大学机械工程学院本科毕业论文
德国的注塑模约有25%采用CAD/CAM/CAE技术，英国约有10%的模具厂采用CAD/CAM/CAE技术。
我国塑料模CAE技术的开发应用较晚。目前，模具行业的一些大企业和院校陆续引进了相当数量的国外注塑模CAD/CAM/CAE系统，这些系统尚未完全步入实用阶段。许多家电，汽车行业的大企业都购进CAE系统来解决注塑工艺难题。但很多企业购进CAE系统后，闲置不用，开模具的工人师傅还是主要靠经验开开注塑模具。不可否认，工人师傅有很多宝贵的经验，但在大型注塑模具试模时，经验往往受阻。而且最关键是这种做法延长了产品的开发周期。现在社会，时间已成为产品推出的一个重要因素，一个产品，如果研制时间长，则可能导致产品尚未推向市场就已经过时甚至被淘汰。
80年代后期，华中理工大学研制注塑模CAD系统HSC-1.0，该系统包括注塑件三维图形输入模块，流动模块，冷却系统分析模块及强度校核模块。可以预计，经过若干年的努力和计算机技术的推广普及，注塑模CAE技术将会给我国模具行业带来可观的经济效率。
传统的模具设计是经过概念设计—分析—样品生产—分析—设计—分析—生产——这样繁杂的过程后才最终确定那些复杂的模具原形。随着计算机的发展，CAD/CAE技术逐渐取代了传统的模具设计理念和设计方法，这种技术使得模具在进行真是的生产（包括样品生产）之前就已经通过了计算机应用软件进行了精确的结构设计、结构分析以及成形仿真过程。
模具机构设计应用相应的CAE软件，根据要实现的功能、外观和结构要求，先设计草图，然后生成相应的实体，接着子装配和总体装配，仿真模具开模过程，检查干涉情况，并进行真实渲染。整个过程也可以从上到下进行修改，每个过程的参数都可以改变，并可以设定参数间的关联性。 （1）草图重建技术
草图设计是整个模具设计的基础。现在的草图重建技术已经发展的非常成熟，这种技术是模具设计人员用二维和三维设计草图进行三维建模的关键技术。这种技术能够对草图的各个尺寸和相关的约束进行修改和重建。目前草图重建技术已经比较成熟，一些大型的CAD/CAE软件系统如Pro/Engineer、UG等都提供草图设计模块。
（2）曲面特征设计
随着人们对产品质量和美观性要求的不断提高，又由于曲面特征具有的诸多有点，在产品外形设计重，曲面特征设计成为模具设计的一个重要部分。目前CAD业界涌现出一批像EDS的UG、PTC的Pro/Engineer等等一系列的优秀的CAD软件，它们的三维实体建模、参数建模及复合建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征技术为模具设计提供了强有力的工具。 （3）变量装配设计技术
装配设计建模的方法主要有自底向上、概念设计、自顶向下等三种方法。自底向上方法是先设计出详细零件，再拼装产品。而自顶向下是先有产品的整个外形和功能设想，再在整个外形里一级一级的划分出产品的部件、子部件，一直到底层粗糙的零件。在模具中，由于有些模具的结构非常的复杂，在模具设计时只有采用自顶向下的设计方法，变量装配设计才支持自顶向下的设计。
变量装配设计把概念设计产生的设计变量和设计变量约束进行记录、表达、传播和解决冲突，以满足设计要求，使各阶段设计（主要是零件设计）在产品功能和设计意图的基础上进行，所有的工作都是在产品功能约束下进行和完成。变
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量装配技术也是实现动态装配设计的关键技术，所谓动态装配设计是指在设计变量、设计变量约束、装配约束驱动下的一种可变的装配设计。 （4）真实感技术
真实感技术是应用CAD软件本身具有的渲染技术，赋予已经设计出来的模型诸如颜色和材质属性，在不同外部条件（如光线）下观察模型的外观是否达到原先所设想的美观性要求。如AUTOCAD的“渲染”模块和UG重的“VISUALIZATICN”子命令等。
§1.4 本文研究的内容
本文以注塑分析系统Moldflow为工作平台，模拟了空气室上体的注塑过程。对其进行CAE分析。从浇口位置的选择到各种工艺参数的确定，对可能的方案进行了比较，模拟过程出现的问题进行了分析，最终达到优化的目的。
第二章：注塑成型及成型材料的介绍
