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一、Moldflow發(fā)展概況
模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，以及塑料制品在航空、航天、電子、機(jī)械、船舶和汽車等工業(yè)部門的推廣應(yīng)用，產(chǎn)品對(duì)模具的要求也越來越高，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已無法適應(yīng)當(dāng)今的要求. 與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)相比，計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)無論是在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在降低成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面，都具有極大的優(yōu)越性。
美國MOLDFLOW上市公司是專業(yè)從事注塑成型CAE軟件和咨詢公司，自1976年發(fā)行了世界上第一套流動(dòng)分析軟件以來，一直主導(dǎo)塑料成型CAE軟件市場。MOLDFLOW一直致力于幫助注塑廠商提高其產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)質(zhì)量，MOLDFLOW的技術(shù)和服務(wù)提高了注塑產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短了開發(fā)周期，也降低了生產(chǎn)成本，MOLDFLOW已成為世界注塑CAE的技術(shù)領(lǐng)袖。利用CAE技術(shù)，可以在模具加工前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測熔體的填充、保壓和冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)進(jìn)行修改，而不是等到試模后再返修模具。這不僅是對(duì)傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方 法的一次突破，而且在減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等方面，都有著重大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)意義。塑料模具的設(shè)計(jì)不但要采用CAD技術(shù)，而且還要采用CAE技術(shù)，這是發(fā)展的必然趨勢(shì)。
21世紀(jì)，塑料工業(yè)以以前所未有的速度高速發(fā)展。塑料，在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)乃至國民經(jīng)濟(jì)中已擁有舉足輕重的不可替代的地位。模具是工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備。由于用模具加工成形零部件，具有生產(chǎn)高效、質(zhì)量好、節(jié)約原材料和能源、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。模具制造是一個(gè)生產(chǎn)周期要求緊迫，技術(shù)手段要求較高的復(fù)雜生產(chǎn)過程?？傊?，模具具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、型面復(fù)雜、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特點(diǎn)。應(yīng)用數(shù)控加工進(jìn)行模具的制造可以大幅提高加工精度，減少人工操作，提高加工效率，縮短模具制造周期。同時(shí)，模具的數(shù)控加工具有一定典型性，并比普通產(chǎn)品的數(shù)控加工有更高的要求。在模具的加工中，各種數(shù)控加工均有用到，應(yīng)用最多的是數(shù)控銑及加工中心，數(shù)控線切割加工與數(shù)控電火花加工在模具數(shù)控加工中的應(yīng)用也非常普遍，線切割主要應(yīng)用在各種直壁的模具加工，如沖壓加工中的凹凸模，注塑模中的鑲塊、滑塊，電火花加 工用的電極等。對(duì)于硬度很高的模具零件，采用機(jī)加工辦法無法加工，大多采用電火花加工，另外對(duì)于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用電火花加工。而數(shù)控車床主要用于加工模具桿類標(biāo)準(zhǔn)件，以及回轉(zhuǎn)體的模具型腔或型芯，如瓶體、盆類的注塑模具，軸類、盤類零件的鍛模。在模具加工中，數(shù)控鉆床的應(yīng)用也可以起到提高加工精度和縮短加工周期的作用。模具應(yīng)用廣泛，現(xiàn)代制造業(yè)中的產(chǎn)品構(gòu)件成形加工，幾乎都需要使用模具來完成。因此，凡制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家，模具市場均極為廣闊；凡模具發(fā)達(dá)國家，制造業(yè)也必定很發(fā)達(dá)和繁榮，也必定擁有國內(nèi)、國外兩個(gè)市場。所以，模具產(chǎn)業(yè)是國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是重要的、寶貴的技術(shù)資源。優(yōu)化模具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趨于智能化，提高型件成形加工工藝和模具標(biāo)準(zhǔn)化水平，提高模具制造精度與質(zhì)量，降低型件表面研磨、拋光作業(yè)量和制造周期；研究、應(yīng)用針對(duì)各種類模具型件所采用的高性能、易切削的專用材料，以提高模具使用性能；為適應(yīng)市場多樣化和新產(chǎn)品試制，應(yīng)用快速原型制造技術(shù)和快速制模技術(shù)，以快速制造成型沖模、塑料注射?；驂鸿T模等，應(yīng)當(dāng)是未來5~20年的模具生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
二、冷卻系統(tǒng)重要性及簡介
塑料產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到成型生產(chǎn)是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，它包括了幾部分：塑件設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具加工制造和模塑生產(chǎn)等幾個(gè)主要方面，他需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)是、模具設(shè)計(jì)師、模具加工工藝師及熟料操作工人協(xié)同努力來完成，他是一個(gè)設(shè)計(jì)、修改、再設(shè)計(jì)的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過程。
模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，一家塑件在航空。航天、電子、機(jī)械、船舶和汽車燈同業(yè)部門的推廣應(yīng)用，對(duì)模具設(shè)計(jì)的要求也越來越高，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已無法適應(yīng)當(dāng)今的要求。與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)相比，計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)無論是在提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在降低成本。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面，都具有極大的效用。
在塑料成型的過程中冷卻時(shí)間占據(jù)了絕大部分的時(shí)間，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在注射成型過程中，約有5%的時(shí)間用于注射，而15%的時(shí)間用于推出塑件，剩下80%的時(shí)間為冷卻時(shí)間，所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)劣決定了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是不容忽視的；采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，運(yùn)用Moldflow軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)后的仿真模擬并進(jìn)行分析可以獲得設(shè)計(jì)中存在的問題并進(jìn)行及時(shí)的修改優(yōu)化，最終得出最優(yōu)方案。
Moldflow的設(shè)計(jì)分析解決方案是全球塑料注射成型行業(yè)中使用最廣泛、技術(shù)最先進(jìn)的軟件產(chǎn)品。傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)基本憑借設(shè)計(jì)個(gè)人的只是和經(jīng)驗(yàn)，模具設(shè)計(jì)、加工完畢后，需要花大量的時(shí)間進(jìn)行調(diào)試、修改，甚至可能由于無法換回的一點(diǎn)失誤使得整個(gè)設(shè)計(jì)報(bào)廢，模具設(shè)計(jì)、加工的成本很高。MPL/COOL是Moldflow的一部分，注塑模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不凡對(duì)塑件的精度，變形、耐應(yīng)力開裂性、表面質(zhì)量等影響較大，在注塑模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常被認(rèn)為是次要部分，對(duì)于冷卻系統(tǒng)的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都沒有給予足夠的重視，往往將冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最后一道工序來做，這樣的冷卻設(shè)計(jì)很難滿足客戶對(duì)生產(chǎn)效率和高質(zhì)量產(chǎn)品的要求，如果冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理會(huì)造成模具生產(chǎn)效率低，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)致模具直接報(bào)廢，所以必須對(duì)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的分析。
影響注射模冷卻的因素很多，如塑件的形狀，冷卻介質(zhì)的種類、溫度、流速，冷卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料、熔體溫度、塑件要求的頂出溫度和模具溫度、塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等，這些參數(shù)之間互相聯(lián)系，荷香影響，有這些參數(shù)的合理組合才能獲得理想的效果，但靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和簡化公式是很難確定的，只有通過Moldflow分析才能得到理想的結(jié)果。MPI/cool采用邊界元法（boundary element method）對(duì)模具的溫度進(jìn)行三維模擬，塑件厚度方向上采用解析來計(jì)算其溫度分布，并通過塑件的熱流量將二者完全耦合進(jìn)行迭代計(jì)算求解，一般塑件進(jìn)行冷卻分析時(shí)迭代設(shè)計(jì)要耗時(shí)約，而且對(duì)計(jì)算機(jī)CPU和內(nèi)存要求非常高。MPI/cool能夠模擬冷卻管道（包括隔板管、噴流管、連接軟管）、鑲塊、多種模具材料、普通流到和熱流道、分型面及模具邊界對(duì)模具和制造溫度的影響，從而為優(yōu)化冷卻系統(tǒng)提供可靠的依據(jù)。MPI/Cool不僅能對(duì)中性面模型和fusion模型進(jìn)行冷卻分析，而且能夠?qū)?D模型進(jìn)行冷卻分析。此外，MPI/Cool、MPI/Flow和MPI/Warp等相結(jié)合，可以得到十分完美的動(dòng)態(tài)注射過程模擬流態(tài)分析。
三、Moldflow Plastic Insight 簡介
MPI是你決定產(chǎn)品幾何造型及成形條件最佳化的進(jìn)階模流分析軟件。從材料的選擇、 模具的設(shè)計(jì)暨成形條件參數(shù)設(shè)定，以確保在射出成型過程中塑料在模具內(nèi)的充填行為模式，以獲得高質(zhì)量產(chǎn)品。
MPI能分析模擬塑料流動(dòng)形態(tài)、產(chǎn)品體積收縮、冷卻時(shí)間、纖維配向性、產(chǎn)品翹曲等等，并且加強(qiáng)了塑料材料的使用。此外MPI還能分析模擬氣體輔助射出及熱固性成型。
MPI模擬分析減少生產(chǎn)周期時(shí)間。我們通過電腦模擬分析能確定和修改潛在問題。并幫助模具設(shè)計(jì)人員預(yù)測常碰到的問題并加以修正設(shè)計(jì)。其它的效益是改變材料材質(zhì)以節(jié)省材料費(fèi)用及煩瑣的射出成形條件設(shè)定，以達(dá)到降低成本之目的。
MPI主要提供以下功能模塊：
有限元解決方案
MPI/FUSION（雙層面網(wǎng)格模型）
MPI/FUSION 適用于分析形狀特征復(fù)雜之薄殼類塑膠零件。它基于Moldflow的獨(dú)家專利的Dual Domain（雙層面）分析技術(shù)，直接從CAD軟件中提取實(shí)體表面產(chǎn)生網(wǎng)格。FUSION網(wǎng)格大大降低前期網(wǎng)格處理時(shí)間，能快速對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行流動(dòng)、冷卻，翹曲等分析。它以最快的網(wǎng)格處理及最佳的網(wǎng)格質(zhì)量和準(zhǔn)確的分析結(jié)果成為應(yīng)用廣泛的薄壁件分析的網(wǎng)格形式。
MPI/3D（3D實(shí)體模型）
MPI/3D適用應(yīng)用于模擬粗厚件產(chǎn)品的塑料流動(dòng)分析。三維實(shí)體流動(dòng)分析使用獨(dú)一無二仿真求解三技術(shù)， 應(yīng)用四面體有限元素網(wǎng)格，來模擬塑料三維方向充填流動(dòng)情況， 至整個(gè)模穴填滿為止.
