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1、摘 要基于CAE技术，以普通手机外壳为实例，介绍了Moldflow Insight软件在注塑模具设计中的应用。首先，分析塑件的工艺性及注塑成型特点，而后应用CAD建立了产品的几何模型；运用CAE模流分析软件Moldflow进行有限元模型的前期处理，其中包括导入三维模型、划分网格、设置工艺条件和确定最佳浇口位置。确保了浇注系统和冷却系统设计的合理性后，运用正交设计法安排实验方案，得到各参数及其交互作用对翘曲的影响度，初步确定工艺参数最优组合方案，对影响显著的因素作单因素影响模拟分析，研究翘曲和体积收缩率受单独影响的变化趋势，结合正交试验结果，最终确定较合理的工艺参数优化组合。最后，采用优化工艺方
2、案进行模拟分析，得到最佳质量的制品。关键词 注塑模具；正交试验；Moldflow AbstractBased on the CAE technology,chosen ordinary mobile phone shell,paper introduced the application of the injection mould design with Moldflow Insight software . First of all, The paper analysed the plastics manufaturability and features in its injection
3、 molding process and established application of CAD product geometry model. It used CAE mold flow analysis software moldflow to simulate and analyse which including import 3D model, dividing into grid, setting up technological conditions and determining the best gate location. making sure the ration
4、ality of the design of cooling system and gating system.The paper got effect Factors of warping invarious parameters and interaction by arranging the plan using the orthogonal design method.Whats more,it briefly determinated the technology parameters optimization combination scheme,simulated and ana
5、lysed notable factors alone.In this way it worked out the change trend of warping and volumetric shrinkage which caused by parameters Combined with the orthogonal experiment results,it eventuallt determined the reasonable parameters.In the last,it got the better plastic product quality with the opti
6、mum process seheme.Key words: injection mould; the orthogonal experiment; Moldflow目 录第1章 绪 论1 1.1 本课题研究的目的和意义11.2 CAE技术的理论方法及应用21.3 模具国外CAD/CAM/CAE技术的发展31.4 模具国内CAD/CAM/CAE技术的发展31.5 模具CAD/CAM/CAE技术发展的趋势41.6 本课题研究的主要内容5第2章 产品注塑方案的设计62.1 注塑产品有限元模型的建立62.1.1 建立塑料零件三维模型62.1.2 模型导入前处理72.2 制件有限元的初始化网格划分72.
7、2.1 模型的导入72.2.2 网格划分82.3 网格的修复92.4 纵横比的诊断及修复92.5 配向诊断12第3章 分析方案的确定133.1 浇注系统的作用133.2 最佳浇口位置分析133.3 浇注系统的创建143.4 冷却系统方案的确定153.5 流动结果分析163.5.1 充填时间163.5.2 熔接痕比较173.5.3 气穴比较183.5.4 制件翘曲的比较18第4章 基于正交试验工艺参数优化分析204.1 优化目标设计204.2 正交试验的设计及参数设定204.3 基于正交试验多工艺参数优化214.4 基于MPI的产品工艺参数的单个因素数据分析26第5章 结 论33参 考 文 献3
8、4致 谢35附 录A 译文36附 录B 英文材料40第1章 绪 论模具是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品，同时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具，是生产各种工业产品的重要工艺装备。随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求也越来越高，传统的模具设计方法已无法适应当今的要求。与传统的模具设计相比，计算机辅助工程技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有极大的优越性。1.1 本课题研究的目的和意义随着科学的发展，各种产品的更新换代速度越来