§2.1注塑成型过程的介绍
塑料注塑成型是目前塑料加工中普遍采用的方法。除用于热塑性塑料成型外，近年来，也有部分热固性塑料的成型加工采用注射成型方法。注塑成型的生产效率高，易于实现机械化和自动化，并能制造外形复杂，尺寸精确的塑料制件，60%~70%的塑料制件用此方法生产。 2.1.1注塑成型工艺过程
一个完整的注塑成型过程包括成型前的准备，注塑成型过程，制件的后处理三个过程。
1. 注塑成型的前准备
为使注塑成型过程顺利进行和保证制件质量，成型前应该对所有的塑料原料和设备做一些前期准备工作。
①检验塑料原料的色泽，颗粒的大小，均匀性等；测定塑料的工艺性能；如果原料是粉料，则有时还需要对进行染色和造粒；对易吸湿的塑料进行充分的干燥和预热。
②对料筒进行清洗或拆换。
③对制件带有金属嵌件时，对嵌件进行预热，防止嵌件周围产生过大的内应力。
④对脱模困难的制件，要选择合适的脱模剂。脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而覆在模具表面的一种助剂。常用的脱模剂有硬脂酸锌，液体石蜡，硅油等。
2. 注塑成型过程
注塑成型的原理图。
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首先将准备好的塑料原料加入注塑机的料斗，然后送进加热的料筒中，经过加热熔融塑化成粘流态塑料溶体，在注塑机的柱塞或螺杆的高压推动下经喷嘴注入模具型腔，塑料溶体充满型腔后，需要溶体保压一定时间，使制件在型腔中冷却，硬化，定性，压力撤销后开模，并利用注塑机的顶出机构使得制件脱模，最后取出制件。这样就完成了一次注塑成型制件循环，以后不断重复上述周期的生产过程。
3. 制件的后处理
为改善和提高制件的性能和尺寸稳定性，制件经脱模或机械加工后应进行适当的后处理。后处理主要是指退火和调湿处理。 ①退火处理
退火处理是将塑料制件放在定温的加热液体介质中，或者在热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却的过程。其目的是减少或消除制件的内应力。
②调湿处理是将刚脱模的制件放在热水中隔热空气进行防止氧化的退火，同时加快达到吸湿平衡的一种后处理方法。其目的是使制件的颜色，性能，尺寸得到稳定。
2.1.2 注塑成型的工艺参数 1. 温度
注塑成型时需要控制的温度主要有料筒温度，喷嘴温度，模具温度
①料筒温度应控制在塑料的粘流温度和热分解温度之间。料筒温度直接影响塑料溶体冲模过程和制件的质量。选择时要考虑塑料的性能，注塑机类型，制件及模具结构特点等
②在选择喷嘴温度时，由于考虑到塑料溶体与喷嘴制件的摩擦热能使溶体经过喷嘴后出现很高的温升，故为防止溶体在直通式喷嘴可能发生的流涎现象，通常使喷嘴温度略低于料筒的最高温度。
③模具温度主要影响塑料在型腔内的流动和冷却，它的高低取决于塑料的结晶性，制件的尺寸和结构，性能要求以及其它工艺条件（溶体温度，注塑压力及注塑速度，成型周期等）。 2. 压力
主要有塑化压力和注塑压力。一般操作中，塑化压力应在保证制件质量的前提下越低越好。而注塑压力是克服塑料溶体从料筒流向型腔时的助力保证充模速率和对塑料溶体压实，其大小取决于塑料品种，注塑机类型，模具浇注系统的结构，尺寸与表面粗糙度，模具温度，制件的壁厚及流程大小等多种因素。 3. 时间
主要有注塑时间和辅助时间。前者包括充模时间，保压时间和合模冷却时间。
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后者包括开模，脱模，涂脱模剂，安装嵌块，合模等时间。
§2.2 ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）的介绍
由于所选材料为ABS，所以对其进行简单的介绍：
ABS无毒，无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。密度为1.02~1.05g/cm3。ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。
ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度易稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的助力；在正常的成型条件下，壁厚，溶料温度及收缩率影响极小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60℃，要求塑料光泽和耐热时，应控制在60~80℃。
ABS成型条件参照
注塑成型机的类型为螺杆式，计算收缩率为0.6~0.8，预热的温度为80~85℃，预热时间为2~3小时，料筒温度前段180~200℃，中段165~180℃，后段150~170℃，喷嘴温度170-180℃，模具温度50~80℃，注塑压力60~100MPa，成型时间注塑时间20~90高压时间0~5冷却时间20~120总周期50~220，螺杆转速30r/min，后处理为红外线灯，鼓风烘箱在70℃下2~4小时。
ABS的成型特点
ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理，易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力，在正常的成型条件下，壁厚，熔料温度及收缩率影响极小，要求塑件精度高时，模具温度可控制在50-60oC，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60-80oC。 ABS的成型工艺 1、干燥
ABS是吸水的塑料，于室温下，24小时可吸收0.2%-0.35%水分，虽然这种水分不至于对机械性能产生重大影响，但注塑时若湿度超过0.2%，塑料表面质量会受大的影响，所以对ABS进行成型加工时，一定要预先干燥，而且干燥后的水分含量应小于0.2%。 2、模具温度
模温一般控制在60-90℃,但最好为60℃,玻纤增强制品取上限。 3、注射压力
注射压力一般控制在1500bar，而在保压阶段可在750bar左右。
4、喷嘴、流道、浇口
由于ABS粘度较PS高，所以用较大的圆形或梯形浇口和流道，适用的冷流道模具的流道，直径应为6-8mm，或同等的梯形流道。半圆形流道并不适用。ABS适用于多种模具，包括热流道、无流道等，如采用热流道模具，流道直径可介于12-15mm，浇口可采用针状，薄膜形，潜水形和扇形。模具应设置排气孔，避免物料的烧焦。
5、注射速度、注射压力、背压
一般ABS制品采用高速及多级注射，但是对于阻燃品级，要慢速注射，以避免注射料的分解，耐热ABS也要快速注射(可减少内部应力)，注射压力在1500bar
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左右，保压时可低些。背压控制越低越好，常用的表压为5bar,背压最高时可采用15bar，螺杆前进速度采用慢速，一般不超过0.55~0.65m/s。
6、熔体温度
不同品级温度不同，如ABS/PVC，阻燃ABS其熔体温度比一般ABS低，高温级的PC/ABS掺混料与ABS/SMA掺混料就须要较高的溶体温度，电镀级的ABS也要有较高的熔体温度。
7、机筒停留时间
在265℃温度下，物料在机筒内停留时间最多不能超过5-6分钟，若温度为280℃，则物料在机筒内停留时间就不能超过2-3分钟，若生产过程中出现意外，应先把机筒温度调低至120℃，才可用一般ABS级来清理机筒，有些ABS制品在顶出时并无问题，但却可能会在储存期内产生褐色或黄色条纹，可能是由于机筒过热或滞留时间过长而引起。[7]
第三章：注塑模浇口位置的优化选择
§3.1注塑件浇口优化的前期处理
通过浇口位置的分析，系统可以自动分析出最佳浇口的位置，在进行Moldflow分析之前，对工件要进行相应的处理。
在分析前，导入Fusion模型，并进行相应的网格的划分，进行网格缺陷的修复。再设定相应的分析次序，材料，成型工艺参数等，最后进行浇口位置的分析。在进行建模时由于工件的复杂，所以不可能在每个地方都进行网格细化，但在在熔接痕，气穴，滞迟等对网格敏感的地方，网格划分和处理一定要精确。如图
图3.1 导入的Fusion模型
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