基于Moldflow对台式风扇外盖塑件成型的模具工艺结构研究.docx
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基于Moldflow对台式风扇外盖塑件成型的模具工艺结构研究
广东科技学院
本科生毕业论文（设计）
题目：
基于Moldflow对台式风扇外盖塑件成型的模具工艺结构研究
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摘要
基于对Moldflow软件的塑件成型分析工艺的有效性和便捷性，进行对台式风扇外盖塑件进行模流分析，提前对模具工艺结构进行测试。
若是塑件模具的工艺结构不合理，将会导致塑件不成型，台式风扇外盖也将制作不合格，模具设计是需要精准合理，选择聚丙烯成型的工艺参数，分析了台式风扇的结构特点，介绍了台式风扇外盖塑件成型模具的工艺结构和工作流程等。
本文就Moldflow软件对台式风扇外盖塑件成型的模具工艺结构进行分析探究。
关键词：
Moldflow台式风扇外盖塑件成型模具工艺结构
Abstract
BasedontheeffectivenessandconvenienceofthemoldinganalysisprocessofMoldflowsoftware,thedesktopfancoverplasticpartswereanalyzed,andthemoldprocessstructurewastestedinadvance.Iftheprocessstructureoftheplasticmoldisunreasonable,willleadtotheplasticparts,thedesktopfancoverwillalsobedisqualified,molddesignistoneedaccurateandreasonable,choosetheprocessparametersoftheco-polypropylene,analyzethestructureofthedesktopfan,andintroducetheprocessstructureandworkflowofthedesktopfan.ThispaperanalyzesthemoldprocessstructureofMoldflowruanjianduitaishifancoverplasticmolding.
Keywords：
MoldflowDesktopfancoverPlasticmoldProcessstructure
目录
摘要I
前言I
1.Moldflow软件的概述1
2.台式风扇外盖工艺分析3
2.1台式电风扇外盖成型工艺分析3
2.2零件结构设计3
3.Moldflow对台式风扇外盖塑件成型模具的工艺结构研究4
3.1台式风扇外盖塑件成型模具结构分析
4
3.1.1模腔4
3.1.2成型零部件4
3.1.3浇注系统5
3.1.4导向机构5
3.1.5推出机构6
3.1.6冷却与加热装置6
3.1.7排气系统6
3.1.8支承零部件7
3.1.9侧分型与抽芯机构7
3.2台式风扇外盖塑件成型模具工艺流程分析
7
3.2.1浇注填充8
3.2.2保压阶段8
3.2.3冷却阶段8
3.2.4脱模成型9
3.3台式风扇外盖塑件成型模具的工艺参数
9
3.3.1注塑压力9
3.3.2注塑时间10
3.3.3注塑温度10
3.3.4保压压力10
3.3.5背压10
结论11
参考文献11
附录12
致谢12
前言