MPI/Midplane（中間面網(wǎng)格模型）
MPI/Midplane適用于分析肉厚較均勻之薄殼類塑膠零件。它提取實(shí)體壁厚的中間面作為網(wǎng)格外形，并賦予它厚度，使用較少的網(wǎng)格數(shù)目快速分析得到最精確的分析結(jié)果。 ' ?' b; C9 t8 M# h6 O- N
2. 基本分析模塊
MPI/Flow(流動(dòng)分析,優(yōu)化充填和保壓階段)
SMPI/Flow基本分析模塊，能模擬射出成型過程中熔膠流動(dòng)行為模式，以確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)、質(zhì)量及制造的可行性。使用流動(dòng)分析能夠迅速找到最佳射出成型條件、預(yù)知產(chǎn)品可能發(fā)生問題點(diǎn)及自動(dòng)修正流道系統(tǒng)以達(dá)模穴平衡。由流動(dòng)分析結(jié)果來考慮生產(chǎn)方式和修正產(chǎn)品幾何造型決定最佳的澆口位置、閥澆口數(shù)目或使用冷熱流道系統(tǒng)。
3. 常用分析模塊 3 b# t% @) s: H/ r
MPI/Cool(冷卻分析，最佳化冷卻系統(tǒng))
MPI/Cool是塑料射出和保壓階段被最佳化后的進(jìn)一步分析。冷卻系統(tǒng)包括模具外型、嵌入物均能夠在一個(gè)冷卻分析中獲得分析結(jié)果。由分析結(jié)果你能夠調(diào)整冷卻系統(tǒng)尺寸和位置及修改冷卻系統(tǒng)環(huán)繞形式和改變冷卻劑參數(shù)，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)最佳化。
(翹曲變形分析，預(yù)測改善翹曲變形)
翹曲分析模塊能預(yù)測塑料產(chǎn)品在開模后之收縮和翹曲結(jié)果。在材料庫中有8000余種熱塑性材料您可應(yīng)用線性或非線性分析，以預(yù)測塑料產(chǎn)品之缺陷及確定翹曲變形原因所在及變形量，并且能改善產(chǎn)品及模具中的殘留應(yīng)力分布。
其它分析模塊
(氣體輔助注塑分析,最佳化模具設(shè)計(jì))
MPI/Gas能仿真壓力控制或體積控制兩種模式在氣體輔助射出成型運(yùn)用。分析可以模擬塑料充填與氣體在模穴滲透模式，結(jié)果包括預(yù)測氣體會(huì)不會(huì)吹穿產(chǎn)品、產(chǎn)品厚度分布、氣體穿透能力、氣體保壓壓力曲線、包風(fēng)、熔合線位置和溫度分布等等MPI/Stress(應(yīng)力分析，提供各種應(yīng)力結(jié)果顯示)
MPI/Stress分析塑件產(chǎn)品在受外界載荷的情況下的機(jī)械性能，在考慮到注塑工藝條件下，優(yōu)化塑料制品的強(qiáng)度和剛度。STRESS預(yù)測在外載荷和溫度作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力和位移。對(duì)于纖維增強(qiáng)塑料，STRESS根據(jù)流動(dòng)分析和塑料的種類的物性數(shù)據(jù)來確定材料的機(jī)械特性，用于結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析。
(收縮分析，提供收縮結(jié)果顯示)
MPI/Shrink提供精確的收縮量評(píng)價(jià)和透過模具外型的收縮變化以確保預(yù)測產(chǎn)品收縮的尺寸。它允許調(diào)整射出成型條件、澆口的數(shù)目位置及材料以確保產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的收縮尺寸。收縮分析計(jì)算平行和垂直方向的流動(dòng)， 如使用特殊的收縮材料，亦可使用 Moldflow材料數(shù)據(jù)庫搜尋。收縮分析也能預(yù)測X Y Z各軸中的產(chǎn)品收縮方向，以提供查詢說明。
MPI/Optim(注塑機(jī)參數(shù)優(yōu)化分析，減少實(shí)際調(diào)機(jī)時(shí)間)
MPI/Optim射出成型條件最佳化工具，能夠自動(dòng)處理生產(chǎn)過程中決定射出成型條件。結(jié)果包括沖程長度、注射速度曲線、壓力切換、保壓段式以生產(chǎn)可接受的產(chǎn)品質(zhì)量。把這些分析結(jié)果輸入 Moldflow ( MPX) Xpert TM以確保射出成型機(jī)能快速而有效率的運(yùn)作。
MPI/Fiber(纖維取向分析,減小因纖維取向而生的產(chǎn)品翹曲等不良)
MPI/Fiber在塑料注射過程中塑料纖維流動(dòng)方向?qū)Ξa(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度性質(zhì)方面會(huì)有重要之影響。MPI精確的顯示出不同厚度方向?qū)永w維配向性情況，纖維配向性分析也可預(yù)測彈性系數(shù)對(duì)合成材料的影響。
MPI/Reactive_Molding(熱固性塑料分析,模擬熱固性樹脂的流動(dòng)和固化過程)
MPI/Reactive Molding熱固性塑料的流動(dòng)及融合分析反應(yīng)注射成型模塊可以使用戶模擬熱固性樹脂的流動(dòng)和固化，并深入理解這些復(fù)雜的處理過程。你可以預(yù)測熱固性和橡膠成型方法，反應(yīng)注射成型（RIM），增強(qiáng)型反應(yīng)注射成型（SRIM），和樹脂傳遞模（RTM）的可制造性，縮短成型周期，優(yōu)化工藝條件。另外，可選的模塊還可模擬IC封裝等。
MPI/MuCell(微孔發(fā)泡成型分析,優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和成型)
MPI/Microcellular注射成型是使用一種由熔融聚合物中混合二氧化碳(CO2)或氮?dú)?N2)所形成的超臨界流體(SCF)注射進(jìn)模具中以制造多微孔泡沫制品。通PI/MuCell，用戶可評(píng)價(jià)成型的可行性。另外，用戶還可通過查看分析結(jié)果來優(yōu)化制品設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)設(shè)計(jì)
MPI/Co-Injection(連續(xù)注射分析,模擬連續(xù)注入兩種材料的性能) , V3 R, o# Y5 m( u( z
MPI/Co-Injection能模擬連續(xù)注入兩種材料的性能。 + t5 a; y3 l6 c6 W
MPI/Injection_Compression(壓注模分析，模擬壓注模分析過程) 5 h! b. o6 J" y. h
MPI/Injection Compression 能模擬壓塑模具內(nèi)壓縮后的熔膠射出，以便制造尺寸不變的零件，這些零件相比之下並無壓力，而且符合低夾緊載重的條件。
Moldflow Manufacturing Solution(Moldflow品質(zhì)控制專家)
如果您所從事的是塑料注射成型工作，Moldflow Manufacturing Solutions 系列產(chǎn)品能幫助您更好的控制產(chǎn)品的生命周期管理，提高生產(chǎn)效率。今天有許多公司艱苦創(chuàng)業(yè)，因?yàn)樗芰铣尚托袠I(yè)競爭越來越激烈，要求有利潤的產(chǎn)品能及時(shí)上市。在今天激烈競爭的情況下，最大的提高生產(chǎn)效率變得越來越重要了。然而，制造商面臨一系列的問題，很難保持競爭力，包括：產(chǎn)品的生命周期縮短，然而短期的產(chǎn)品數(shù)量呈指數(shù)級(jí)上升，用戶不斷的要求低成本的得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。
? 熟練操作工在操作精密注射成型設(shè)備時(shí)，有易將制造過程引向低勞動(dòng)成本生產(chǎn)的趨勢(shì)
? 過時(shí)的、沒經(jīng)過優(yōu)化的注射成型過程降低了效率，提高了生產(chǎn)成本和產(chǎn)品上市周期，減少了利潤。
在許多領(lǐng)域，都要求產(chǎn)品的可繼承性，隨著塑料制品的生產(chǎn)不斷擴(kuò)大，和生產(chǎn)過程相關(guān)的問題也越來越多，常常造成時(shí)間延誤，增加成本。這是因?yàn)樽⑸涑尚凸に囀莻€(gè)復(fù)雜的過程，包括注射機(jī)參數(shù)，模具的復(fù)雜性，操作工的熟練程度和塑料材料屬性。另外，要求縮短模具準(zhǔn)備時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量和每臺(tái)機(jī)器的效率的壓力越來越大。由于這些壓力，就要求有個(gè)系統(tǒng)，通過直觀的，系統(tǒng)的方法來計(jì)劃，設(shè)置，優(yōu)化，控制和監(jiān)測成型過程。
直觀的 - 注射機(jī)操作者就可以最大化生產(chǎn)效率，而并不需要專家在旁邊指導(dǎo)
系統(tǒng)的 - 可科學(xué)的設(shè)置和優(yōu)化成型過程，而不單純依賴注射機(jī)操作者的技術(shù)
可驗(yàn)證的- 符合今天都要求的質(zhì)量控制報(bào)告
通用的 - 制造商可在公司范圍內(nèi)，用這些解決方案制定標(biāo)準(zhǔn)
Moldflow Manufacturing Solutions系列產(chǎn)品是一個(gè)完整的協(xié)同合作的制造管理系統(tǒng)，可提供產(chǎn)品和工藝數(shù)據(jù)來進(jìn)行實(shí)時(shí)的生產(chǎn)管理，自動(dòng)的設(shè)定、優(yōu)化和控制生產(chǎn)過程，對(duì)制造鏈接的獨(dú)一無二的設(shè)計(jì)，MMS系統(tǒng)能直接輸入Moldflow Plastics Advisers(MPA)和Moldflow Plastics Insight (MPI)軟件的分析結(jié)果，這兩個(gè)軟件都是注射成型工藝最好的預(yù)測分析產(chǎn)品。MPA和 MPI的分析結(jié)果能用來設(shè)定注射機(jī)的最初的流速和壓力曲線。通過這種方法，在產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)階段就開始了的優(yōu)化工作能直接繼承產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，縮短模具處理
MMS/Operator Station為操作者提供了一個(gè)接口，用來察看和輸入?yún)?shù)，例如廢品數(shù)，停工原因和
材料的改變。這個(gè)模塊也可以顯示機(jī)器的狀態(tài)，查看文檔， 也可以查看進(jìn)入系統(tǒng)的人及他們的活動(dòng)記錄
