第一章绪论
1.1课题背景
随着塑料人工合成技术的不断提高，品种、产量等的大幅度增长，成本的降低，塑制品发展十分迅猛，为此各种塑料成形模具也有相应的飞速发展，而其中尤以注塑模发展迅速。特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、医疗器械、电子通信、兵器、家用电器等工业，注塑模具更是现代工业必不可少的工艺装备。注塑模具是塑料加工中重要的成型方法之一，其技术己发展相当成熟，且应用非常普遍，注塑制品已占塑料制品总量的30%以上，在国民经济的许多领域有着广泛的应用。在传统注射成型技术基础上创新或揉合先进技术，是注射成型技术发展的主流。新技术使制品用料更省，性能更好。
1.1.1原材料拓展的注塑
塑料制品性能的优劣及规格多少与成型技术密不可分，随着塑料工业的飞速发展，为注塑模具的发展提供了更广阔的空间。近年来热塑性塑料热流道注塑成型、热固性塑料注塑成型、逆流注射成型、气体辅助成型、水辅助注塑成型、粉末高密度塑料注射成型技术引领趋势。其中尤以热流道注塑成型技术和气体辅助成型技术在实际生产中应用广泛。热塑性塑料热流道注射成型又称为无流道注射成型。成型时注射模的浇注系统始终处于熔融的热流道状态。塑料件脱模后，浇注系统不需脱模，并在下一成型周期与来自注塑机料筒的新料一起再注入型腔。所用的注塑机为通用型注塑机，但要配备精确的模具温度控制器。而且可应用于此技术的热塑性材料正在不断增加。
气体辅助成型是向模腔中注入部分聚合物熔体后，紧接着喷嘴、流道将压缩空气(通常是氮气)注入熔体中形成气体夹芯制品，即表层是连续结实的实体，而芯部存在气体空间。这样的塑料件有高的强度质量比，在汽车、建材及日用品中有着诱人的发展前景。气体辅助注射成型系统与一般注射成型系统的区别主要在于增设了压缩空气的流道和控制系统。气体辅助注射成型又可认为是一种双色单模的共注射成型的变型，也可认为是中空吹塑成型的变型。
1.1.2成型工艺、设备革新的注塑
在常规条件下的成型技术向特殊条件下的成型技术发展，如超高压和高真空条件下的塑料成型加工技术。此外各种技术的发展也为成型工艺提供了广阔的发展空间，如振动技术、共注射成型、多级注射成型、叠层式注射成型、单色多模注射成型、动力熔融注射成型、流动注射成型、排气式注射成型、低压注射成型、磁场注射成型、熔芯注射成型、装配注射成型。
1.1.3按制品要求形成的注塑
为提高加工精度、缩短制造周期，在模具加工技术方面更广泛地应用仿形加工、数控加工等。精密注射成型是指塑料件的尺寸精度达到0.01-0.001mm的注塑，它是一种成型尺寸和形状精度很高、表面粗糙度很低的塑料制品所采用的注射成型工艺。为制造精密的塑料制品，必须对影响塑料件质量的各种直接、间接因素进行严格控制。主要包括塑料品种和收缩率的稳定性，塑料件的结构设计和尺寸，注塑机的选用和工艺参数的控制，以及模具的结构设计和制造质量等。微细型注射成型是指注射成型微细塑料件的一种注塑工艺。此种工艺最主要的特征是所成型的塑料件尺寸相当微小，制品的尺寸精度可达0.005mm，件重控制在0.000019左右。简易注射成型适用于试制性、未完全定型或批量较小的制品的生产。
1.1.4注塑成型CAE技术
计算机辅助工程(CAE)技术自20世纪70年代末期引入工业界后极大地改变了传统的设计方式，促进了注塑技术的科学化。注塑模CAE技术借助于有限元、有限差分和边界元等数值计算方法，分析模具型腔中塑料熔体的流动、保压和冷却过程，计算制品和查勘具的应力分布，预测制品的翘曲、不均匀收缩和塌陷等缺陷，并由此模拟工艺条件、材料参数及模具结构对制品质量的影响，达到优化制品和模具结构、优化成型工艺参数的目的。主要涉及流动保压模拟、流动平衡设计、冷却模拟、模具刚度强度分析和应力计算、翘曲预测等方面。应用CAE技术替代传统的试模法，可以缩短模具试制周期，降低生产成本，提高产品质量，有力地推动模具行业的发展。随着计算机技术和数值模拟技术的迅速发展，对注塑模成型过程进行全面、系统地模拟仿真己成为现实。为了给“传统”的CAD/CAM系统增加“预测”与“建议”能力，有必要将CAE技术集成到目前的CAE/CAM系统内，使之构成一个有机的整体，以充分发挥数字化技术在注塑模具设计制造中的作用。
第二章注塑模具CAD设计
2.1注塑模具设计介绍
注塑成型在整个塑料制品生产中占有十分重要的地位。除少数几种塑料外，几乎所有的塑料都可以采用注射成形的方法来生产制品。据估计，注射成形的制品约占所有模塑制品总产量的三分之一;注射模约占塑料成形模具数量的二分之一以上。塑料的注射成形过程，是借助于注射机内的螺杆或柱塞的推力，将己塑化的塑料熔体以一定的压力和速率注射到闭合的模具型腔内，经冷却、固化、定型后开模而获得制品。当塑料原材料、注射机和注射成形工艺参数确定以后，制品的质量和注射成形的生产率就基本上取决于注射模的结构类型和工作特性。注射模由动模和定模两部分组成。动模安装在注射机的移动工作台面上，定模安装在注射机的固定工作台面上。动模与定模闭合后已塑化的塑料通过浇注系统注入到模具型腔中冷却、固化与定型。通常要求注射模分开后，制品滞留在动模一侧，由设置在动模内的脱模机构将制品从模内推出。
