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1、毕业设计(论文)外文资料翻译系 别： 机电系 姓 名： 学 号： 外文出处：Springer-Verlag Berlin Heidelberg （英文原文自己可以通过学校的数据库（知网）下载)附 件： 1. 原文； 2. 译文 （有英文原文，加我Q1985639755）基于Moldflow的灯罩注塑模具的系统优化设计摘 要为了解决模具设计过程中存在的设计周期长、成本高、一次成型成功率低的等问题，于是便引入了聚合物流变学理论。幂律方程理论可用来描述聚合物流体的状态，而浇口的位置可以在Moldflow和其他一些模具列表中列出来。在对模具加工过程中的填充时间分析，腔体压力分析，注射嘴压力曲线分析和流
2、动温度分析的帮助下，可以确定模具的最佳浇口位置和浇注系统的分布。关键词：浇口位置优化；浇注系统优化；拟塑性流体；Moldflow1引言在传统的模具设计流程中，只有经过多次试模，才能生产出符合质量要求的模具。传统模具的设计周期长、成本高，同时模具的内部结构也会发生变化，这会降低模具的性能。注射过程模拟是一种专业的CAE技术，在注射过程模拟的下，根据塑料聚合物加工的基本理论和热传导理论，可建立和处理塑料在模腔中的流动、热传导的数学模型。在模拟数据的计算帮助下，可模拟出热塑性材料的在模具中的填充过程，模具冷却系统的分布。通过对塑料在模具中的流动状态，浇口、腔和压力场的分布计算、温度的分布计算、剪切应
3、力的分布预测，可优化模具浇口位置和注射参数,及时地发现缺陷注射，烧伤和不合理的连接位置避免空腔的出现。2 聚合物的流变学理论以注射为基础的材料的变形和流动是流体学研究的主题。熔化的聚合物的注射成型过程是一种非等温，非定常，非牛顿流体流动的热传导过程。熔化塑料的流动行为变化以及压力，温度，剪切率和其他物理量直接影响模具的内部结构，残余应力的分布以及塑件的最终形状。不可压缩的理想流体的剪应力非常小，这是纯粘流。当外部的力被释放，流动立即停止，但粘性变形不能立刻恢复。内部产生的剪切应力的流体与正常速度成比例，并且和压力无关。理想的流体的剪切应力遵循牛顿流体定律，表示如下其中代表的剪切力，du / d
4、y是剪切速度，代表牛顿稠度。这是材料的固有属性和时间，剪切速度无关。聚合物流体具有非牛顿粘度特性，有弹性恢复和分子取向的特性，这是普通的简单流体不具备的。它的流动行为表现为假塑性。当流体的温度一步一步上升时，其剪切应力减小。剪切应力与速度的关系不是线性相关的，它们的关系如下图：图1：牛顿流体和假塑性流体之间的剪切应力和剪切速度图目前，还没有什么精确的流变学能定义反映出牛顿流体熔化的本质。但是一些简单的模型，比如幂律方程，能够用公式表达它。幂律方程是用来描述假塑性流体的流动行为的，同样可用来描述流体。所以，当在有一个非常小的压力时，流体仍然可以流动。随着剪切应力的增加，假塑性流体逐渐变薄。幂律方
5、程如下其中表示剪切应力，du / dy是剪切速度，k表示稠度系数，n幂律指数，代表非牛顿水平。当n=1时，为牛顿液体，当n1时是假塑性流体。3 零件建模和Moldflow选项Moldflow是全球领先的塑料模具设计的流体模拟软件。在Moldflow的帮助下，可减少试模时间，降低模具设计成本，缩短模具开发时间，提高模具的质量。 灯罩部分的设计有着复杂的结构和繁多的资料，所以在Moldflow中很难直接准确地建立模型。灯罩的3D模型可以在Pro/Engineer软件中设计并以IGES格式存档，这种格式可以直接通过Moldflow打开。灯罩的3D模型如图2：图2：灯罩部分的3D模型这部分的材料是AB
