照14模流分析的概述1.1模流分析的原理1.粘性流體力學(xué)的根本方程

1)廣義牛頓定律，反映了一般工程問(wèn)題范圍內(nèi)粘性流體的應(yīng)力張量與應(yīng)變速率張量之間的關(guān)系，數(shù)學(xué)表達(dá)式為本構(gòu)方程。2)質(zhì)量守恒定律，其含義是流體的質(zhì)量在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持不變，動(dòng)量守恒定律，其含義是流體動(dòng)量的時(shí)間變化率等于作用于其上的外力總和，數(shù)學(xué)表達(dá)式為運(yùn)動(dòng)方程。3)熱力學(xué)第一定律，其含義是系統(tǒng)內(nèi)能的增加等于對(duì)該系統(tǒng)所作的功與加給該系統(tǒng)的能量之和，數(shù)學(xué)表達(dá)式為能量方程。2.塑料熔體充模流動(dòng)的簡(jiǎn)化和假設(shè)1)由于型腔壁厚(z向)尺寸遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向(*和y方向)的尺寸且塑料熔體粘性較大，z向的速度分量可忽略不計(jì)，且認(rèn)為壓力不沿z向變化。2)充模過(guò)程中熔體壓力不是很高，因此可視熔體為未壓縮流體。3)由于熔體粘性較大，對(duì)于粘性剪切應(yīng)力而言，慣性力和質(zhì)量力都很小。4)在熔體流動(dòng)方向(*和y方向)上，相對(duì)于熱對(duì)流項(xiàng)而言，熱傳導(dǎo)項(xiàng)很小。5)在充模過(guò)程中，熔體溫度變化不大，可認(rèn)為比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)是常數(shù)。1.2模流分析的作用專業(yè)模流分析，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)模具可能存在的缺陷，節(jié)省試模、改模費(fèi)用。如最正確進(jìn)澆方案優(yōu)化，幫助確定最正確的熱流道進(jìn)點(diǎn)位置，幫助確認(rèn)有無(wú)"縮水〞現(xiàn)象，結(jié)合線的位置，減輕翹曲變形，提高冷卻效率縮短成型周期等等，對(duì)高品質(zhì)的模具制作有確實(shí)的好處?？偟膩?lái)說(shuō)，做模流分析的好處有以下幾點(diǎn)：1.省錢，節(jié)省不必要的試模、改模費(fèi)用；2.省時(shí)，縮短模具成型周期及制作周期，提升第一次試模成功率；3.高質(zhì)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)模具可能存在的缺陷，防止試模后燒焊；4.有利于樹立良好的效勞形象，增強(qiáng)信心，從而促使客人多下訂單。第2章塑件的工藝性分析2.1原材料分析1．材料品種：聚乙烯，即PE。2．PE特點(diǎn)：乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹脂。在工業(yè)上，也包括乙烯與少量α－烯烴的共聚物。乙烯為結(jié)晶料，吸濕小，不須充分枯燥，流動(dòng)性極好流動(dòng)性對(duì)壓力敏感，成型時(shí)宜用高壓注射，料溫均勻，填充速度快，保壓充分.不宜用直接澆口，以防收縮不均，內(nèi)應(yīng)力增大。注意選擇澆口位置，防止產(chǎn)生縮孔和變形。收縮范圍和收縮值大，方向性明顯，易變形翹曲。冷卻速度宜慢，模具設(shè)冷料穴，并有冷卻系統(tǒng)。加熱時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)發(fā)生分解。軟質(zhì)塑件有較淺的側(cè)凹槽時(shí)，可強(qiáng)行脫模?？赡馨l(fā)生融體破裂，不宜與有機(jī)溶劑接觸，以防開裂3.聚乙烯無(wú)臭，無(wú)毒,手感似蠟,具有優(yōu)良的耐低溫性能(最低使用溫度可達(dá)-70～-100℃),化學(xué)穩(wěn)定性好,能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕(不耐具有氧化性質(zhì)的酸),常溫下不溶于一般溶劑,吸水性小,電絕緣性能優(yōu)良。4．成型溫度為140-220℃。5．注射工藝及模具條件1〕枯燥處理：通常不需要進(jìn)展枯燥處理2〕熔化溫度：121-141℃3〕模具溫度：20-50℃4〕注射壓力：可到達(dá)150MPa5〕保壓壓力：可到達(dá)100MPa6〕注射速度：為防止材料降解，一般要用相當(dāng)?shù)偷淖⑸渌俣取?〕流道和澆口：可以采用所有常規(guī)的澆口，如果注射成型較小的塑料件，最好采用針狀澆口或潛伏式澆口，對(duì)于較厚部件，最好使用扇形澆口或潛伏式澆口的最小直徑應(yīng)為1mm，扇形澆口的厚度不能小于1mm。2.2構(gòu)造分析1.從圖2-1分析，該塑件的外形整體構(gòu)造特征較為簡(jiǎn)單，卻帶有曲面的特征，尺寸較小。壁厚均勻，符合最小壁厚要求。2.塑件內(nèi)外壁成型不是直角，而是成圓角，主要是為了在成型后，脫模的時(shí)候塑件方便取出，不需要考慮側(cè)抽芯裝置。圖2-1塑料膠帶圈的三維圖2.3成形工藝分析1〕結(jié)晶料,吸濕小,不須充分枯燥,流動(dòng)性極好流動(dòng)性對(duì)壓力敏感,成型時(shí)宜用高壓注射,料溫均勻,填充速度快,保壓充分.不宜用直接澆口,以防收縮不均,內(nèi)應(yīng)力增大.注意選擇澆口位置,防止產(chǎn)生縮孔和變形.