Desktop Applications - 針對(duì)生產(chǎn)和工藝過程的管理和分析
MMS/Production Manager 考慮注射機(jī)的開、停機(jī)時(shí)間，產(chǎn)品數(shù)量和機(jī)器效率，提供查看信息。
MMS/Production Manager 也是運(yùn)用其它MMS 組件的基礎(chǔ)模塊。
MMS/Production Scheduler 允許制造商基于不同的模具/注射機(jī)/材料的組合，來制定工作計(jì)劃
MMS/Statistical Process Control 監(jiān)測工藝過程，當(dāng)工藝條件要超過范圍時(shí)，發(fā)出警報(bào)。MMS/Statistical Quality Control 計(jì)錄靜態(tài)的質(zhì)量控制數(shù)據(jù)（SQC），例如產(chǎn)品重量，尺寸及與靜態(tài)工藝控制 聯(lián)系起來（SPC）。
MMS/Production Reporting 允許所用的進(jìn)入該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都能近似實(shí)時(shí)的記錄下來，以便確定方案。
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[2] 童曉闖 Moldflow注塑模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 上海中華職業(yè)技術(shù)學(xué)院
[3] 李明輝 王俊峰 UG NX6 注塑模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程 清華大學(xué)出版社 2010.3
[4] 葉久新 王 群 塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 2010.8
[5] 單 巖 蔡玉俊 羅曉燁 管愛枝 徐勤雁 moldflow立體詞典：塑料模具成型分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)2011.1
[6] 模具設(shè)計(jì)網(wǎng)站參考資料http://bbs.21mould.net/thread-4421-1-1.html
摘 要
對(duì)塑料蓋注塑模進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先通過測量，利用UG軟件進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行初步模具設(shè)計(jì)。然后，分析塑件塑件的工藝性, 選擇塑件材料并對(duì)材料性能進(jìn)行分析，按照注射模具設(shè)計(jì)的一般步驟進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，如注射機(jī)的選用、分型面和型腔數(shù)量及布置的確定、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、成型零件的計(jì)算、抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。此外，為了提高模具設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率,運(yùn)用MPI(Moldflow Plastics Insight)對(duì)塑料蓋模具進(jìn)行模流分析，并根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行改善。最后，根據(jù)以上計(jì)算和分析結(jié)果，在CAD2010環(huán)境下，繪制模具裝配圖和零件圖。
關(guān)鍵詞 蓋 注射模 冷卻系統(tǒng) 優(yōu)化與分析
I
Abstract
Plastic cap injection mold design, first by measuring the three-dimensional modeling using UG software, and a preliminary mold design. Then, the analysis of plastic parts plastic parts of the process, plastic materials and material properties analysis, in accordance with the general steps of the injection mold design and related calculations, such as the selection of the injection machine, the parting surface and cavity number and arrangement to determine gating system design, calculation of the molded part, the pulling mechanism design. In addition, in order to improve the quality and efficiency of the mold design, the use of MPI (Moldflow Plastics Insight) on the plastic cover mold mold flow analysis, and results of the analysis, the design results to improve. Finally, according to the above calculation and analysis of results, CAD2010 environment, drawing mold assembly drawings and part drawings.
Key words: Moldflow； Injection mold； Cooling system； Optimization and Analysis；
目錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1冷卻系統(tǒng)重要性及簡介 1
1.2設(shè)計(jì)思想 2
第二章 塑件成型工藝性分析 3
2.1、塑件的分析 3
2.3 注射成型過程 4
2.3.1注射成型過程 4
2.3.2注射工藝參數(shù) 4
第三章 模具結(jié)構(gòu)形式的擬定 5
3.1分型面位置的確定 5
3.2模具結(jié)構(gòu)形式的確定 5
3.2.1 型腔數(shù)量的確定 5
3.2.2 型腔排列形式的確定 5
3.2.3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 5
第四章 注射機(jī)型號(hào)的確定 6
4.1注射機(jī)選用原則 6
4.2注射機(jī)的初選 6
4.2.1 計(jì)算塑件的體積 6
4.2.2澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 6
4.2.3選擇注射機(jī) 6
4.3型腔數(shù)量及注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)的校核 7
4.3.1 型腔數(shù)量校核 7
4.3.2 注射量的校核 7
4.3.3 注射壓力的校核 7
4.3.4 鎖模力的校核 8
第五章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9
5.1主流道的設(shè)計(jì) 9
5.1.1主流道的尺寸 9
5.1.2主流道的凝料體積 9
5.1.3主流道的當(dāng)量半徑 10
5.1.4主流道剪切速率校核 10
5.2分流道的設(shè)計(jì) 11
5.2.1分流道的布置形式 11
5.2.2分流道的長度 11
5.2.3分流道的當(dāng)量直徑 11
5.2.4分流道的截面形狀 常用的分流道截面形狀有圓形、梯形、U形、六角形等，為了便于加工和凝料的脫模，分流道設(shè)在定模板上，采用圓形截面。 11
5.2.5分流道截面尺寸 11
5.2.6凝料體積 11
5.2.7校核剪切速率 11
5.2.8分流道的表面粗糙度和脫模斜度 12
5.3澆口的設(shè)計(jì) 12
5.3.1達(dá)到頂出溫度的時(shí)間對(duì)比如圖5-2、5-3所示 12
5.3.2氣穴分布對(duì)比如圖5-4、5-5所示 13
5.3.3熔接痕對(duì)比如圖所示 14
5.3.4點(diǎn)澆口尺寸的確定 15
5.3.5澆口剪切速率的校核 15
第六章 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 16
6.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
6.1.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
6.1.2凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（型芯） 16
6.2成型零件鋼材的選用 16
6.3成型零件尺寸計(jì)算 16
6.4成型零件尺寸及動(dòng)模墊板厚度的計(jì)算 17
6.4.1側(cè)壁S計(jì)算 17
6.4.2底部厚度T計(jì)算 19
第七章 模架的選取 20
7.1各模板尺寸的確定 20
7.2模架各尺寸的校核 20
第八章 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22
8.1概述 22
8.2排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 22
8.3排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22
第九章 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 23
9.1 推出方式的確定 23
9.2 脫模力的計(jì)算 23
9.3 推桿尺寸確定及校核 23
第十章 模具冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 25
10. 1 冷卻介質(zhì) 25
10. 2 冷卻系統(tǒng)計(jì)算 25
