基于注塑模具cae技术的热流道关键技术研究毕业设计(编辑修改稿)

基于注塑模具cae技术的热流道关键技术研究毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两大类。 浇注系统的设计对注射成型效率和制件质量有直接影响，是获得优质塑料制品的关键。 浇注系统各部分的作用 浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成，各部分作用如下。 (1)主流道 从注射机喷嘴与模具接触处起到分流道为止的一段料流通道，是熔体最先流经模具的部分，负责将塑料熔体从喷嘴引入模具。 它的形状与尺寸对塑料流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降低和压力损失最小。 (2)分流道 主流道末端 与浇口之间的料流通道，是塑料熔体由主流道流入模腔的过渡段，负责将熔体的流向进行平稳的转换，在多模腔中还起着将熔体向各个模腔分配的作用。 设计时应尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。 (3)浇口 分流道与模腔之间长度非常短、截面又很狭窄的一段料流通道，浇口的设计与位置的选择恰当与否直接影响到塑件能否被完好高质量地注射成型，其主要作用如下。 1) 因浇口截面狭窄，所以可使经过分流道之后，压力和温度都已有所下降的塑料熔体产生加速度和较大的剪切热，保证熔体充模时具有较快南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 6 页 的流动速度和较好的流动性。 2) 因其 长度短、截面狭窄，所以浇口内可容纳的塑料熔体体积很小，故很容易冷却固化（俗称浇口冻结），从而有助于防止保压力不足或保压时间过短而引起的倒流现象。 3) 由于截面狭窄，所以在浇口内冷却固化的塑料熔体（废料）强度很低，非常容易断裂，故便于制品和废料分离，并便于制品脱模。 4) 浇口的长度和截面尺寸一般均可在试模过程中适当调整。 特别是调整其截面尺寸时，截面高度的变化对浇口的容积及浇口冻结时间影响很大；另外，截面积的变化对塑料熔体内的切变速率影响很大，而切变速率又与熔体表观粘度有关，所以改变浇口截面尺寸或截面积 的大小，可以控制浇口冻结时间（即补缩时间或补缩程度），以及熔体充模时的流动性能。 (4)冷料穴 冷料穴一般开设在主流道末端，当分流道较长时，其末端也可设冷料穴。 冷料穴的作用是收集每次注射成型时流动熔体前端的冷料头（前锋冷料），避免这些冷料进入模腔影响制品成型质量，或防止这些冷料堵塞浇口造成制品缺料。 如果需要防止模腔内不同流向的熔体汇合时因冷料头而影响熔接痕的强度，亦可将冷料穴就近开设在熔体汇合之处的模腔外，并与模腔连通。 浇注系统的设计原则 (1)保证塑料熔体流动平稳设计浇注系统时，应注 意使系统与模具中的排气结构相适应，使系统具有良好的排气性，从而保证塑料熔体经过系统或充填模腔时不发生涡流和紊流，以使制品获得良好的成型质量。 (2)流程应尽量短在满足成型和排气要求的前提下系统长度应尽量短，各段应尽量平直，以使塑料熔体在模具中的流程尽量短而且不发生弯曲，从而可减小注射压力和熔体的热量损失，并缩短熔体充模时间。 (3)防止型芯变形和嵌件位移设计浇注系统时，应尽量避免通过系统的塑料熔体正面冲击模腔内尺寸较小的型芯或嵌件，以防止熔体的冲击力使型芯发生变形或使嵌件发生位移。 (4)修整应尽量方 便修整指制品成型后对其外观所做的各种修整工作，其中包括去除制品上的浇注系统凝料。 为了方便修整并无损制品外观和使用性能，浇注系统在模具中的位置和形状，尤其是浇口的位置和形状南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 7 页 应尽量根据制品的形状和使用要求确定。 (5)防止制品变形和翘曲设计浇注系统时，应考虑如何减轻浇口附近的残余应力集中现象，以防止因应力过大而导致制品发生变形和翘曲。 例如对于深度很浅的大平面聚乙烯、聚丙烯制品若采用料流速度较大的直接浇口成型，由于注射压力直接作用在制品上加之这些塑料取向能力较强，所以成型后很容易在浇口附近残余较大的时效应力和取 向应力，并导致制品发生翘曲变形，为此可改换多点浇口形式。 但是应当指出，采用多点浇口成型制品时，由于各浇口附近收缩与其它部位不等，也非常容易引起制品整体翘曲变形，尤其对于大型薄壁制品，使用多点浇口时特别要注意此问题。 (6)应与塑料品种相适应不同的塑料具有不同的流动性，特别是对硬质聚氯乙稀、聚丙烯酸酯和聚甲醛等成型性差的塑料，其流道和浇口的选择是否合适，对于制品的性能、外观以及成型周期和生产成本都有很大影响。 另外，有些塑料还会因为浇口设计不当而导致浇口表壁与熔体之间产生较大摩擦，从而引起塑料褪色。 (7)合 理设计冷料穴冷料穴设计不当，容易使制品发生成型缺陷。 如果冷料穴失效，使前锋冷料进入模腔会导致制品产生冷疤或冷斑。 (8)尽量减少塑料消耗设计浇注系统时，除注意满足上述设计原则外，还应使系统的长度和容积尽量小，这样做不仅可以避免系统凝料积压、延长成型周期等问题，而且还可以减少系统占用的塑料量，从而减小原材料消耗以及回收废料的工作量。 除了上述原则外，设计浇注系统时还应注意模腔的数量与布置、制品的外观和性能、制品形状与尺寸等问题对系统的制约，以及注射机上模具固定板对侧浇口位置的要求（防止浇口与固定板偏心）。 浇口的分类和适用场合 (1)直浇口多用于二板模，一模一腔的模具。 其优点是成型容易，缺点是浇口去除不方便，且易留下浇口痕迹。 (2)侧浇口也是常用浇口之一。 优点是浇口与成品分离容易，由于浇口截面积小可防止塑料逆流，方便改良模具；缺点是压力损失大，易留下明显的浇口痕迹。 (3)点浇口，常用于三板模，一模多腔的模具。 优点是适应各种类型南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 8 页 的零件，浇口的位置选择自由，且浇口去除方便，浇口痕迹不显著；缺点是压力损失大，成型周期长废料较多。 (4)潜伏式浇口，多用于外观要求高的成品，可以把浇口潜伏在不明显的 位置，优点是浇口自动切除，免去了人工后期处理。 (5)扇形浇口，多用于成品比较平直，面积较大，或材料透明的产品。 优点是成品可以获得不错的外观，可以防止成品变形；缺点是浇口切除稍困难。 (6)凸片式浇口，用于表面不允许有流纹或碰射纹的透明成品。 优点是可以防止浇口处的流道因喷射和收缩下陷，以及减少浇口出的应力集中，缺点是压力损失大，浇口不易切除，有明显的浇口痕迹。 (7)勾形浇口，应用于外观面不允许有任何的浇口痕迹的成品 具体方案的确定 基于以上浇注系统的组成作用及设计原则，做出如下几种浇注系统方案： (1)一点进浇 浇注系统（图 21） 图 21 一点进浇浇注系统 (2)双点进浇 浇注系统（图 22a、 b） a） 左部中间进浇右部上边缘进浇 b） 右部与左部都是上边缘进浇 图 22 双点进浇浇注系统 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 9 页 (3)三点进浇浇注 系统（图 23a、 b、 c、 d） a）左部中间进浇中部中间进浇右部下边缘进浇 b）左部中间进浇中部中间进浇右部 中间 进浇 c) 左部中间进浇中部中间进浇右部上边缘进浇 d)左部上边缘进浇中部中间进浇右部上边缘进浇 图 23 三点进浇浇注系统 (4)四 点 进浇浇注系统 （图 24） 图 24 四点进浇浇注系统 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 10 页 (5)五 四点进浇浇注系统 （图 25） 图 25 五浇口浇注系统 以上 五 种浇注系统均采用了热流道浇口，热流道浇口 为 点浇口。 常用来成型宽度（横向尺寸）较大的薄片状制品。 浇口沿进料方向逐渐减 大 ，塑料通过长约 2mm的浇口台阶进入型腔。 塑料通过 点 浇口，在横向得到更均匀的分配，可降低制品的内应力和带入空气的可能性。 故比较适合本产品的成型要求。 这一点在本次的 CAE模拟过程中也做了对比，从中可以明显的看出点浇口的的优势。 以上 五 种浇注系统的分流道均采用圆形截 面是因为分流道断面形状应尽量使其比表面积（流道表面积与其体积之比）小，以减小热量损失和压力损失。 分流道表面粗糙度值不能过大，以免增大料流阻力，常取。 分流道与浇口通常采用斜面和圆弧连接，这样有利于塑料流动和填充，减小流动阻力。 热流道应用主要技术关键 一 个 成功的 热流 道模具 应用项目需 要多 个环节予 以保障。 其中最重要的 有两个 技 术 因素。 一是塑料 温 度的控制，二是塑料流 动 的控制。 1．塑料 温 度的控制 在 热流 道模具 应 用中塑料 温 度的控制极 为 重要。 许 多生 产过 程中出 现的加工 及产品质 量。 问题直 接 来 源 于 热流 道系 统温 度控制的不好。 如使用 热针 式 浇 口方法注塑成型 时产 品 浇 口 质 量差 问题，阀 式 浇 口方法成型 时阀针关闭 困 难问题， 多型腔模具中的零件填充 时间 及 质 量不一致 问题 等。 