9、越快，而产品的更新是以新产品的造型设计和模具的设计、制造与更新为前提的。模具的设计是模具更新的基础，模具设计工作与产品的更新信息相关。传统的手工设计模式已经不能很好地适应时代的需要，计算机辅助设计与制造已成为许多大型CAD/CAM/CAE软件追求的目标。而在众多辅助设计制造软件中Pro/E软件是当今世界较先进、面向制造业的综合软件。Pro/E软件在产品造型、注塑模设计和冲压级进模设计中的应用将体现该软件在产品造型和模具设计中的强大功能，展现它的灵活性和工程设计严谨性的特点和优点。手机外壳模具在我国模具生产中占有不可或缺的地位。而近年来随着手机功能的增加，手机外壳的结构越来越复杂，而出于便携性的
10、考虑，手机的壁厚却越来越小，加之各种新材料、新工艺的使用，使注塑成型的难度不断加大，在手机外壳的设计和生产过程中引入Moldflow模拟具有重大的意义。因为传统的注塑工艺及注塑成型的实际生产主要靠经验来反复调试和修改，这样不仅生产效率低，而且还浪费了大量的人力和物力。注塑Moldflow技术能预拟注塑成型时塑料熔体在模具型腔中的流动情况及塑料制品在模具型腔内的冷却、固化过程，在模具制造之前就能发现设计中存在的问题，改变了主要依靠经验和直觉，通过反复试模、修模来修正设计方案的传统设计方法，它可使设计人员避免设计中的盲目性，使工程技术人员在模具加工前完成试模工作，也可使生产操作人员预测工艺参数对制
11、品外观和性能的影响，降低了模具的生产周期和成本，提高了模具质量。本文利用Moldflow对手机外壳注塑成型中的浇口位置、充填、流动、冷却等过程进行分析模拟，预测塑件可能产生的质量缺陷，并针对模拟结果分析缺陷产生的原因和影响因素。根据分析结果对注塑工艺条件进行优化，得到比较合理的参数。1.2 CAE技术的理论方法及应用由于塑料的种类和成型方法很多，塑料模CAE 技术的应用侧重面有所不同。下面就常用的注射成型、气体辅助注射成型、挤出成型、吹塑成型和热成型等，说明现有塑料模CAE 技术的理论方法及对工程实际的指导意义。塑料模CAE 技术的应用无论在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳
12、动强度方面具有极大的优越性。（1）注射成型注射成型是热塑性塑料成型的一种主要成型方法。注射模CAE 技术按成型工艺过程的特点，分为流动、保压、冷却、残余应力及翘曲分析等软件模块。流动模拟采用非牛顿流体非等温下广义的Hele-Shaw 模型描述注射充模过程；用有限元/有限差分算法耦合求解动量守恒方程和能量守恒方程已获得压力场、温度场、速度场；用控制体积法跟踪熔体的流动前沿；用人工智能技术自动识别熔接线和气穴的位置。通过流动模拟可获得型腔内的温度、压力、速度及锁模力等信息，帮助工程技术人员合理地设计浇注系统，优选注射工艺参数，发现可能出现的成型缺陷并提出相应的对策。（2）气体辅助注射成型气体辅助注
13、射成型是在传统的注射成型基础上发展起来的一种新的注射成型工艺，特点在于：在充填阶段，当型腔充填至70%95%时，向型腔内注入高压气体，并使气体进入型腔；进入保压阶段，继续注入高压气体，以弥补因熔体冷却而引起的收缩。在充填阶段，由于气体、熔体两种性质完全不同物质的动力学的相互作用，使得成型过程的模拟非常复杂，控制方程仍采用非牛顿流体非等温下广义的Hele-shaw 流动，但在气熔界面作了假设，认为气体、熔体两相介质不混合。这样，流场的求解变为对熔体流动方程的求解，仅在气熔界面上加上气体压力的边界条件。利用气体辅助注射成型过程的 CAE 技术，可帮助设计、工程人员解决气穴、气体冲头等潜在的质量问题
14、；确定熔体的最优体积、注入气体的最佳切入时间等工艺参数；获得多型腔系统在整个加工过程中的物料及气体的分布；优化气道、浇注系统的尺寸、布置方案。此外，还有反应、挤出、热成型、压延、流延模、纤维纺丝过程、吹塑模、涂覆等成型过程数值模拟也开展了广泛的工作，对聚合物加工过程的分析和成型设备的设计都产生了相当大的影响1。1.3 模具国外CAD/CAM/CAE技术的发展国外模具CAD/CAM技术的研究始于上世纪60年代，到70年代已经研制出了模具CAD/CAM的专门系统，推出了面向中小型企业的CAD/CAM的商业软件，可应用于各种类型的模具设计和制造。1973年，美国的DIE COMP公司率先研制成功PD
15、DC连续模系统。1977年，捷克斯洛伐克金属加工工业研究所研制成功AKT冲模CAD系统。1978年，日本机械工程实验室建立ME1连续模设计系统。1979年，日本旭光学工业公司研究成功的冲空模和弯曲模PENTAX的CAD系统。1985年，日本NISSIN精密机器公司采用了冷冲模CAD/CAM系统。到80年代末，美国、日本等工业发达国家的模具生产已有近50%采用了CAD/CAM技术。近二十多年来，随着计算机硬件的不断提升，工业发达国家的CAD/CAM技术不断创新、完善、逐步发展，已经形成一个从研究开发、生产制造到推广应用和销售服务的完整的高技术产业。国外在上世纪60年代开始开发有限元进行软件，1976年发行了第一套流动分析软件。利用CAE技术可以在模具加工前，在计算机上对整个成型过程进行模拟分析，减少甚至避免模具返修报废、提高模具质量和降低成本等。目前国外的模具CAE技术已经相当成熟，完全走向实用化阶段，并取得了显著效果。国外著名的CAE软件有NASTRAN、ADINA、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。1.4 模具国内CAD/CAM/CAE技术的发展 我国模具CAD/CAM技术开始于20世纪70年代末，与国外相比尚有一段距离，但目前也趋于成熟，并在模具生产企业得到广泛应用。特别是20世纪80年代后期，我