第十一章 基于moldflow環(huán)境下冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化 27
11.1冷卻系統(tǒng)簡介 27
11.2 產(chǎn)品分析 27
11.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 28
11.4 冷卻方案的制定 29
11.5 設(shè)計(jì)流程 30
11.6分析流程 31
11.6.1冷卻方案一 32
11.6.2 冷卻方案二 38
11.6.3 冷卻方案三 43
11.6.4數(shù)據(jù)歸納 49
11.6.5數(shù)據(jù)修改方案 50
結(jié) 論 51
致 謝 52
參考文獻(xiàn) 53
- 3 -
第一章 緒論
1.1冷卻系統(tǒng)重要性及簡介
塑料產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到成型生產(chǎn)是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，它包括了幾部分：塑件設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具加工制造和模塑生產(chǎn)等幾個(gè)主要方面，他需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)是、模具設(shè)計(jì)師、模具加工工藝師及熟料操作工人協(xié)同努力來完成，他是一個(gè)設(shè)計(jì)、修改、再設(shè)計(jì)的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過程。
模具是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，一家塑件在航空。航天、電子、機(jī)械、船舶和汽車燈同業(yè)部門的推廣應(yīng)用，對(duì)模具設(shè)計(jì)的要求也越來越高，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已無法適應(yīng)當(dāng)今的要求。與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)相比，計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)無論是在提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在降低成本。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面，都具有極大的效用。[1] 陳艷霞 陳如春 吳盛金 moldflow完全自學(xué)與速查手冊(cè) 電子工業(yè)出版社 2010.8:25
1]
在塑料成型的過程中冷卻時(shí)間占據(jù)了絕大部分的時(shí)間，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在注射成型過程中，約有5%的時(shí)間用于注射，而15%的時(shí)間用于推出塑件，剩下80%的時(shí)間為冷卻時(shí)間，所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)劣決定了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，所以冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是不容忽視的；采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，運(yùn)用Moldflow軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)后的仿真模擬并進(jìn)行分析可以獲得設(shè)計(jì)中存在的問題并進(jìn)行及時(shí)的修改優(yōu)化，最終得出最優(yōu)方案。
Moldflow的設(shè)計(jì)分析解決方案是全球塑料注射成型行業(yè)中使用最廣泛、技術(shù)最先進(jìn)的軟件產(chǎn)品。傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)基本憑借設(shè)計(jì)個(gè)人的只是和經(jīng)驗(yàn)，模具設(shè)計(jì)、加工完畢后，需要花大量的時(shí)間進(jìn)行調(diào)試、修改，甚至可能由于無法換回的一點(diǎn)失誤使得整個(gè)設(shè)計(jì)報(bào)廢，模具設(shè)計(jì)、加工的成本很高。MPL/COOL是Moldflow的一部分，注塑模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不凡對(duì)塑件的精度，變形、耐應(yīng)力開裂性、表面質(zhì)量等影響較大，在注塑模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常被認(rèn)為是次要部分，對(duì)于冷卻系統(tǒng)的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都沒有給予足夠的重視，往往將冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最后一道工序來做，這樣的冷卻設(shè)計(jì)很難滿足客戶對(duì)生產(chǎn)效率和高質(zhì)量產(chǎn)品的要求，如果冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理會(huì)造成模具生產(chǎn)效率低，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)致模具直接報(bào)廢，所以必須對(duì)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的分析。
影響注射模冷卻的因素很多，如塑件的形狀，冷卻介質(zhì)的種類、溫度、流速，冷卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料、熔體溫度、塑件要求的頂出溫度和模具溫度、塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等，這些參數(shù)之間互相聯(lián)系，荷香影響，有這些參數(shù)的合理組合才能獲得理想的效果，但靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和簡化公式是很難確定的，只有通過Moldflow分析才能得到理想的結(jié)果。MPI/cool采用邊界元法（boundary element method）對(duì)模具的溫度進(jìn)行三維模擬，塑件厚度方向上采用解析來計(jì)算其溫度分布，并通過塑件的熱流量將二者完全耦合進(jìn)行迭代計(jì)算求解，一般塑件進(jìn)行冷卻分析時(shí)迭代設(shè)計(jì)要耗時(shí)約，而且對(duì)計(jì)算機(jī)CPU和內(nèi)存要求非常高。MPI/cool能夠模擬冷卻管道（包括隔板管、噴流管、連接軟管）、鑲塊、多種模具材料、普通流到和熱流道、分型面及模具邊界對(duì)模具和制造溫度的影響，從而為優(yōu)化冷卻系統(tǒng)提供可靠的依據(jù)。MPI/Cool不僅能對(duì)中性面模型和fusion模型進(jìn)行冷卻分析，而且能夠?qū)?D模型進(jìn)行冷卻分析。此外，MPI/Cool、MPI/Flow和MPI/Warp等相結(jié)合，可以得到十分完美的動(dòng)態(tài)注射過程模擬流態(tài)分析。[2] 童曉闖 Moldflow注塑模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 上海中華職業(yè)技術(shù)學(xué)院
[3] 李明輝 王俊峰 UG NX6 注塑模具設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程 清華大學(xué)出版社 2010.3
[4] 葉久新 王 群 塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 2010.8
[5] 單 巖 蔡玉俊 羅曉燁 管愛枝 徐勤雁 moldflow立體詞典：塑料模具成型分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)2011.1
[6] 王衛(wèi)衛(wèi) 材料成型設(shè)備 機(jī)械工業(yè)出版社 2010.6
[7] 張榮清 模具制造工藝 高等教育出版社 2006.1
[8] 許建文 劉斌 基于Moldflow注塑模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 華僑大學(xué)模具技術(shù)研究中心 1005-3360（2008）
[9] 吳生緒 塑料成型模具設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 2008.1
[10] 鐘平福 蔣忠 胡偉 AutoCAD注塑模具2D排位設(shè)計(jì)技巧與實(shí)例 化學(xué)工業(yè)出版社 2009.8
[11] 黃振昌 互換性與測量技術(shù) 華南理工大學(xué)出版社 2009.8
[12] 孫壽云 王輝 基于CAE技術(shù)的注塑制品冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化 合肥工業(yè)大學(xué) 230009
[13] 李志剛，夏巨諶.中國模具設(shè)計(jì)大典. 電子版. 中國機(jī)械工程協(xié)會(huì)，2003
[14] 黃曉燕. 塑料模典型結(jié)構(gòu)100例. 第1版. 上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008
[15] 陳智勇. Moldflow6.1注塑成型從入門到精通．北京：電子工業(yè)出版社．2009]
2]
1.2設(shè)計(jì)思想
基于Moldflow環(huán)境下注塑模冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，其主要的設(shè)計(jì)要求是針對(duì)塑料模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，此次作為優(yōu)化的對(duì)象塑件為PC+ABS的塑料蓋；設(shè)計(jì)思路如下;