2〕收縮范圍和收縮值大,方向性明顯,易變形翹曲.冷卻速度宜慢,模具設(shè)冷料穴,并有冷卻系統(tǒng).

3〕加熱時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),否則會(huì)發(fā)生分解.

4〕軟質(zhì)塑件有較淺的側(cè)凹槽時(shí),可強(qiáng)行脫模.

5〕可能發(fā)生融體破裂,不宜與有機(jī)溶劑接觸,以防開裂.第3章成形方案的設(shè)計(jì)與分析3.1成形方案的設(shè)計(jì)注塑模具的澆口是分流道與型腔之間的狹窄局部，它使由分流道輸送來(lái)的熔融塑料產(chǎn)生加速，形成理想的流動(dòng)狀態(tài)而充滿型腔。它是整個(gè)澆注系統(tǒng)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它的形式、尺寸及位置會(huì)影響塑料流的充填模式，對(duì)塑件質(zhì)量影響很大，其形式和尺寸可以通過(guò)試模后的修模過(guò)程來(lái)調(diào)整。對(duì)于膠帶圈的模流分析我采用了兩種方案的比照，方案一(側(cè)澆口)方案二(點(diǎn)澆口)方案一采用側(cè)澆口，一模四腔的布局形式，對(duì)膠帶圈的成形進(jìn)展模塑分析，通過(guò)分析膠帶圈在成形過(guò)程中的體積收縮率、剪切速率等，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的各種成型缺陷以及生產(chǎn)效率的上下，從而確定合理的澆口位置，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)。方案二采用點(diǎn)澆口，一模兩腔的布局形式，對(duì)膠帶圈的成形進(jìn)展模塑分析，并通過(guò)膠帶圈的澆口位置、充填時(shí)間、充填壓力、鎖模力、熔接痕、氣穴等分析，確定模具在充填過(guò)程中的利與弊，以及塑件的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量，最后根據(jù)所出現(xiàn)的問(wèn)題采用合理的設(shè)計(jì)方案，保證制品的質(zhì)量。3.2初始方案的分析側(cè)澆口的特點(diǎn)側(cè)澆口，又叫邊澆口，矩形澆口，是澆口種類中使用最多的一種，因而又稱普通澆口，其截面形狀一般加工成矩形，故又稱矩形澆口。它一般開在分型面上，從型腔外側(cè)進(jìn)料。由于側(cè)澆口的尺寸一般都較小，所以截面形狀與壓力、熱量的關(guān)系可忽略不計(jì)。矩形澆口的長(zhǎng)一般為0.5~3mm,寬為1.5~3mm,澆口深為0.5~2mm.1)側(cè)澆口的優(yōu)點(diǎn)A、截面形狀簡(jiǎn)單，加工方便，能對(duì)澆口尺寸進(jìn)展精細(xì)加工，外表粗糙度值小。B、可根據(jù)塑件的形狀特點(diǎn)和充模需要，靈活地選擇澆口位置，如框形或環(huán)形塑件，其澆口可設(shè)在外側(cè)，也可設(shè)在內(nèi)側(cè)。C、由于截面尺寸小，因此去除澆口容易，痕跡小，制品無(wú)熔合線，質(zhì)量好。D、對(duì)于非平衡式澆注系統(tǒng)，合理地變化澆口尺寸，可以改變充模條件和充模狀態(tài)。E、側(cè)澆口一般適用于多型腔模具，因此生產(chǎn)率很高，有時(shí)也用于單型腔模具中。2〕側(cè)澆口的缺點(diǎn)A、對(duì)于殼形塑件，采用這種澆口不易排氣,還容易產(chǎn)生熔接痕、縮孔等缺陷。B、在塑件的分型面上允許有進(jìn)料痕跡的情況下才可使用側(cè)澆口，否則，只有另選澆口。C、注射時(shí)壓力損失較大，保壓補(bǔ)縮作用比直澆口要小。3〕側(cè)澆口的應(yīng)用側(cè)澆口的應(yīng)用十分廣泛，特別適用于兩板式多型腔模具，多用于中小型塑件的澆注成型。3.2.2工藝參數(shù)的設(shè)置表3-1PE的成型條件熔體密度/(g·cm-3〕最大剪切應(yīng)力/MPa最大剪切速率/s-1模具溫度/℃熔體溫度/℃頂出溫度/℃1.4g/cm31.8873414925-39℃180-226℃35℃完成分析后，選擇注塑原料為PE，其材料參數(shù)及成型條件，見表3-1。