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第1页共16页目录第1章模流分析的概述--------------------21.1模流分析的原理-------------------------------------------------------------------------2第2章塑件的工艺性分析-------------------32.1原材料分析----------------------------------------------------------------------------------32.2结构分析---------------------------------------------------------------------------------------32.3成形工艺分析------------------------------------------------------------------------------4第3章成形方案的设计与分析----------------43.1成形方案的设计-------------------------------------------------------------------------43.2初始方案的分析-------------------------------------------------------------------------53.2.1侧浇口的特点---------------------------53.2.2工艺参数的设置-------------------------53.2.3网格模型的划分-------------------------63.2.4流动+翘曲的分析------------------------63.2.5冷却分析-------------------------------93.3优化方案的分析-------------------------------------------------------------------------93.3.1点浇口的特点---------------------------93.3.2冷却分析------------------------------12第4章方案对比--------------------------------134.1浇口位置对比-----------------------------------------------------------------------------134.2工艺条件设定-----------------------------------------------------------------------------134.3实验结果对比-----------------------------------------------------------------------------13第2页共16页第1章模流分析的概述1.1模流分析的原理1.粘性流体力学的基本方程1)广义牛顿定律，反映了一般工程问题范围内粘性流体的应力张量与应变速率张量之间的关系，数学表达式为本构方程。2)质量守恒定律，其含义是流体的质量在运动过程中保持不变，动量守恒定律，其含义是流体动量的时间变化率等于作用于其上的外力总和，数学表达式为运动方程。3)热力学第一定律，其含义是系统内能的增加等于对该系统所作的功与加给该系统的能量之和，数学表达式为能量方程。2.塑料熔体充模流动的简化和假设1)由于型腔壁厚(z向)尺寸远小于其他两个方向(x和y方向)的尺寸且塑料熔体粘性较大，z向的速度分量可忽略不计，且认为压力不沿z向变化。2)充模过程中熔体压力不是很高，因此可视熔体为未压缩流体。3)由于熔体粘性较大，对于粘性剪切应力而言，惯性力和质量力都很小。4)在熔体流动方向(x和y方向)上，相对于热对流项而言，热传导项很小。5)在充模过程中，熔体温度变化不大，可认为比热容和导热系数是常数。1.2模流分析的作用专业模流分析，可以预先发现模具可能存在的缺陷，节省试模、改模费用。如最佳进浇方案优化，帮助确定最佳的热流道进点位置，帮助确认有无“缩水”现象，结合线的位置，减轻翘曲变形，提高冷却效率缩短成型周期等等，对高品质的模具制作有确实的好处。总的来说，做模流分析的好处有以下几点：1.省钱，节省不必要的试模、改模费用；2.省时，缩短模具成型周期及制作周期，提升第一次试模成功率；3.高质，预先发现模具可能存在的缺陷，避免试模后烧焊；4.有利于树立良好的服务形象，增强信心，从而促使客人多下订单。第3页共16页第2章塑件的工艺性分析2.1原材料分析1．材料品种：聚乙烯，即PE。2．PE特点：乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上，也包括乙烯与少量α－烯烃的共聚物。乙烯为结晶料，吸湿小，不须充分干燥，流动性极好流动性对压力敏感，成型时宜用高压注射，料温均匀，填充速度快，保压充分.不宜用直接浇口，以防收缩不均，内应力增大。注意选择浇口位置，防止产生缩孔和变形。收缩范围和收缩值大，方向性明显，易变形翘曲。冷却速度宜慢，模具设冷料穴，并有冷却系统。加热时间不宜过长，否则会发生分解。软质塑件有较浅的侧凹槽时，可强行脱模。可能发生融体破裂，不宜与有机溶剂接触，以防开裂3.聚乙烯无臭，无毒,手感似蜡,具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良。4．成型温度为140-220℃。5．注射工艺及模具条件1）干燥处理：通常不需要进行干燥处理2）熔化温度：121-141℃3）模具温度：20-50℃4）注射压力：可达到150MPa5）保压压力：可达到100MPa6）注射速度：为避免材料降解，一般要用相当低的注射速度。