1. 首先針對(duì)塑件的外形進(jìn)行分析，由于塑件的外形往往決定了模具的設(shè)計(jì)的難度，通過分析可以了解蓋塑料蓋的設(shè)計(jì)要求從而制定合理的設(shè)計(jì)方案。
2. 選擇合適的成型材料，透過分析確定塑料蓋的成型工藝。
3. 對(duì)塑料蓋模具的整體設(shè)計(jì)，通過計(jì)算及查表，制定出模具的整體結(jié)構(gòu)，通過合理的修改，不斷完善該模具的結(jié)構(gòu)最終達(dá)到最優(yōu)化。
4. 通過Moldflow軟件進(jìn)行成型模擬，驗(yàn)證模具的可行性，首先確定澆口位置，再設(shè)計(jì)其流道系統(tǒng)，通過模擬確定該流道系統(tǒng)的是否存在問題點(diǎn)。然后通過冷卻系統(tǒng)的建模，分析冷卻系統(tǒng)在模具成型過程的效果，及存在的問題，根據(jù)初次方案的修改優(yōu)化制定出優(yōu)化方案二方案三。通過各個(gè)方案的對(duì)此最終得出最優(yōu)方案，再通過修改可控因子調(diào)整冷卻系統(tǒng)的效果，以達(dá)到最佳狀態(tài)。
第二章 塑件成型工藝性分析
2.1、塑件的分析
該塑件（蓋），塑件不允許有裂紋、變形等缺陷。根據(jù)對(duì)塑件的分析要求，同時(shí)考慮原材料價(jià)格要低廉，現(xiàn)決定選用工程塑料ABS。
（1）外形尺寸 該塑件壁厚為1mm，塑件外形尺寸較適中，塑料熔體流程不太長，適合于注射成型，如題目圖紙所示。
（2）精度等級(jí) 每個(gè)尺寸的公差不一樣，按圖紙的實(shí)際公差進(jìn)行計(jì)算，未標(biāo)注的按MT5進(jìn)行計(jì)算。
（3）脫模斜度 由于原材料為ABS屬無定型材料，成型收縮率較小，參考表1，選擇該塑件小型芯和凹模的脫模斜度為
2.2ABS的性能分析
（1） 使用性能 綜合性能好，沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性良好；易于成型和機(jī)械加工。
（2） 成型性能
1) 無定型塑料。其品種很多，各品種的機(jī)電性能及成型特性也各有差異，應(yīng)按品種來確定成型方法及成型條件。
2) 吸濕性強(qiáng)。 含水量應(yīng)小于3%（質(zhì)量），必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長時(shí)間預(yù)熱干燥。
3) 流動(dòng)性中等。溢邊料0.04mm左右。
4) 模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進(jìn)料口位置、形式。推出力過大或機(jī)械加工時(shí)表面呈現(xiàn)白色痕跡。
（3） ABS的主要性能指標(biāo) 其性能指標(biāo)見表1
表2-1 ABS的性能指標(biāo)
密度/
1.02~1.08
屈服強(qiáng)度/Mpa
50
比體積/
0.86~0.98
拉伸強(qiáng)度/Mpa
38
吸水率(%)
0.2~0.4
拉伸彈性模量/Mpa
熔點(diǎn)/
130~160
抗彎強(qiáng)度/Mpa
80
計(jì)算收縮率(%)
0.3~0.8
抗壓強(qiáng)度/Mpa
53
比熱容/
1470
彎曲彈性模量/Mpa
2.3 注射成型過程
2.3.1注射成型過程
1) 成型前的準(zhǔn)備。對(duì)ABS的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢驗(yàn)，由于ABS吸水性較大，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥。
2) 注射過程。塑件在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段。
3) 塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處理溫度為60~75，處理時(shí)間為16~20s。
2.3.2注射工藝參數(shù)
1) 注射機(jī)：螺桿式，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)為30r/min。
2) 料筒溫度（）：后段150~170；中段 165~180；前段 180~200。
3) 噴嘴溫度（）：170~180。
4) 模具溫度（）：50~80。
5) 注射壓力（Mpa）：60~100。
6) 成型時(shí)間（s）：30（注射時(shí)間取1.8，冷卻時(shí)間20.4，輔助時(shí)間8）。
第三章 模具結(jié)構(gòu)形式的擬定
3.1分型面位置的確定
通過對(duì)塑件結(jié)構(gòu)分析，確保分型線不影響塑件外觀，也便于脫模，分型面形式為平面分型面，設(shè)在塑件脫模方向最大的投影邊緣部位。
3.2模具結(jié)構(gòu)形式的確定
3.2.1 型腔數(shù)量的確定
塑料蓋外觀質(zhì)量要求一般，采用大批量生產(chǎn)，可采取一模多腔的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)，考慮到塑件尺寸、模具結(jié)構(gòu)尺寸的大小關(guān)系，以及制造費(fèi)用和各種成本費(fèi)等因素，初步定為一模2腔結(jié)構(gòu)形式。
3.2.2 型腔排列形式的確定
多型腔模具型心可采用平衡式排列布置，且力求緊湊，并與澆口開設(shè)的部位對(duì)稱。由于該設(shè)計(jì)選擇的是一模2腔，故采用直線對(duì)稱排列，如圖3-1所示。
圖3-1 型腔布局
3.2.3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
從上面分析可知，本模具設(shè)計(jì)為一模兩腔，對(duì)稱直線排列，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀，推出機(jī)構(gòu)擬采用推桿推出的推出形式。設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，流道采用對(duì)稱平衡式，澆口采用點(diǎn)澆口，開設(shè)兩個(gè)分型面。
第四章 注射機(jī)型號(hào)的確定
4.1注射機(jī)選用原則
模具只有與合適的注射機(jī)相配，生產(chǎn)才能正常進(jìn)行。因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)，除了應(yīng)當(dāng)了解注射成型的工藝過程外，還應(yīng)對(duì)所選用注射機(jī)的有關(guān)技術(shù)規(guī)范和性能參數(shù)有全面的了解。從模具設(shè)計(jì)的角度考慮，需了解的注射機(jī)技術(shù)規(guī)范的主要項(xiàng)目有：注射機(jī)的類型、最大注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、模具安裝尺寸及開模行程等。
注射機(jī)的選用包括兩方面的內(nèi)容：一是確定注射機(jī)的型號(hào)，使塑料、塑件、注射模及注塑工藝等所要求的注射機(jī)的規(guī)格參數(shù)在所選的規(guī)格參數(shù)可調(diào)的范圍內(nèi)；二是調(diào)整注塑機(jī)的技術(shù)參數(shù)至所需的參數(shù)。
4.2注射機(jī)的初選
4.2.1 計(jì)算塑件的體積
根據(jù)制件的三維造型，利用三維軟件直接求得塑件的體積為：=3.347，塑件質(zhì)量：
（4-1）
式中參考表2-1可取1.02-1.08。
4.2.2澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前是不能確定準(zhǔn)確數(shù)值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.2～0.1倍估算。本次取0.1，所以一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為
（4-2）
4.2.3選擇注射機(jī)
根據(jù)第二步計(jì)算，一次注入模具型腔的塑料總質(zhì)量=，結(jié)合， 則有：
= （4-3）
式中，V：一副模具所需塑料的體積（）；
：初步選定的型腔數(shù)量；
：單個(gè)塑件的體積（）；
：澆注系統(tǒng)的體積（）；
：注射機(jī)公稱注射量（）。
根據(jù)以上計(jì)算，初步選定公稱注射量為，注射機(jī)號(hào)為SZ-60/40立式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表4-1。
表4-1 注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)[4]
理論注射容量/
60
移模行程/mm
260
螺桿直徑/mm
30
最大模具厚度/mm
280
注射壓力/MPa
150
最小模具厚度/mm
160
鎖模力/kN
400
噴嘴口孔徑/mm
3.5
拉桿內(nèi)間距/mm
295*185
噴嘴球半徑/mm
15
4.3型腔數(shù)量及注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)的校核
4.3.1 型腔數(shù)量校核
（4-4）
所以2符合要求。
4.3.2 注射量的校核
（4-5）
所以，注射量合格。
4.3.3 注射壓力的校核
查表4-1可知，ABS所需注射壓力為70~90MPa，取=100MPa該注射機(jī)的公稱注射壓力=150MPa,注射壓力安全系數(shù)=1.25~1.4，這里取=1.3，則：
（4-6）
所以注射壓力合格。
式中，：ABS成型所需壓力（MPa）；
：注射機(jī)的公稱注射壓力（MPa）；
4.3.4 鎖模力的校核
塑件在分型面上的投影面積，由三維軟件測量得1962.5。
澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，可以按照多型腔模的統(tǒng)計(jì)分析來確定。是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積的0.2~0.5倍。這里取。
塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積：
1962.5=4710 （4-7）
式中，：塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積（）；
：每個(gè)塑件在分型面上的投影面積（）；
：澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（）；
：模具型腔內(nèi)的脹型力（MPa）；
471035N=164.5kN （4-8）
式中，型腔的平均計(jì)算壓力值（MPa），查表4-2取35 Mpa，查表4-1可得該注射機(jī)的公稱鎖模力=400N，鎖模力安全系數(shù)為=1.1~1.2，這里取=1.2。
< （4-9）
所以，注射機(jī)鎖模力合格。
對(duì)于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進(jìn)行。
表4-2 常用塑料注射時(shí)型腔的平均壓力
塑件特點(diǎn)
舉 例
型腔平均壓力（MPa）
容易成型塑件
PE、PP、PS等薄厚均勻的日用品、容器類
25
一般塑件
在模溫較高下，成型壁薄容器類
30
中等粘度塑料及有精度要求的塑件
ABS、POM等有精度要求的零件，如殼體等
35
高粘度塑料及高精度、難充型塑料
高精度的機(jī)械零件，如齒輪、凸輪等
40
第五章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指從注射機(jī)的噴嘴起到型腔入口為止的塑料熔體在模具中的流動(dòng)通道。它的作用是將塑料熔體順利地充滿型腔的各個(gè)部分，并在填充及保壓過程中，將注射壓力傳遞到型腔的各個(gè)部分，以獲得組織致密、外形輪廓清晰、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。澆注系統(tǒng)在模具中占有非常重要的地位。它影響塑件的內(nèi)在和外在質(zhì)量，它的布置和安排影響塑件成型難易程度和模具的復(fù)雜程度。因此正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)十分重要。這也要求模具設(shè)計(jì)者除了研究模具結(jié)構(gòu)和加工技術(shù)之外，還必須對(duì)成型技術(shù)有較深刻的理解，這樣才能使模具制造技術(shù)與成型工藝有機(jī)地結(jié)合在一起，生產(chǎn)出既經(jīng)濟(jì)又高質(zhì)量的產(chǎn)品。
澆注系統(tǒng)一般可分為普通澆注系統(tǒng)和無流道澆注系統(tǒng)兩類。普通澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。
5.1主流道的設(shè)計(jì)
根據(jù)表4-1， SZ-60/40型的注射機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸：
噴嘴前段孔徑：d0=Φ3.5mm；
噴嘴前段球面半徑：SR0=15mm。
5.1.1主流道的尺寸
1）在保證塑料良好成型的前提下，主流道L應(yīng)盡量短，否則將增多流道凝料，且增加壓力損失，使塑料降溫過多而影響注射成型。通常主流道長度由模板厚度確定，一般取L≤60mm。主流道長度由模板厚度與標(biāo)準(zhǔn)澆口套尺寸決定L=50mm
2）為了防止主流道與噴嘴處溢料，主流道對(duì)接處緊密對(duì)接，主流道對(duì)接處應(yīng)制成球半形凹坑，其半徑R= R0 +（1～2）mm，其小端直徑d=d0+（0.5～1）mm ；主流道小端直徑按照標(biāo)準(zhǔn)選取4㎜，SR選17㎜；
3）主流道大端直徑：，式中主流道圓錐角α＝2°~4°，取。
5.1.2主流道的凝料體積
（5-1）
5.1.3主流道的當(dāng)量半徑
（5-2）
5.1.4主流道剪切速率校核
計(jì)算主流道體積流量
（5-3）
由經(jīng)驗(yàn)公式 （5-4）
主流道的剪切速率處于主流道最佳剪切速率之間，所以，分流道內(nèi)熔體的剪切速率合格。
主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對(duì)材料要求較嚴(yán)格，因而模具主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套形式，以便有效地選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理，一般采用碳素工具鋼 T8A、T10A等，故選用T10A。對(duì)小型模具可將主流道澆口套與定位圈設(shè)計(jì)成整體式，如圖7-1所示。
圖4-1 澆口套結(jié)構(gòu)形式和尺寸
5.2分流道的設(shè)計(jì)
5.2.1分流道的布置形式
考慮盡量減少在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低，同時(shí)還考慮減小分流道的容積，保證壓力平衡，因此采用平衡式分流道。
5.2.2分流道的長度
由于留到設(shè)計(jì)簡單，根據(jù)兩個(gè)型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分流道較短，故設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)選小一些。單邊分流道長度取45mm，
5.2.3分流道的當(dāng)量直徑
因?yàn)樵撍芗馁|(zhì)量根據(jù)式（3-1） ，分流道的當(dāng)量直徑為
（5-5）為方便制造取4mm。
5.2.4分流道的截面形狀 常用的分流道截面形狀有圓形、梯形、U形、六角形等，為了便于加工和凝料的脫模，分流道設(shè)在定模板上，采用圓形截面。
5.2.5分流道截面尺寸
由于分流道采用圓形截面，所以其截面面積為
（5-6）
5.2.6凝料體積
分流道長度
L=45×2=90 （5-7
分流道截面面積
凝料體積
（5-8）
5.2.7校核剪切速率
計(jì)算分流道體積流量
（5-9）
分流道的剪切速率
（5-10）
分流道的剪切速率處于分流道的最佳剪切速率之間，所以，分流道內(nèi)熔體的剪切速率合格。
5.2.8分流道的表面粗糙度和脫模斜度
分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra1.2~2.5um即可，此處取Ra1.6um。另外，脫模斜度一般在之間，這里取脫模斜度為。
5.3澆口的設(shè)計(jì)
根據(jù)在moldflow環(huán)境下的模流分析確定澆口位置，外觀表面質(zhì)量一般；根據(jù)塑件達(dá)到頂出溫度的時(shí)間、氣穴分布、及熔接痕的分析確定澆口方式。
5.3.1達(dá)到頂出溫度的時(shí)間對(duì)比如圖5-2、5-3所示
圖5-2 達(dá)到頂出溫度的時(shí)間
圖5-3 達(dá)到頂出溫度的時(shí)間
由圖可知兩個(gè)交口方案，在moldflow分析中，達(dá)到頂出溫度的時(shí)間相差不大，冷卻時(shí)間較長的位置都是在塑件厚壁處。
5.3.2氣穴分布對(duì)比如圖5-4、5-5所示
圖5-4 氣穴
圖5-5 氣穴
由圖可知頂部采用點(diǎn)澆口氣穴出現(xiàn)在靠近分型面附近，可以通過加強(qiáng)分型面的排氣來達(dá)到消除氣穴的問題，而采用側(cè)澆口則氣穴分布不均，多數(shù)出現(xiàn)在遠(yuǎn)離分型面的加強(qiáng)筋上。難以采用加強(qiáng)排氣的方法達(dá)到消除氣穴的問題
5.3.3熔接痕對(duì)比如圖所示
圖5-6 熔接痕
圖5-7 熔接痕
由圖可知采用頂部點(diǎn)澆口熔接痕主要出現(xiàn)在分型面處，且數(shù)量少而短，可采用提高型腔表面的質(zhì)量減少熔體流動(dòng)時(shí)的速度損耗和壓力降，同時(shí)加強(qiáng)排氣。而側(cè)澆口熔接痕分布不均，而且多而長，主要分布在塑件的上表面外形凹凸處，難以加工處理。
綜合上述結(jié)論，本次設(shè)計(jì)采用上部點(diǎn)澆口形式進(jìn)行進(jìn)澆，如圖5-2所示
圖5-8 澆口位置
5.3.4點(diǎn)澆口尺寸的確定
計(jì)算點(diǎn)澆口的直徑，根據(jù)公式，可得點(diǎn)澆口直徑d計(jì)算公式為
（5-11）
式中，t為塑件最小壁厚，這里t為1mm，n是塑料成形系數(shù)，對(duì)于ABS，其成形系數(shù)為n=0.7。澆口深度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取1mm。
5.3.5澆口剪切速率的校核
點(diǎn)澆口的體積流量為：
（5-12）
由點(diǎn)澆口的經(jīng)驗(yàn)公式得，剪切速率為：
（5-13）
該點(diǎn)澆口的剪切速率出于澆口與分流道的最佳剪切速率為104s-1～105s-1,所以，剪切速率校核合格。
第六章 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算
6.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.1.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模是成型塑件的外表面的成型零件。按凹模結(jié)構(gòu)的不同可將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。根據(jù)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析，為便于加工，采用整體式凹模。
6.1.2凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（型芯）
凸模是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，通常可分為整體式和組合式兩種類型。通過對(duì)塑件結(jié)構(gòu)分析可知，該塑件的凸模只有一個(gè)大的圓臺(tái)，由于沒有特別的形狀所以直接加工即可。
6.2成型零件鋼材的選用
根據(jù)對(duì)成型塑件的綜合分析，該塑件的成型零件要有足夠的剛度、強(qiáng)度、耐磨性及良好的抗疲勞性能，同時(shí)考慮它的機(jī)械加工性能和拋光性能。又因?yàn)樵撍芗榇笈可a(chǎn)，所以凹模選用45鋼，而對(duì)于成型內(nèi)部的型芯而言，需散發(fā)的熱量比較多，磨損也比較嚴(yán)重，因此也采用45鋼。
6.3成型零件尺寸計(jì)算
采用平均收縮法，計(jì)算公式如下[1]：
凹模（型腔）徑向尺寸 （6-1）
凹模（型腔）深度尺寸 （6-2）
凸模（型芯）徑向尺寸 （6-3）
凸模（型芯）深度尺寸 （6-4）
塑件的平均收縮率 （6-5）
式中， ：系數(shù)，查表可知一般在0.5~0.8之間，取0.6； ：相應(yīng)尺寸制造公差（mm）；Δ ：制件公差（mm）；下標(biāo)s、m：分別代表塑件和模具。