如果可能 应尽 量选择具备 多 区 域分 别 控 温 的 热流 道系 统 ，以增加使用的 灵 活性及 应变 能力。 2．塑料流 动 的控制 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 11 页 塑料在热流道系统中要流动平衡。 浇口要同时打开使塑料同步填充各型腔。 对于零件重量相差悬殊的 Family mold 要进行浇道尺寸设计平衡。 否则就会出现有的零件充模保压不够，有的零件却充模保压过度，飞边过大质量差等问题。 热流道浇道尺寸设计要合理。 尺 寸太小充模压力损失过大。 尺寸太大则热流道体积过大，塑料在热流道系统中停留时间过长， 损坏材料性能而导致零件成型后不能满足使用要求。 世界上已经有专门帮助用户进行最佳流道设计的 CAE 软件如 MOLDCAE。 热流 道模具的 应 用范 围 1．塑料材料 种类 热流 道模具已被成功地用于加工各种塑料材料。 如 PP， PE， PS， ABS，PBT， PA， PSU， PC， POM， LCP， PVC， PET， PMMA， PEI， ABS/PC 等。 任何可以用冷流道模具加工的塑料材料都可以用 热流 道模具加工。 2．零件尺寸与重量 用 热流 道模具制造 的零件最小的在 克以下。 最大的在 30 公斤以上。 应 用极 为广泛灵 活。 3． 工业领 域 热 流道模具在 电 子，汽 车 ， 医疗 ，日用品，玩具， 包装 ，建筑， 办 公设备等 各 工业部门 都得到 广泛应 用。 热流道模具的缺点 尽 管与冷流道模具相比， 热流 道模具 有许 多 显著 的优 点 ，但模具用 户亦 需要了解 热流 道模具的缺 点。 概括起 来 有以下 几点。 模具成本上升 热流道组 件价格比 较贵，热流 道模具成本可能 会 大幅度增高。 如果零件 产 量小，模具工具成本比例高， 经济 上不花算。 对许 多 发 展中 国 家的模具用 户 ， 热流 道系 统价格贵 是影 响热流 道 模具 广泛 使用的主要 问题 之一。 热流 道模具制作 工艺设备要 求高 热流 道模具需要精密加工机械作保 证。 热流 道系 统 与模具的集成与配合要求极 为严格， 否 则 模具在生 产过 程中 会 出 现 很多 严 重 问题。 如塑料密封不好 导 致塑料溢出 损 坏 热流道组 件中 断生产，喷嘴镶 件与 浇 口相 对位置不好 导 致制 品质 量 严 重下降等。 操作 维 修复 杂 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 12 页 与冷流道模具相比， 热流 道模具操作 维 修复 杂。 如使用操作不 当 极易损 坏 热流 道零件，使生 产无 法 进 行，造成巨大 经济损 失。 对 于 热流 道模具的新用 户 ，需要 较长时间来积 累使用 经验。 热流 道系 统的组 成 尽 管世界上 有许 多 热流 道生 产 厂商和多种 热流 道 产 品系列，但一 个 典型的 热流 道系 统 均由如下几大部分 组 成： 1． 热流 道板 （ MANIFOLD） 2． 喷嘴 （ NOZZLE） 3． 温 度控制器 4． 辅 助零件 冷却 系统方案的确定 注射成型过程中，模具的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产率、制品的形状和尺寸精度、机械强度、应力开裂和表面质量等均有影响。 为保证制品质量和较高的生产率，模具温度必须适当、稳定、均匀。 塑料模具是塑料模塑成型必不可少的工艺装备，同时又是一个热交换器。 输入热量的方式是加热装置的加热和塑 料熔体带进的热量；输出热量的方式是自然散热和向外热传导，其中 95%的热量是靠传热介质带走。 在模塑过程中，要保持模具温度的稳定，就应保持输入热与输出热平衡。 为此，必须设置模具的热交换系统，对模具进行加热和冷却，以控制模具温度。 确定加热与冷却的原则 注射模的热交换系统必须具有冷却或加热的功能，必要市还要二者兼有。 通常所采用的冷却或加热介质有水、热油和蒸汽。 也可采用电加热方式。 水又分为常温水、温水和冷水三种，常温水是指不经加热或冷却处理的自然水流，温水是指经过一定程度加热的水流，冷水则是指经冷却处 理后的水道。 究竟在何种情况下需要对模具进行冷却或加热，与不同特征的塑料品种、制品结构形状、尺寸大小、生产率及成型工艺对模具温度的要求有关。 确定冷却或加热的原则是： (1)对于黏度低、流动性好的塑料，因为成型工艺要求的模具温度不南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 13。