带嵌件塑料件高光无痕注塑成型数值模拟研究及模具设计

摘要

塑料成型制品在我们的生活中越来越多，并且地位越来越高，涉及到方方面面，如航空航天、家用电器、电子设备、汽车内饰等。大部分塑料制品是纯塑料的，对于受力制品或需要减少体积的制品用带金属嵌件的制品。带嵌件塑料件可以在减少制品体积的同时，提高制品强度。但是这种制品在注塑成型时，由于材质的不同，注塑成型得到的产品会有很多的缺陷，如:银线、流痕、充填不足、熔接痕、缩痕、翘曲变形等。这些缺陷不仅影响产品的外在质量而且影响产品的内在性质。要解决这些问题，最好的方法是应用先进的高光无痕注塑技术进行注塑成型。高光无痕注塑技术可以提高嵌件模具型腔内熔体的流动能力，从而减少这些问题的出现。高光无痕注塑成型技术或称快速热循环(RHCM)注塑成型技术是近年来发展起来的一种新技术，是注塑成型领域前沿领先技术。在国内尚属于研究阶段。高光无痕成型技术实际上是一种快速加热并能快速冷却的变模温技术，就是在熔体注射到模具型腔之前通过模温机加热模具使模具型腔温度到达要求以后再注射熔融的塑料，当熔体充满型腔进行保压时模具中通入冷却水使模具型腔冷却，最后取出制件的生产过程。高光无痕注塑成型可以避免多种问题，比如:充填不足、劣质的熔接痕、流痕、迟滞、密度不均等，并可在无喷涂、无环境污染、绿色环保生产的前提下，成型出高光泽外观的产品。
　　本文以流体动力学、流变学理论为基础，应用最新开发的模流求解器和流体动力学软件，优化了模具温控系统，研究了带嵌件塑料件的高光无痕注塑成型特点，优化了高光无痕注塑成型工艺参数，最后根据研究获得的结果完成了带嵌件塑料件高光无痕注塑模具的建模。
　　本文以带嵌件的手机外壳为例进行了如下的研究:
　　首次应用CFX流体分析软件，以缩短加热阶段时间，缩短产品成型周期，提高生产效率及产品质量为目标，优化了加热管道在模具中的的布置及加热介质的流速，加热温度及加热时间等参数。得到了合理的快速加热模具的参数，并获得了均匀的模具温度场，为提供良好的注塑成型条件打下基础。
　　应用Moldflow模流分析软件优化了浇口的数量和布置方案，得到了使产品性质较好的浇口方案。
　　首次应用Moldflow新增的快速加热冷却求解模块，进行了温度的瞬态求解。结合正交试验设计，根据前面优化的加热管道和浇口，选取影响翘曲变形的6个工艺参数，最后获得使该手机壳翘曲变形最小的最佳工艺参数A1B1C1D1E1F2，其中工艺参数中的各因素对翘曲变形量的影响程度为:保压压力(90.240％)＞冷却时间(3.1260％)＞溶体温度(2.772％)＞保压时间(1.8161％)＞热水温度(1.4341％)＞注射时间(0.6132％)。
　　最后根据优化的模具结构和成型工艺，应用UG软件设计了模具和加工模具模仁的电极。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 嵌件注塑成型

1．3 高光无痕注塑技术的研究现状

1．4 高光无痕注塑存在问题

1．5 本课题的研究的意义以及内容

2 高光无痕注塑成型技术

2．1 模温控制技术

2．1．1 模温加热控制方式

2．1．2 模具温度加热系统

2．2 高光无痕注塑成型技术要求

2．3 高光无痕注塑和普通注塑成型结果对比

2．3．1 速度／压力切换时的压力

2．3．2 密度

2．3．3 体积收缩率

2．3．4 缩痕

2．3．5 翘曲变形

2．4 本章小结

3 基于CFX的温度控制系统的模拟分析与优化

3．1 CFX流体分析软件简介

3．2 高光加热管道回路的基本彤式

3．3 计算流体动力学模型与控制方程

3．4 基于CFX型腔温度场的模拟

3．4．1 模型的前处理

3．4．2 模型网格的划分

3．4．3 边界条件的设定

3．4．4 求解控制

3．4．5 分析后处理

3．4．6 优化后的结果

3．5 本章小结

4 基于Moldflow模具浇注系统的建立

4．1 Moldflow新增冷却(FEM)求解器介绍

4．2 Moldflow分析的前处理

4．2．1 模型的建立

4．2．2 模型的处理与导入

4．2．3 网格的划分

4．2．4 嵌件属性的赋予

4．2．5 分析序列的设置

4．2．6 材料的选择

4．3 浇口位置的确定

4．3．1 初步方案的确定

4．3．2 模拟结果分析

4．3．3 最佳方案的确定

4．4 流道系统的设计

4．4．1 主流道设计

4．4．2 分流道设计

4．4．3 浇口的设计

4．5 本章小结

5 基于Moldflow和正交试验的注塑工艺参数优化

5．1 Moldflow分析前处理

5．1．1 浇注系统的创建

5．1．2 加热、冷却回路及其参数的设置

5．1．3 模具表面的构建

5．1．4 工艺条件的设置

5．2 正交试验设计

5．2．1 工艺水平设置

5．2．2 均值分析

5．2．3 方差分析

5．3 分析结果验证

5．3．1 模具温度变化

5．3．2 加热／冷却管道压力的变化

5．3．3 加热／冷却管道温度的变化

5．3．4 优化后的产品

5．4 本章小结

6 模具的设计与制造

6．1 模具的CAD／CAM

6．1．1 设置材料的收缩率

6．1．2 模具坐标系的设置

6．1．3 工件的建立

6．1．4 模具的分型

6．1．5 型芯和型腔的创建

6．1．6 浇注系统的设计

6．1．7 承压板的设计

6．1．8 模架的创建

6．1．9 脱模系统的设计

6．1．10 冷却系统的设计

6．1．11 排气系统的设计

6．1．12 其他标准件和非标准件(特征)设计

6．2 电极设计

6．2．1 电极设计的基本原则

6．2．2 基于UG的电极设计

6．3 本章小结

结论

参考文献

附录1 正交试验翘曲变形量云图

附录2 模仁电极设计工程图

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果

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