根據(jù)材料ABS的特性查表2-1可知，收縮率是0.4-0.7，由制件成型工藝分析，收縮率（Scp）取0.5%。根據(jù)制件精度等級(jí)為4級(jí)查表[1]，可取塑件公差Δ的1/3~1/6，為使公差規(guī)范化，通過查標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值[6]，確定各尺寸，并計(jì)算模具尺寸公差如表6-1所示：
表6-1 成型零件各尺寸計(jì)算結(jié)果 單位（mm）
尺寸部位
塑件尺寸
Δ
計(jì)算公式
模具尺寸規(guī)范公差
凹模徑向尺寸
標(biāo)準(zhǔn)
5
7
10
15
50
0.12
0.14
0.16
0.19
0.37
0.03
0.04
0.04
0.05
0.09
4.95+0.03
6.95+0。04
9．95+0。04
14．96+0。05
50．03+0.12
凹模深度尺寸
22
0.32
0.08
21.92+0.08
型芯徑向尺寸
11
43
0.16
0.42
0.04
0.11
1096-0.04
42.96-0.11
型芯深度尺寸
11
0.16
0.04
10.96-0.04
6.4成型零件尺寸及動(dòng)模墊板厚度的計(jì)算
6.4.1側(cè)壁S計(jì)算
本設(shè)計(jì)選用的為整體式矩形型腔，結(jié)構(gòu)如圖5-1和5-2所示，其側(cè)壁的厚度按剛度條件為：
（6-6）
圖5-1 矩形凹模整體式力學(xué)計(jì)算尺寸
式中 ，；
；
；
P : 凹模型腔內(nèi)塑料熔體的最大壓力（MPa），為35 Mpa；
: 矩形型腔的長邊長度（㎜）,為300㎜；
h : 塑件的高度（㎜），為22 ㎜；
: 凹模的允許變形量（㎜）；
E : 鋼的彈性模量，取2.10×105 MPa。
h/=1.48>0.41，按強(qiáng)度計(jì)算為：
（6-7）
式中， ：模具強(qiáng)度計(jì)算的許用應(yīng)力(MPa)，一般中碳鋼160MPa。
通過剛度與強(qiáng)度綜合計(jì)算，取S=20mm。
多腔模具的型腔與型腔之間的壁厚由經(jīng)驗(yàn)公式 （6-8）
計(jì)算并取整需大于20㎜。
6.4.2底部厚度T計(jì)算
按強(qiáng)度條件計(jì)算底板厚度為
（6-9）
圖5-2 矩形多型腔側(cè)壁結(jié)構(gòu)
按剛度計(jì)算底板厚度為
(6-10）
綜合以上計(jì)算，由于厚度過小不符合實(shí)際說以T取整為50mm。
第七章 模架的選取
根據(jù)型腔的布局可以看出，型腔分布尺寸為180×100，又根據(jù)型腔側(cè)壁最小厚度為20mm，所以，凹模最小的尺寸為300×180×70；
模具的大小主要取決于塑件的大小和結(jié)構(gòu)。對(duì)于模具而言，在保證足夠強(qiáng)度和剛度的條件下，結(jié)構(gòu)越緊湊越好，可以以塑件布置在推桿推出的范圍之內(nèi)及復(fù)位桿與型腔保持一定距離為原則來確定模架大小，可以大致按下列經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算：
（7-1）
（7-2）
式中， ：塑件在分型面上的投影寬度（mm）；
：塑件在分型面上的投影長度（mm）；
：推板寬度（mm）；
：復(fù)位桿在長度方向的間距（mm）；
：復(fù)位桿直徑（mm）。
根據(jù)以上兩式求得=110mm，=212.5mm。
再考慮到導(dǎo)柱、導(dǎo)套及連接螺釘布置應(yīng)占的位置和推出機(jī)構(gòu)等各方面問題，確定選用模架結(jié)構(gòu)為A2（200×300）的形式[1]。
7.1各模板尺寸的確定
A板尺寸。A板是定模型腔板，塑件高度為22mm，再考慮凹模底部深度T=18mm，故A板厚度為70mm。
B板尺寸。取50mm。
C板（墊板）尺寸。墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度5～10mm=25+15+20+（5~10）=65~70mm，選C板高為70mm。
經(jīng)過上述計(jì)算，模架尺寸已經(jīng)確定為模架結(jié)構(gòu)形式為CI型，其外形尺寸：寬×長
×高=200×300×266mm。如圖6-1所示。
7.2模架各尺寸的校核
根據(jù)所選注射機(jī)來校核模具設(shè)計(jì)的尺寸。
模具平面尺寸156×275<295×185（拉桿間距），校核合格。
模具高度尺寸266mm，200<266<300，校核合格。
模具開模行程
（7-3）
（開模行程），校核合格。
所以選擇標(biāo)準(zhǔn)模架，其尺寸參數(shù)如下：
表6-1 CI型標(biāo)準(zhǔn)模架尺寸
定模A
200×300×70
導(dǎo)柱
Ф20
動(dòng)模B
200×300×50
閉合
高度
266
動(dòng)定模座板
/
推板
116×300×15
C板
200×300×70
推桿固定板
116×300×20
第八章 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
8.1概述
注射模的排氣是模具設(shè)計(jì)中不可忽視的一個(gè)問題，特別是恰注射成型工藝對(duì)注射排氣的要求更加嚴(yán)格。注射模內(nèi)的氣體有以下幾個(gè)來源：
(1)進(jìn)料系統(tǒng)和型腔中存有的空氣；
(2)塑料含有水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣；
(3)由于注射溫度過高，塑料分解所產(chǎn)生的氣體；
(4)塑料中某些添加劑揮發(fā)或化學(xué)反應(yīng)所生成的氣體。
在排氣不良的模具中，氣體經(jīng)受很大的壓縮作用而產(chǎn)生反壓力，這種反壓力會(huì)阻止熔融塑料的正常快速充模；而且，氣體壓縮所產(chǎn)生的熱也能使塑料燒焦。在充模速度大、溫度高、物料黏度低、注射壓力大和塑件過厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下能滲入塑料內(nèi)部，造成氣孔、疏松空洞等缺陷。模具積存的空氣所產(chǎn)生的氣泡，常分布在與澆口相對(duì)的部位上；分解氣體產(chǎn)生的氣泡，則沿著塑件的厚度分布；水蒸氣產(chǎn)生的氣泡，則不規(guī)則地分布整個(gè)塑件上。從塑件上氣泡分布的狀況，不僅可以判斷氣泡的性質(zhì)，而且也可以判斷模具的排氣部位是否選擇得正確。
8.2排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
排氣槽位置和大小的選定，主要依靠經(jīng)驗(yàn)。通常將排氣槽開設(shè)在比較明顯的部位，經(jīng)過試模后再修改或增加但基本的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：
(1)排氣要保證迅速、完全，排氣速度要與充模速度相適應(yīng)；
(2)排氣槽晝?cè)O(shè)在塑件較厚的成型部位；
(3)排氣槽應(yīng)晝?cè)O(shè)在分型面上，但排氣槽溢料產(chǎn)生的飛邊應(yīng)不妨礙塑件脫模；
(4)排氣槽盡量設(shè)在料流的終點(diǎn)，如流道、冷料穴的末端；
(5)為了模具制造和清模的方便，排氣槽應(yīng)盡量設(shè)在凹模的一面；
(6)排氣槽的排氣方向不能朝向操作面，防止注射時(shí)漏料燙傷人；
(7)排氣槽不應(yīng)有死角，防止積存冷料。
8.3排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本模具是小型模具，可利用分型面排氣，這是最簡單的方法，另外，由于此模具的設(shè)計(jì)中型腔采用組合的方式，有利于派排氣，同時(shí)，推桿的間隙也可以排氣，故本模具不單獨(dú)設(shè)計(jì)排氣槽來排氣，利用分型面和配合間隙已經(jīng)能夠達(dá)到排氣的目的。
第九章 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
9.1 推出方式的確定
本設(shè)計(jì)采用推桿推出機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)塑件脫模。因?yàn)樵撍芗姆中兔婧唵?，有一定壁厚，結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，采用推桿推出的脫模機(jī)構(gòu)可以簡化模具結(jié)構(gòu)，給制造和維護(hù)帶來方便。
9.2 脫模力的計(jì)算
塑件在模具中冷卻定型時(shí)，由于體積收縮，其尺寸逐漸縮小，而將型芯或凸模包緊，在塑件脫模時(shí)必須克服這一包緊力，若制件不帶通孔，脫模時(shí)還要克服大氣壓力。
動(dòng)模大型芯脫模力計(jì)算
由于塑件是錐形，所以大型芯的截面形狀是三角形。錐形的邊長分別為，根據(jù)，于是塑件可視為薄壁塑件，根據(jù)公式可計(jì)算該部分的脫模力，有[1]：
（9-1）
其中，E是材料彈性模量（MPa），查表值為1800Mpa。
S是塑料平均收縮率，;
L是被包型芯的長度（mm），為11mm；
是脫模斜度，此處；
是ABS材料與鋼材的摩擦系數(shù)，；
是塑料泊松比，；
一個(gè)無因次數(shù)，。
A是塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積（），
9.3 推桿尺寸確定及校核
（1）推桿的尺寸、數(shù)量和布置[1]
（9-2）
式中，d是推桿直徑（mm）；L是推桿長度（mm），L=105.5mm；E是推桿材料的彈性模量(Mpa)，為1.8Mpa，推桿選用45鋼；n是推桿數(shù)量；k是安全系數(shù)，取k=1.5
（2）強(qiáng)度校核[1]
校核合格 （9-3）
式中，是推桿材料的許用壓應(yīng)力（Mpa），為53Mpa
第十章 模具冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
10. 1 冷卻介質(zhì)
ABS屬于中等黏度材料，其成型溫度不太高，為200，模具溫度為50-80。現(xiàn)模具溫度初步選定為50，同時(shí)由于水的比熱容大、傳熱系數(shù)高、成本低，所以決定選用常溫水對(duì)模具進(jìn)行冷卻。
10. 2 冷卻系統(tǒng)計(jì)算
1）單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量W
①塑料塑件的體積 [1]
（10-1）
②塑料塑件的質(zhì)量[1]
（10-2）
③塑件的壁厚為1mm，查塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)表4-34可以確定其冷卻時(shí)間，取注射時(shí)間，脫模時(shí)間。因此，注射周期[1]