2.1.2传统设计方法与CAD设计方法比较
注射模具结构复杂，要求各部件运动自如、互不干涉，且对模具零件的顺序动作、行程有严格的控制。运用CAD技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。采用注射模CAD技术的优越性是显而易见的。按照传统方法，塑料制品的构思完成后，需要制作实体模型以评估其外观、测定其性能。此外，若仅凭直觉和经验设计模具，往往需要多次试模和修正，才能使模具生产出合格的塑料制品。模具CAD系统从根本上改变了传统的模具生产方式及流程，采用几何造型技术，塑料制品一般不必进行原型试验，制品形状能逼真地显示在计算机屏幕上，借助于弹性有限元软件可以对制品的力学与力学性能进行预测。
第三章 基于注塑模具CAE的注塑成型................... 38-52
3.1 注塑成型 ..................38-41
3.1.1 注塑成型基础知识.................. 38
3.1.2 注塑成型过程 ..................38-39
3.1.3 注塑成型工艺条件.................. 39-40
3.1.4 注塑成型常见制品缺陷 ..................40-41
3.2 基于Moldflow的注塑模具质量分析.................. 41-50
3.3 本章小结..................50-52
第四章 基于CFD理论的注塑模具.................. 52-55
4.1 注塑模具充模过程.................. 52
4.2 注塑模具充模过程数学模型 ..................52-54
4.2.1 质量守恒方程(连续方程).................. 52-53
4.2.2 动量守恒方程 ..................53
4.2.3 能量守恒定律.................. 53-54
4.2.4 组分质量守恒方程.................. 54
4.3 本章小结 ..................54-55
第五章 浇注系统对模具质量影响分析.................. 55-73
5.1 注塑模浇注系统浇注系统设计.................. 55-56
5.1.1 浇注系统的设计原则 ..................55
5.1.2 冰箱接水盒浇注系统设计.................. 55-56
5.2 注塑模浇注系统三维流场分析.................. 56-72
5.3 本章小结.................. 72-73
结论
本文从冰箱接水盒注塑模具设计出发，结合模具设计及流体分析软件对模具进行了优化，结合计算流体力学理论对浇注系统进行了三维流场分析。主要研究内容分为三部分:第一部分为结合经验公式和CAD技术对模具进行设计，第二部分对所设计模具进行填充、流动、冷却及翘曲分析，优化模具设计，第三部分针对此设计特殊的浇注系统设计，结合计算流体力学理论及软件Fluent对浇注系统的影响因素进行了分析。通过对以上问题的模拟和计算，得出如下结论:
(1)UG/Moldflow软件完善的模架库和标准件库可节省设计者大量的设计时间，减少设计周期，可使设计者把精力集中在模具方案的设计。
(2)对于如本设计类似的长度方向尺寸较大的模具设计中，在浇注系统的设计上，选用多浇口设计可以更好的保证填充的均匀和充分，在冷却管道的设计上，应使管道尽量沿着制件的外形进行设计，最有效地冷却制件。如本设计中冰箱接水盒的两个凹槽，最初设计选择冷却水道在同一平面进行冷却，通过Moldflow模拟得知凹槽内很多部分根本无法冷却，因此加长冷却水道，使水道沿着制件表面进行设置，解决了有些部分冷却不了的问题。
(3)在Moldflow的翘曲分析当中，产生翘曲缺陷的原因主要是冷却不均匀、收缩不均匀和取向不均匀。其中由于模具无填充物故无取向不均匀问题，而冷却水道进行改进后，所引起的冷却不均匀也得到了很好的改善，故冰箱接水盒产生翘曲的主要原因是收缩不均匀。由制件的外观可以看出，制件长度较大，在x方向由于冷却等原因很容易收缩变化过大，从而产生翘曲。只有通过改进工艺参数，提高保压压力使其得到改善。
(4)本设计中，浇注系统的设计具有一定的特殊性，根据制件的外形特点采用多浇口设计，在分流道设计中又采用了交叉设计，为此对于浇注系统三维流体分析以找出影响填充质量的因素是十分重要的。运用CFD软件F uent对浇注系统的三维流场进行分析得知，流体质量流量对于速度场有明显的影响，而对压力场影响较小;对于分流道夹角的选取，、通过变换不同的角度进行模拟看出，角度的选择直接影响分流道填充的速度和压强，因此对夹角的选择显得十分重要。
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