3.2.3網(wǎng)格模型的劃分網(wǎng)格模型的劃分網(wǎng)格劃分采用外表網(wǎng)格類型〔Fusion〕，網(wǎng)格平均邊長(zhǎng)1.71mm，網(wǎng)格單元為11203個(gè)三角形，節(jié)點(diǎn)數(shù)為5642個(gè)，最大縱橫比小于10，匹配率大于88.2%，此網(wǎng)格構(gòu)造良好，完全能滿足分析要求產(chǎn)品模型網(wǎng)格劃分3.2.4流動(dòng)+翹曲的分析圖3-2變形變形是薄殼塑料制品注塑成形過(guò)程中常見的缺陷之一，不同材料，不同形狀制品的翹曲變形規(guī)律差異很大，圖3-2中最大的變形比例為0.1912,最小的比例為0.0711。剪切速率是指流體的流動(dòng)速相對(duì)圓流道半徑的變化速率。塑料熔體注塑時(shí)流道的剪切速率一般不低于1000ˉS澆口的剪切速率一般在100000ˉS—1000000ˉS。公式：剪切速率=流速差/所取兩頁(yè)面的高度差表3-5剪切速率剪切速率最大值34149/s剪切速率第95個(gè)百分?jǐn)?shù)300001/s剪切速率平均值5.18141/s剪切速率標(biāo)準(zhǔn)差5.29721/s圖3-9縮痕指數(shù)縮痕的定義及有關(guān)研究縮痕指的是注塑制品外表產(chǎn)生凹坑、陷窩或者收縮痕跡的現(xiàn)象,縮痕深度一般比較小,并不影響使用性能,但是由于它使光線朝不同方向反射,使得產(chǎn)品在外觀上不可承受。如圖3-9所示畫圈的地方即為制品上產(chǎn)生的縮痕。表3-6縮痕指數(shù)縮痕指數(shù)最大值0.2542%縮痕指數(shù)第95個(gè)百分?jǐn)?shù)0.213%縮痕指數(shù)最小值-0.1395%縮痕指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差0.2232%圖3-10體積收縮率體積收縮率是保證塑件尺寸的重要因素，同時(shí)它也影響模具推出機(jī)構(gòu)推出件力的大小，如圖3-10膠帶圈的收縮率為20.18%,則模具的型芯也就根據(jù)收縮率的大小相應(yīng)變大，這樣尺寸才能在規(guī)定公差范圍之內(nèi)。表3-7體積收縮率體積收縮率最大值20.18%體積收縮率第95個(gè)百分?jǐn)?shù)18．85%體積收縮率第5個(gè)百分?jǐn)?shù)3.45%體積收縮率最小值0.027%體積收縮率平均值13.4636%體積收縮率標(biāo)準(zhǔn)差2.7272%3.2.5冷卻分析圖3-11溫度圖3-11為注塑過(guò)程中模具的溫度分析，從分析圖中來(lái)看，模具內(nèi)部溫度較高，最大溫度為38.51C。分析數(shù)據(jù)如下：表3-8型腔外表溫度型腔外表溫度最大值38.51℃型腔外表溫度最小值25℃型腔外表溫度平均值30.13℃平均模具外部溫度25℃循環(huán)時(shí)間35.0000s3.3優(yōu)化方案的分析3.3.1點(diǎn)澆口的特點(diǎn)點(diǎn)澆口又叫橄欖形澆口或菱形澆口，是截面尺寸很小的圓形截面澆口，是應(yīng)用較廣泛的一種小澆口，其構(gòu)造和尺寸如圖3-1所示。點(diǎn)澆口的特點(diǎn)是澆口位置可根據(jù)工藝要求靈活地確定，澆口附近塑件變形小，去澆口容易，可自動(dòng)拉斷，有利于自動(dòng)化操作。點(diǎn)澆ロ適于成型低黏度塑料及黏度對(duì)剪切速率敏感的塑料，如PE、PP、ABS等。變形是薄殼塑料制品注塑成形過(guò)程中常見的缺陷之一，不同材料，不同形狀制品的翹曲變形規(guī)律差異很大，圖3-2中最大的變形比例為0.1912,最小的比例為0.0711。圖3-3填充完畢時(shí)的壓力通過(guò)填充完畢時(shí)的壓力分布情況，分析充模壓力分布是否平衡，在最后充型的局部壓力較低，見圖3-3。注塑過(guò)程中的最大充填壓力為40.21MPa，在充填完畢后制品應(yīng)處于保壓階段。