随着工业的迅速化发展，信息化时代将工业推向热潮，信息技术与工业结构相结合的模式，不仅提高了工业的生产效率，而且降低了劣质产品的出现，运用软件技术进行模具和塑件流程的分析测试。
CAD和CAE技术逐渐运用到模具工业当中，受到国家和企业的青睐，其中Moldflow是CAE分析中最具有代表性的软件，它主要是应用在注射模具的流程分析上，模拟分析热塑性塑料熔体进入模具的流动过程，分析模具工艺特点，并且将模具的工艺结构和工艺参数进行分析探究，协助设计人员和施工人员做出有效判断，模拟工艺流程的全部过程，找出工艺流程中存在的细节问题，降低质量问题的出现，提高生产效率，减少生产成本。
1.Moldflow软件的概述
Moldflow是一款仿真软件，它主要是运用在注塑成型模具的模流分析，协助设计师和工程人员进行验证和优化塑料部件以及模具预测等用途。
通过仿真的设计演示，展示模具的内腔壁厚、浇注工艺、流动走向、压力参数、材料性质等几点因素，预测塑件成型的质量［1］。
Moldflow是CAE代表性的工业模具设计软件，从薄壁零件到厚壁零件，通过Moldflow软件中的几何图形支持协助工程师确定最终的设计方案。
2.台式风扇外盖工艺分析
2.1台式风扇外盖成型工艺分析
台式风扇的外盖具有许多长短不一的长方形孔状结构，这对于模具的制作工艺增加了很大难度，复杂的外盖设计也增加了注塑模具的复杂性，从而模具制作的精准性成为工程师的主要任务。
台式风扇的材料应该选用质量好的聚丙烯，因为台式风扇的外盖是作为保护扇叶和零件不受外界损害，并且内腔壁应该将聚丙烯涂抹均匀，若是涂抹不均匀会导致收缩率不一致，很容易造成外盖破裂的现象［2］。
对于起到保护作用的外盖而言，在进行模具浇注的时候，可以通过温度来调节材料在内壁的均匀程度，确保内壁厚度均匀，保证外盖质量。
对于多孔结构处，为浇注工艺带来难度，很容易产生熔接痕和气孔，适当使用嵌件可以改善气孔和熔接痕的产生，对台式风扇外盖制作解决弊端的影响，从而提升外盖塑料成型的质量。
在台式风扇外盖的制作中，工艺参数直接影响着外盖的质量，工艺参数的精确性是质量保障的直接因素。
在注塑模具进行制作产品时，对于温度、压力、腔壁厚度、时间、浇注速度和浇注方式等参数要求严格，成型外观和成型质量都因为工艺参数的精准性而决定，成型的工作效率也将成为质量保障的基础［3］。
台式风扇的外盖厚度较大，后面留有散热孔，对于长时间工作状态避免过热导致的外盖变形，聚丙烯材料较为轻便，方便搬运和携带，也可以保护内部零件不受损坏。
在注塑时，液压缸的压力可以通过塑机螺杆传递到塑料熔体上，在压力的推动下，顺利通过主流道和分流道还有浇口，进入到模具内腔，由于熔体热度特别高，可塑性强，待进入模具后，进行一段时间的保压阶段，等到完全均匀的填充满模具内腔，在开始进行冷却、脱模成型阶段，完成台式风扇的优质成品。
2.2零件组成分析
为了保证台式风扇在损坏时能够方便维修，适量使用嵌件螺母等零件可以起到外盖组合固定的作用，将外盖依照图形设计进行模具注塑成型，在外盖和外盖的交界口可以使用嵌件进行连接，从而满足凹凸模型的复杂性设计［4］。
但是要适量使用嵌件，不能过多的使用嵌件进行外盖连接，不然会导致外盖强度过低，容易发生破损等问题，不利于生活中使用，导致台式风扇的使用寿命大大降低。
3.Moldflow对台式风扇外盖塑件成型模具的工艺结构研究
3.1台式风扇外盖塑件成型模具结构分析
3.1.1模腔
模腔是模具的内腔，是产品制造的空间，它的结构形状和尺寸大小是根据产品的形状和特点进行设计，还要根据温度考虑到原料的收缩率，根据产品的特性硬化内腔壁，使其可以承受高热度和高压力的条件进行工作。