7）流道和浇口：可以采用所有常规的浇口，如果注射成型较小的塑料件，最好采用针状浇口或潜伏式浇口，对于较厚部件，最好使用扇形浇口或潜伏式浇口的最小直径应为1mm，扇形浇口的厚度不能小于1mm。2.2结构分析1.从图2-1分析，该塑件的外形整体结构特征较为简单，却带有曲面的特征，尺寸较小。壁厚均匀，符合最小壁厚要求。2.塑件内外壁成型不是直角，而是成圆角，主要是为了在成型后，脱模的时候塑件方便取出，不需要考虑侧抽芯装置。第4页共16页图2-1塑料胶带圈的三维图2.3成形工艺分析1）结晶料,吸湿小,不须充分干燥,流动性极好流动性对压力敏感,成型时宜用高压注射,料温均匀,填充速度快,保压充分.不宜用直接浇口,以防收缩不均,内应力增大.注意选择浇口位置,防止产生缩孔和变形.2）收缩范围和收缩值大,方向性明显,易变形翘曲.冷却速度宜慢,模具设冷料穴,并有冷却系统.3）加热时间不宜过长,否则会发生分解.4）软质塑件有较浅的侧凹槽时,可强行脱模.5）可能发生融体破裂,不宜与有机溶剂接触,以防开裂.第3章成形方案的设计与分析3.1成形方案的设计注塑模具的浇口是分流道与型腔之间的狭窄部分，它使由分流道输送来的熔融塑料产生加速，形成理想的流动状态而充满型腔。它是整个浇注系统最关键的环节，它的形式、尺寸及位置会影响塑料流的充填模式，对塑件质量影响很大，其形式和尺寸可以通过试模后的修模过程来调整。对于胶带圈的模流分析我采用了两种方案的对比，方案一(侧浇口)方案二(点浇口)方案一采用侧浇口，一模四腔的布局形式，对胶带圈的成形进行模塑分析，通过分析胶带圈在成形过程中的体积收缩率、剪切速率等，发现可能出现的各种成型缺陷以及生产效率的高低，从而确定合理的浇口位置，优化模具设计。方案二采用点浇口，一模两腔的布局形式，对胶带圈的成形进行模塑分析，并通过胶带圈的浇口位置、充填时间、充填压力、锁模力、熔接痕、气穴等分析，第5页共16页确定模具在充填过程中的利与弊，以及塑件的力学性能和外观质量，最后根据所出现的问题采用合理的设计方案，保证制品的质量。3.2初始方案的分析3.2.1侧浇口的特点侧浇口，又叫边浇口，矩形浇口，是浇口种类中使用最多的一种，因而又称普通浇口，其截面形状一般加工成矩形，故又称矩形浇口。它一般开在分型面上，从型腔外侧进料。由于侧浇口的尺寸一般都较小，所以截面形状与压力、热量的关系可忽略不计。矩形浇口的长一般为0.5~3mm,宽为1.5~3mm,浇口深为0.5~2mm.1)侧浇口的优点A、截面形状简单，加工方便，能对浇口尺寸进行精细加工，表面粗糙度值小。B、可根据塑件的形状特点和充模需要，灵活地选择浇口位置，如框形或环形塑件，其浇口可设在外侧，也可设在内侧。C、由于截面尺寸小，因此去除浇口容易，痕迹小，制品无熔合线，质量好。D、对于非平衡式浇注系统，合理地变化浇口尺寸，可以改变充模条件和充模状态。E、侧浇口一般适用于多型腔模具，因此生产率很高，有时也用于单型腔模具中。2）侧浇口的缺点A、对于壳形塑件，采用这种浇口不易排气,还容易产生熔接痕、缩孔等缺陷。B、在塑件的分型面上允许有进料痕迹的情况下才可使用侧浇口，否则，只有另选浇口。C、注射时压力损失较大，保压补缩作用比直浇口要小。3）侧浇口的应用侧浇口的应用十分广泛，特别适用于两板式多型腔模具，多用于中小型塑件的浇注成型。3.2.2工艺参数的设置表3-1PE的成型条件第6页共16页熔体密度/(g·cm-3）最大剪切应力/MPa最大剪切速率/s-1模具温度/℃熔体温度/℃顶出温度/℃1.4g/cm31.8873414925-39℃180-226℃35℃完成分析后，选择注塑原料为PE，其材料参数及成型条件，见表3-1。3.2.3网格模型的划分网格模型的划分网格划分采用表面网格类型（Fusion），网格平均边长1.71mm，网格单元为11203个三角形，节点数为5642个，最大纵横比小于10，匹配率大于88.2%，此网格构造良好，完全能满足分析要求产品模型网格划分3.2.4流动+翘曲的分析第7页共16页图3-2变形变形是薄壳塑料制品注塑成形过程中常见的缺陷之一，不同材料，不同形状制品的翘曲变形规律差别很大，图3-2中最大的变形比例为0.1912,最小的比例为0.0711。剪切速率是指流体的流动速相对圆流道半径的变化速率。塑料熔体注塑时流道的剪切速率一般不低于1000ˉS浇口的剪切速率一般在100000ˉS—1000000ˉS。公式：剪切速率=流速差/所取两页面的高度差表3-5剪切速率剪切速率最大值34149/s剪切速率第95个百分数300001/s剪切速率平均值5.18141/s剪切速率标准差5.29721/s图3-9缩痕指数缩痕的定义及有关研究缩痕指的是注塑制品表面产生凹坑、陷窝或者收缩痕迹的现象,缩痕深度一般比较小,并不影响使用性能,但是由于它使光线朝不同方向反射,使得产品在外观上不可接受。如图3-9所示画圈的地方即为制品上产生的缩痕。表3-6缩痕指数缩痕指数最大值0.2542%缩痕指数第95个百分数0.213%第8页共16页缩痕指数最小值-0.1395%缩痕指数标准差0.2232%图3-10体积收缩率体积收缩率是保证塑件尺寸的重要因素，同时它也影响模具推出机构推出件力的大小，如图3-10胶带圈的收缩率为20.18%,那么模具的型芯也就根据收缩率的大小相应变大，这样尺寸才能在规定公差范围之内。表3-7体积收缩率体积收缩率最大值20.18%体积收缩率第95个百分数18．85%体积收缩率第5个百分数3.45%体积收缩率最小值0.027%体积收缩率平均值13.4636%体积收缩率标准差2.7272%第9页共16页3.2.5冷却分析图3-11温度图3-11为注塑过程中模具的温度分析，从分析图中来看，模具内部温度较高，最大温度为38.51C。分析数据如下：表3-8型腔表面温度型腔表面温度最大值38.51℃型腔表面温度最小值25℃型腔表面温度平均值30.13℃平均模具外部温度25℃循环时间35.0000s