（10-3）
由此得每小時(shí)注射的次數(shù)：N=(3600/12.4)次=290次。
④單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量[1]：
（10-4）
2）確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時(shí)所放出的熱量
查塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)表4-35知PP的單位熱流量的值為。
3）計(jì)算冷卻水的體積流量[1]
設(shè)冷卻水道入水溫度為，出水口的水溫為，取水的密
，水的比熱容。則根據(jù)公式可得：
（10-5）
4）確定冷水路的直徑d [1]
根據(jù)，通過查塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)表4-30可確定模具冷去水孔直徑為0.008mm。
5）冷卻水在管內(nèi)的流速
（10-6）
6）求冷卻管壁與水交界面的膜傳熱系數(shù)h
因?yàn)槠骄疁貫?3.5,查塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)表4-31可得（按插值法確定）,則有[1]：
（10-7）
（7）計(jì)算冷卻水通道的導(dǎo)熱總面積A[1]
（10-8）
8）計(jì)算模具所需冷卻水管的總長度L[1]
（10-9）
9）冷卻水路的根數(shù) 設(shè)每條水路的長度為160mm，則冷卻水路的根數(shù)為：
（10-10）
由上述計(jì)算可以看出，一條冷卻水道對(duì)于模具來說顯然是不合適的，因此應(yīng)根據(jù)具體情況加以修改。為了提高生產(chǎn)效率，凹模和型芯都應(yīng)得到充分的冷卻。
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第十一章 基于moldflow環(huán)境下冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化
11.1冷卻系統(tǒng)簡介
塑料熔體在進(jìn)入型腔內(nèi)的流動(dòng)情況可以分為四個(gè)階段，分別為充填、壓實(shí)、倒流和澆口凍結(jié)。
冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化主要的方向就是針對(duì)澆口凍結(jié)后的冷卻階段，該階段是指在澆口塑料完全凍結(jié)時(shí)起到塑件從型腔中頂出時(shí)為止。這一階段型腔內(nèi)的熔體不斷的冷卻同時(shí)內(nèi)應(yīng)力也迅速的下降，從而使塑件在脫模時(shí)達(dá)到足夠的剛度順利脫模同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致變形。在這一階段，由于型腔內(nèi)熔體還具有一定的流動(dòng)性，導(dǎo)致產(chǎn)品溫度、壓力和體積上仍有改變，導(dǎo)致型腔的內(nèi)應(yīng)力與外界不同，他們的差值稱為殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的正負(fù)都會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。理想情況下殘余應(yīng)力為零時(shí)產(chǎn)品的脫模及質(zhì)量才能達(dá)到最優(yōu)值。
冷卻階段產(chǎn)品的冷卻不均容易導(dǎo)致產(chǎn)品的收縮不均直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量；而即使冷卻均勻的情況下由于冷卻過程中的玻璃化溫度的速度快于分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變的速率，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力。
為了減少注塑過程中型腔內(nèi)的溫度不均，開設(shè)冷卻系統(tǒng)來調(diào)節(jié)型腔溫度，從而使型腔溫度均勻穩(wěn)定。
而在進(jìn)行磨具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須先確定設(shè)計(jì)參數(shù)，其包括：冷卻管道的位置、冷卻管道的尺寸、冷卻管道的類型、冷卻廣島的布局與連接、冷卻管道賄賂長度、冷卻介質(zhì)的流動(dòng)速率。
而衡量注塑模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別為：注射磨具成型冷卻時(shí)間最短；注射塑件表面溫度均勻。
影響注射成型冷卻系統(tǒng)的因素很多，包括注射塑件的幾何形狀、冷卻介質(zhì)、流速、溫度、冷卻管道的不知、磨具材料、熔體溫度、蘇鑒定出溫度、磨具溫度等；我們可以通過moldflow設(shè)計(jì)優(yōu)化冷卻系統(tǒng)從而減少試模的次數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率。
11.2 產(chǎn)品分析
該產(chǎn)品為塑料蓋三維造型如圖11-1所示，產(chǎn)品外形尺寸為，該塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表現(xiàn)為塑件壁厚不均，最厚處為5mm，薄壁處厚度為1mm，拔模斜度為。由于后壁處的厚度較大。這將導(dǎo)致該位置的冷卻較為困難，冷卻時(shí)間延長，該處的溫度過大及收縮嚴(yán)重所以必須在該處加強(qiáng)冷卻，而產(chǎn)品為小零件，這也大大的增加了冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的難度。
圖11-1 三維造型
該塑料蓋的成型材料為PC+ABS其推薦工藝如下圖10-2所示
圖11-2 工藝參數(shù)
11.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
1.冷卻水道的設(shè)置 動(dòng)定模和型腔的四周應(yīng)均勻布置冷卻水通道，不可只布置在模具的一側(cè)（動(dòng)模或定模），否則脫模后塑件兩側(cè)溫度不均，進(jìn)一步冷卻后會(huì)發(fā)生翹曲變形。
2.冷卻水孔設(shè)置 冷卻水孔間的距離越小，直徑就越大，塑料冷卻越均勻。理想情況下管壁間距離不能超過管徑的五倍，水管壁離型腔表面不能太近，但也不能太遠(yuǎn)，以12-15mm為宜。水孔與相鄰型腔表面距離相等，水孔的排列與型腔的形狀盡量吻合，當(dāng)塑件的壁厚不均時(shí)應(yīng)在壁厚處開設(shè)距離塑件較近、管間距離較小的冷卻管道。
3.采用并流流向 加強(qiáng)澆口處的冷卻，熔體充模時(shí)澆口附近的溫度較高，因此在澆口處應(yīng)加強(qiáng)冷卻，采用與熔體大致并流的流向，并將冷卻回路的入口設(shè)在澆口附近，出口設(shè)在流動(dòng)末端。
4.降低進(jìn)水溫度差 普通模具進(jìn)出水溫度在之內(nèi)，精密模具在左右，如果進(jìn)出水溫差過大，會(huì)是模具溫度不均，特別是塑件型腔和模板尺寸很大時(shí)，為使塑件的冷卻速度基本一致，可以改變冷卻水管排列形式。為防止漏水，鑲塊間拼接處不應(yīng)設(shè)置冷卻通道，并注意睡到穿過型芯、型腔與模板接縫處的密封以及水管與水嘴連接處的密封，同時(shí)水管接頭部位的設(shè)置應(yīng)不影響操作，通常在注射機(jī)背。
5.冷卻通道要避免接近塑件產(chǎn)生熔接痕的位置及熔體最后填充的部位，以免減低蘇家強(qiáng)度影響充填效果。冷卻通道內(nèi)不應(yīng)有存水和產(chǎn)生回流的部位，避免貴大的壓力降。其直徑的選擇要易于加工和清理，一般為6-12mm。
6.冷卻睡到的進(jìn)出口接頭盡量不要高出模板平面，既要埋入模板內(nèi)以免吊裝時(shí)碰壞，同時(shí)要對(duì)各接口加以標(biāo)識(shí)。冷卻水道要易于清洗和加工。
11.4 冷卻方案的制定
由塑件的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，結(jié)合冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，制定如下幾個(gè)冷卻系統(tǒng)方案進(jìn)行對(duì)比，如圖11-3、11-4、11-5所示：
圖11-3 方案一
圖11-4 方案二
圖11-5 方案三
11.5 設(shè)計(jì)流程
使用moldflow打開塑件的STL文件，首先對(duì)塑件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，查看網(wǎng)格日志查看縱橫比是否符合要求一般要達(dá)到八一下的分析要求，匹配度是否高于85%的分析要求。通過分析，我們可以知道導(dǎo)入的三維模型縱橫比過大匹配度也不符合要求，所以必須對(duì)三維模型進(jìn)行調(diào)整，以便提高分析的準(zhǔn)確性。如圖10-6所示
圖11-6 網(wǎng)格參數(shù)
設(shè)置流道及澆口的位置及大小，如圖11-7所示
圖11-7 流道及澆口
11.6分析流程
根據(jù)之前擬定的冷卻系統(tǒng)方案在moldflow環(huán)境下進(jìn)行分析，對(duì)比方案一、二、三冷卻效果優(yōu)劣，最終選取合適方案。
11.6.1冷卻方案一
冷卻管道橫向分布對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行多級(jí)式的冷卻，管道直徑為8mm，管壁離型腔表面12mm，管道中心距為24mm如圖所示
圖10-8 方案一
通過在moldflow環(huán)境下分析得出的分析結(jié)果如下：
1.回路冷卻介質(zhì)溫度如圖圖11-9所示
圖11-7 回路冷卻介質(zhì)溫度
冷卻介質(zhì)溫度為，這個(gè)結(jié)果顯示了冷卻液流進(jìn)冷卻管道時(shí)的溫度變化。一般情況下回路冷卻介質(zhì)溫度的升高不要超過。所以方案1冷卻系統(tǒng)的溫度變化符合要求。
2.回路流動(dòng)速率如圖圖11-8所示
圖11-8 回路流動(dòng)速率
由圖中數(shù)據(jù)可知回路中沒有出現(xiàn)流動(dòng)速率不均勻的現(xiàn)象。如果存在流動(dòng)速率不均衡的現(xiàn)象，而且速率過低有可能導(dǎo)致冷卻液的流動(dòng)速率過低而導(dǎo)致冷卻效