针对台式风扇的外盖塑料需要进行高压状态的作业，使外盖硬度变大，增加使用寿命，保护内部零件不受损坏，那么应该在模腔内壁进行氮化处理，使内壁的抗压能力加强，应对作业中台式风扇外盖熔料制作时的高温和保压阶段的压强。
在模腔作业时，直接将胶料推入模具模腔之中，很容易出现熔接痕和气泡，更严重的会导致模腔破裂现象，所以提前针对模腔进行Moldflow软件的模流分析，模拟仿真演示液态聚丙烯进入模腔内的作业，检验高温和高压对模腔的影响，并对脱模后的产品进行检测，检测成型外观和细节，分析模腔的优劣。
3.1.2成型零部件
成型零部件包括了凹模、凸模、型腔、型芯、镶件等等（如图一），这些成型的零部件结构主要是为了保证塑件的质量，保证加工、装配、使用、维修等环节的方便化和系统化。
台式风扇的外盖结构较为圆滑，这也使得成型零部件工艺较为复杂，外盖接口可以采用较为整体的整体式型腔，表面不会有拼接的接缝痕迹，增加美观性，并且牢固可靠不易破损。
但是因不同样式的台式风扇而言，整体式的型腔不利于维修拆按，用嵌件进行组装固定也是台式风扇外盖的一大方式，少量的成型零部件对台式风扇外盖的质量和强度都有一定保障，但是成型零部件不宜使用过多，不然会破坏美观性和牢固性[1]。
运用Moldflow模流软件进行模拟分析，找到最适合的成型零部件和外盖拼接方法，保证台式风扇外盖在使用中便捷牢固，提高塑件的精准性，减少生产成本。
图一
3.1.3浇注系统
注塑浇注系统常用的主要是直接浇口、侧浇口、潜伏式浇口、点浇口等，为的是将液态的聚丙烯原料平稳引入模具内腔中。
而生活中的塑料产品多用于直接浇口和策浇口两种，直接浇口是让塑料液体经过主流道直接进入模腔中；而侧浇口是由塑件侧边缘进料，多用于大型模具。
台式风扇外盖主要是用到了直接浇口，台式风扇外盖的原料在进入模具模腔中时，需要加大压强使得浇注环节可以顺利进行，控制好浇注的速度和流动时间，使聚丙烯液体可以平稳进入模腔，避免气体和杂质进入型腔，产生不均匀和有裂痕、气孔现象的产生。
直接浇口使得使浇注系统很快充满聚丙烯液体，避免杂质和气体进入，保证产品质量[2]。
Moldflow软件通过模流分析，分析演示液体从浇口进入模具模腔内，参照速度、时间等工艺参数，确保产品制作均匀无瑕疵。
3.1.4导向机构
导向机构是指的保证动模和定模或是模内零部件准确对合，起到了定位定向的作用。
在导向机构中主要分为导柱导向和锥面定位两种方式，台式风扇外盖的制作中，因为模具较小，一般使用导柱导向机构，导柱导向机构是由导柱和导套组成，台式风扇外盖主要利用导柱和导向孔的配合保证模具对合的精准度，保证模具间的零部件对合精准性[3]。
运用Moldflow模流软件进行仿真演示流程，采用表面网格类型划分网格，进行模具内塑件结构的分析诊断，通过结合图形的比对协助，把动模和定模之间的零部件结合分表现出来，进行研究分析，选择合适的导向机构进行测试排查，将模具对合的精准度最大化。
3.1.5推出机构
推出机构又称为脱模机构，是保证成型的台式风扇外盖塑件完好无损的脱离模具，准确的从凹模或者型芯脱离，分为手动脱模、机动脱模、液动脱模等等，其目的就是为了保证成型塑件的完好性。
在Moldflow模流软件的协助下，对于环节中较为重要的脱模环节有积极作用，在塑件成型时，最重要的最后一步就是推出脱模，这将决定塑件质量和生产效率，脱模过程中若是产生破损现象，就会功亏一篑。
Moldflow软件是CAE的最具代表性的模流软件[4]，也是最新型针对注塑工艺研发的智能系统，针对塑件成型工艺进行模流分析，确保推出机构在行腔推出时塑件的外形和质量完好无损。
3.1.6冷却与加热装置
冷却的目的是为了缩短台式风扇外盖的模塑周期，将生产效率提升至最大化，在塑件冷却环节，快速稳定的降低塑件温度，缩短了冷却时间，减少了百分之八十的定型时间，冷却装置提高了生产效率。