6、S，它的热传导系数，密度，比热，弹性模量，热膨胀系数，屈服极限如下图3-6. 图3： 灯罩部分的收缩特性 图4：灯罩部分的机械特性 图5：其他特性 图6：推荐的工艺条件4浇口位置分析在Moldflow优化设计的帮组下，根据零件的几何形状和其他参数可以分析得出最佳的浇口位置，可以避免可能存在的不合适浇口位置而造成的缺陷。浇口位置的分析结果如图7.图7：最佳浇口位置的分析结果浇口位置分析的数字结果表明最佳的三个可行位置的布局。第一个方案是用系数为0.9136的点为浇口和,系数为0.8369的点作为第二个方案的双门边缘,第三种中用0.776的点为单侧浇口。因为热流道系统的性能会影响产品的填充，而填充
7、的结果可以用于进一步的浇注系统分析。在接下来的这篇论文中，会对不同的浇口流动方案进行比较，之后确定最佳的气口位置，浇口数目，和热流道系统布局。 5 填充分析 模具的塑料填充从入口进入到腔体中，然后流到空腔的底部。通过对填充的分析显示出不同时间熔融流体的前端位置。这可以用来预测在相对较好的条件下的填充状态。在填充过程中重要的参数包括熔体温度，注射压力以及充模时间。填充技术条件设置包括填充控制在速度和压力之间的变换和压力控制。填充结果包括填充时间，分子取向，剪切速度，气穴和焊接线。以第三种方案为例，填充结果如图8，可以得出以下结论：（1）填充的时候两侧的浇口是对称的；（2）前端两侧的熔融流体的速度
8、相同（3）所有空腔的填充在同一时间。在每次模拟填充时，记录了每个节点的压力值。在填充的过程中压力的分布必须是均衡的，而且在压力阶段的压力分配也应该是均衡的。在第三个方案中，当填充结束在1.182秒时，模腔压力的峰值是76.19MPa，这在图9中表示。第一个方案中，模腔的压力峰值是66.88MPa，第二个方案中的是56.73MPa。 图8：第三种方案中浇注口的填充时间 图9：在1.18秒第三种方案浇口压力由于压力在填充结束时对压力平衡非常敏感，所以才会获得各处填充均衡的工件。如果工件的压力分布图显示填充结束时压力处于平衡状态，则在第一种方案中有一个小的非平衡态，这是一个明显的压力差，主要表现在两
9、端的对称区域。在第二个方案中，压力的分布几乎平衡。在第三种方案中，和均值的偏差有些大。在注塑成型中注塑压力是一个非常重要的参数，它决定了压力的限制值，这个参数由模具注塑机的参数提供。第三个方案的注塑喷射口的压力如图10；它的注射压力限制值约为80MPa。模具的设计压力极限约为注塑机给的70%左右。所以140MPa的压力符合模具注塑机的压力要求。但在曲线中1.1秒处有一个压力峰值，表示工件的填充压力处于非平衡态，或者是前端流体明显减少导致填充速度增加。在第一个方案中注塑口的压力为48MPa，第二个方案中的注塑口压力为68MPa。第一个方案和第二个方案的压力曲线走势平滑，这表示注塑口很小或者在这些
10、方案中没有暗流。图10：第三个方案的注射口压力曲线流体前端的温度是从中间平面节点产生的结果，融合3D流分析，显示出该聚合物到达另一指定节点的温度变化。如果流动流的前沿温度太低，在面积薄的部分，可能会出现不射或者短射。在前端温度较高的部分，可能会出现材料的降解和表面缺陷。合理地流动前沿温度分布要均匀，否者可能会出现缺陷。第三种方案的流体前温度图如图11，图中显示的温度差为4.7。在第一种方案中温度差同样为4.7，第二种方案中为2.5。图11：第三种方案中流体流的分布图6结论在3D建模和聚合物理论的帮助下，工件的浇口位置在Moldflow得到优化，模具的方案也被列出来。在填充时间的分析，腔体压力分析，注塑口压力曲线分析，流体的前端温度分析，可以得出的结论是：第三种方案中浇口位置，流道系统是最佳的。鸣谢 这项研究是由山东省自然科学基金会支持（No.ZR2011EEM014和ZR2010EM013）和山东省科学技术发展规划（No.2010GGX10408）6