表3-3保壓階段結(jié)果壓力峰值-最小值(在13.561s)40.21MPa鎖模力-最大值(在15.061s)3.0tonne總重量-最大值(在22.699s)2.484g表3-4保壓階段完畢的結(jié)果保壓完畢時(shí)間30.02s總重量(制品+流道)4.53g圖3-4熔接痕熔接痕會(huì)影響制品的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量，但可以通過(guò)采用提高模具溫度|、加大澆口尺寸、降低鎖模力或在熔接縫處開設(shè)排氣系統(tǒng)等措施來(lái)解決，從而降低廢品率。根據(jù)圖3-4分析結(jié)果，因沒(méi)有大面積熔接痕，塑件外表質(zhì)量不會(huì)受到影響。圖3-5鎖模力在注塑過(guò)程中，當(dāng)熔體充滿整個(gè)模具型腔，會(huì)產(chǎn)生使模具分型面脹開的力，導(dǎo)致飛邊的產(chǎn)生，因此注射機(jī)合模機(jī)構(gòu)必須有足夠的鎖模力，且鎖模力必須大于脹開力。一般在滿足要求的前提下，鎖模力應(yīng)盡可能的小，有利于節(jié)約能源、降低本錢，延長(zhǎng)注射機(jī)及模具的使用壽命，有利于模具的排氣，控制填充狀態(tài)。此膠帶圈通過(guò)分析計(jì)算填充時(shí)所需的鎖模力為3.0tonne。從圖3-5可以看出，建議選用鎖模力為1800kN以上的注射機(jī)。圖3-6氣穴氣穴導(dǎo)致的制品外表瑕疵及焦痕等缺陷，見圖3-6。從圖3-6可以看出，圖中為塑件的氣穴位置，非常容易產(chǎn)生困氣的現(xiàn)象，模具設(shè)計(jì)時(shí)盡量靠近這些區(qū)域排布頂針、鑲件等，以防止困氣，以確保模具設(shè)計(jì)的合理性。3.3.2冷卻分析圖3-7凍結(jié)時(shí)間圖3-7為點(diǎn)澆口時(shí)的產(chǎn)品所需凍結(jié)時(shí)間，其中最上面局部最快凍結(jié)，中部最后凍結(jié)，整個(gè)過(guò)程大約需要1.561s；第4章方案比照4.1澆口位置比照方案一側(cè)澆口方案二點(diǎn)澆口從理論上講，本產(chǎn)品最正確澆口位置應(yīng)該在產(chǎn)品中央，但受產(chǎn)品外表質(zhì)量的要求，是不能在產(chǎn)品中央設(shè)置澆口的。方案一采取側(cè)澆口一點(diǎn)注射，一模兩腔。而方案二點(diǎn)澆口一模四腔，通過(guò)模擬模流充填過(guò)程的數(shù)據(jù)分析比較，判斷這四個(gè)澆口位置的優(yōu)劣，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論依據(jù)。4.2工藝條件設(shè)定冷卻水道布置在模具上下位置，即定模和動(dòng)模局部，水管直徑為8mm，冷卻水溫度為25℃。。本實(shí)驗(yàn)采用PE材料，模流分析序列采用"冷卻＋流動(dòng)＋翹曲〞進(jìn)展模擬分析。設(shè)置模具外表溫度為50℃，熔體溫度為230℃，開模時(shí)間為5s，設(shè)置充填自動(dòng)控制，速度/壓力自動(dòng)切換，保壓控制由充填壓力與時(shí)間決定，頂出溫度為88℃，頂出時(shí)的凍結(jié)百分比為100％，并將翹曲原因別離，矩陣求解器為自動(dòng)求解。4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果比照本實(shí)驗(yàn)從模流充填過(guò)程的三個(gè)方面對(duì)澆口位置的選擇進(jìn)展分析比照：流動(dòng)分析、冷卻分析、翹曲分析，并且在每個(gè)方面只選擇對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響最大的因素進(jìn)展分析流動(dòng)分析比照方案一圖4-3方案二圖4-4流動(dòng)分析選擇對(duì)產(chǎn)品外表的熔接痕進(jìn)展分析比照。熔接痕是出現(xiàn)在產(chǎn)品的外表，產(chǎn)品的外觀要求是平整光潔，保證熔接痕處強(qiáng)度，不能開裂，澆口的位置的設(shè)計(jì)要盡量防止熔接痕的出現(xiàn)。圖4-3所示是澆口設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的側(cè)面，從產(chǎn)品側(cè)面進(jìn)料，可以看到產(chǎn)品的側(cè)面和上面都產(chǎn)生了熔接痕，其中產(chǎn)