加热是为了高温促使聚丙烯材料这种热固性材料的交联反应持续进行，模具的预热也是加热的重要环节，防止模具内腔因高温产生的炸裂现象[5]。
加热装置可以稳定液态原料的物理状态，并且预热模具，避免模具受热破损。
Moldflow模流软件的使用，提前分析塑料液体在进入模具内腔时的温度，通过冷却与加热装置的使用演练，保证温度的平衡稳定，避免温度过低产生的塑料液体原料的流动性差，塑件轮廓不清晰；温度过高，塑件原料沾黏在腔壁，脱模困难易发生变形的弊端。
3.1.7排气系统
排气系统（如图二）在住宿环节中不可替代，在快速注塑成型阶段，对产品的质量和安全起到了重要作用，所以住宿过程中对排气系统的要求也是非常的严格。
在台式风扇外盖塑件的注塑时浇注系统和模腔中会存在空气，若是不排出会导致液体中夹杂着气泡产生；而且在原料中还有些许水分，在高温作用下变为水蒸气，也会出现气泡现象；若是水蒸气长时间不排出，高温持续会造成空气高温灼烧塑件，出现烧焦破损现象[6]。
因此在注塑工艺之前，进行Moldflow模流软件的分析预测，对排气系统的设计演示，排查排气系统中存在的些许问题，严格要求排气系统的牢靠型，保证产品不受空气影响出现瑕疵或毁坏。
图二
3.1.8支承零部件
注塑过程中对于支承零部件也称之为结构零部件（如图三），用于安装固定成型零部件，构成整个注射模具的基本骨架，这对于注塑工艺起到了牢固性的作用。
结构的零部件在模具中起到支撑作用，将模具和成型零部件组合在一起固定好，使得在注塑过程时不会产生模具结构破裂分散等状况［6］。
Moldflow软件注塑件对台式风扇外盖塑件不同的浇口位置进行流动的模拟分析，将整个系统环节串联起来，分析问题和方法，预测支承零部件的稳定性，确保注塑过程稳定安全。
图三
3.1.9侧分型与抽芯机构
侧分型与轴芯机构分为机动侧分型与轴芯机构、手动侧分型与轴芯机构、液压侧分型与轴芯机构三种，是塑件脱模的方法。
台式风扇外盖塑件主要用到的现代化脱模方式是机动侧分型与轴芯机构和液压侧分型与轴芯机构两种，因为手动侧分型与轴芯机构是通过人力进行脱模分离［7］，比较麻烦还容易出现质量破损问题，生产效率会大大降低，所以运用这两种会提高企业的生产效率和质量保障。
运用Moldflow模流软件进行脱模分析测试，依照时间、速度、压力等工艺参数进行分析研究，保障侧分型与轴芯机构的效率和质量安全保证。
3.2台式风扇外盖塑件成型模具工艺流程分析
3.2.1浇注填充
浇注填充环节是台式风扇外盖塑件注塑的第一步，从模具闭合开始注塑到聚丙烯液体填充到模腔内近满为止，都称之为填充阶段。
填充环节受到温度和压力的影响，填充时间和填充速度也成为决定成品质量的重要因素，不同的塑件外形和大小对于填充速度的要求是不一样的。
台式风扇外盖塑件的填充应该是高速稳定的，这样可以让原料保持液态稳定的进入模腔内，均匀附在内腔壁，不出现厚薄不一的状况，通过Moldflow模流软件进行分析引导，使得高速填充时剪切率高，不会出现沾黏在模腔内壁上，导致塑件破损。
3.2.2保压阶段
保压阶段的作用是为了增加塑料密度和强度，压实熔体，持续保持压力，让塑料坚实牢固，同时高温的热熔料进入低温的模腔时会出现收缩现象，不利于塑件形成，持续施加压力可以与收缩现象抗衡，保证产品顺利成型。
在保压阶段，塑料液体的流动性较为缓慢，因为受到模具内壁的冷却作用，再加上压力的施加，会产生腔内阻力，将塑料密度逐渐增加［8］。
保压阶段会产生很大压力，通过塑料液体传导至模腔内壁，容易出现撑开模具的问题，所以要适当的进行锁模，借助膨胀力量，推动排气系统的稳定进行。
运用Moldflow软件进行模流分析，根据压力大小和温度高低等因素进行保压测试，排除容易出现的问题，保障生产持续进行，提高生产质量。
3.2.3冷却阶段
冷却阶段是塑件成型非常重要的一步，这对于成型产品的质量有直接关联。
冷却阶段是将均匀成型的塑料熔液进行降温，使其固化，增加其刚度和强度，保证硬度较大的塑料产品生产成型。
因冷却系统的运用，将冷却时间大大降低，生产周期减少，生产效率提高，降低了生产成本，如若冷却不均匀则会导致塑件某些部分硬度不够，脱模时会出现变形等问题[7]。
冷却时间和冷却功率成正比，通过Moldflow仿真软件进行模流分析，分析冷却系统（如图四）中冷却液体的流量、流速、与模腔壁的距离因素，从而保证冷却效果。
因为冷却水需要达到大量紊流效果，并且贴近模腔壁，从而形成热对流，持续快速的带走塑件的高温热量，将冷却周期缩减，提高冷却效率。
这样不仅可以提高生产效率，并且快速的冷却效果，也会对塑料产品的强度带来保障。
图四
3.2.4脱模成型
脱模环节也是全部工艺流程最后一个环节，它也占据着相当重要的作用，对于已经冷却成型的产品在脱模时若受力不均匀，则会出现变形破损等现象，所以脱模阶段要根据塑料产品的形状特征和结构特点来进行相对应的脱模方式。
对于台式风扇外盖而言，脱模时若是受力不均匀，则会产生凹凸变形的问题，影响生产效率，并且台式风扇外盖比较大，脱模时较为困难，不易于手动脱模，应该采用机动脱模和液压脱模的方式[8]。
通过Moldflow软件进行脱模分析，考虑因力度因素和产品形状结构等因素，进行脱模试验，避免一切不稳定因素造成的破损，稳定最后工艺环节，提高生产效率和质量保障。
3.3台式风扇外盖塑件成型模具的工艺参数
3.3.1注塑压力
在Moldflow仿真软件的分析引导下，进行注塑压力的工艺参数测试，注塑压力是由住宿系统中的液压系统所提供，注塑压力是为了在熔料顺利进入模腔内而存在的，在熔料通过浇注系统进入模腔内会产生空气阻力等，这不利于熔料完整迅速的前往模腔，会造成温度降低或填充不均匀等现象。
因此，在浇注环节需要进行压力参数的分析，依照不同材质、不同浇注系统类型和工艺要素进行选择合适的压力参数，协助熔料迅速稳定的进入模腔，保证厚度均匀。
台式风扇的外盖的注塑压力参数要适中，不能过低，会导致熔料进入模腔过慢，温度降低，产生沾黏在模腔壁现象和气泡问题的产生。
同时在Moldflow的分析牵引下，对注塑压力进行稳定选择，避免压力过大产生模具撑开现象［9］。
3.3.2注塑时间
注塑时间是在浇注时熔料进入模腔所用的时间，注塑时间要根据不同塑料性质和工艺来决定，当然时间越短对于塑件成型也越稳定。
注塑时间要在冷却时间的十分之一到十五分之一之间，这样的时间规律在模流分析时，依照熔料满腔的情况，分析决定注塑时间的工艺参数，决定注塑时间。
台式风扇的外盖塑料成型设计，在浇注阶段需要快速进行注塑，保证熔料在进入模腔时温度变化不大，液态性质没有发生改变，均匀依附在内腔壁上，不会出现粘附在浇口和通道内壁，造成气孔和熔接痕等问题，保证台式风扇外盖的成品质量。
运用Moldflow软件进行提前的模流分析，最大的好处就在于模拟演示塑件成型工艺结构，保证浇注过程中，对于注塑时间的工艺参数有一个准确定位，减少误差，提高作业效率。
3.3.3注塑温度
注塑温度是造成注塑压力的重要因素，所以对于注塑温度要通过模拟分析进行精准定位。
在注塑机料筒一共有五六个加热段，对于不同材料有相对应的加热温度。
对于台式风扇外盖产品的注塑时需要适度温度调节，温度过低会导致熔料塑化较差，不利于成型，影响台式风扇外盖塑件质量；温度过高，则会导致原料容易分解，也不利于产品成型。
通过Moldflow软件进行仿真模拟，由于熔料通过浇口时会受到剪切产生较高的热量，可以通过软件分析，设法测量荣料对空注塑时的温度或者建模的时候将射嘴也包括在内，达到补偿注塑温度工艺参数差值问题。
3.3.4保压压力
在注塑阶段完成时，螺杆会停止旋转，只向前推进，对注入的熔料进行保压阶段。
保压阶段是为了将熔料密度加大，而腔内会因为压力因素产生熔料收缩现象，出现空当容积，这时注塑机喷嘴会不断进行补料，填充空当，循环反复保证熔料密度均匀[9]。
在保压阶段可以运用Moldflow软件进行模拟分析，若是不进行保压环节则会出现产品收缩百分之20多，还会因为收缩出现痕迹，通过模拟分析出保压压力的参考数值，对保压工艺参数进行精确［10］，大约在浇注填充时的最大压力的百分之八十五左右，根据塑料熔液和实际环境状况决定，稳定保压压力的工艺参数运用进行。
3.3.5背压
背压是螺杆反转后退储存熔料的时候需要克服的压力，高强度的背压压力对塑料的融化有利，但是延长了螺杆的回缩时间，给注塑机增加了压力。
因此，背压不能过高，一般不能够超过注塑压力参数的百分之二十。
通过Moldflow模拟软件进行模流分析，将注塑机进行背压编程，补偿螺杆长度因背压压力大而导致的缩减，选择适合的背压工艺参数，进行塑料储存和融化。
结语
在我国工业领域，Moldflow软件的运用已经非常广泛，通过Moldflow软件的模流分析，将成品的质量提高到最大化，降低了生产成本，提升了生产效率，在生产前分析模具的问题，设计改善模具，将模具的综合性能优化提高，减少设计不合理出现的问题，缩短生产周期等等。
为满足工业模具专业性的要求，将CAE/CAD/CAM等专用系统软件运用到工业作业中，并结合模流分析进行塑件成型工艺结构的分析完善，将生产率提至最高。
根据不同塑件成型产品的形状和特点，进行不同工艺结构安排，对于台式风扇外盖塑料产品而言，压力、温度、时间、速度、结构、冷却与热度成为工艺结构中最为重要的参数，也为浇注填充、保压阶段、冷却阶段、脱模成型阶段打造稳定基础。
本文通过对台式风扇外盖成型结构分析，并通过Moldflow软件进行工艺结构和工艺流程分析研究，将模具的效率提高完善，对工艺参数进行科学合理化的分析探究，尽量避免误差的出现，使得信息技术在工业中做出必要贡献。
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附录
注塑成型的需求是随着经济水平和科技水平的提高而增加，而Moldflow软件的应用，使得注塑成型的效率越来越高，对模具设计的要求越来越严格，减少误差的出现，降低了企业的生产成本，对工业发展起到了不可替代的作用。
但是由于我的目光还是较为短浅，对于知识的深入性不够，缺乏对工业注塑模具和CAE软件类型的深入拓展延伸，导致本文深度不够。
在今后的工作和学习中，我会努力拓展自己的知识，积累实践经验，延伸我对工业设计的知识范围，争取能达到较高水平，获得社会认可。
致谢
此论文是在我的导师亲切关怀和悉心指导下完成的。
他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。
从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。
导师不仅在学业上给我以精心指导，同时提高了我社会工作能力，在此向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
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