第一章 绪 论
1.1 课题来源
本课题来源于新疆科技攻关项目（200932118）：面向复杂产品数字样机的虚拟现实仿真平台开发与应用。
1.2 本课题的研究背景、目的和意义
1.2.1 本课题的研究背景
随着市场经济的不断繁荣发展，工业产品向着多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，正是在这样的背景下对制造各种产品的关键工艺装备—模具的要求也越来越苛刻。塑料模具工业近 20 年来发展十分迅速，塑料的年产量按体积计算已经超过了钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车制造、机电设备、仪表制造、航天航空等国家支柱产业以及与人民群众日常生活紧密相关的各个领域中得到了广泛的应用。模具是生产工业产品的主要工艺装备，是整个国民经济的基础工业。
注塑成型模具是塑料制品众多成形模具中最主要的一种形式。世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求也越来越高，传统的串行设计方法越来越被并行设计方法所取代，并行设计方法要求模具设计人员接到设计任务后要从设计产品从最初概念的形成到最终报废的全生命周期的角度出发，充分考虑到产品全生命周期的成本、质量、服务等。与传统的模具设计相比，模具 CAE 技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有极大的优越性。
在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展的主要趋势是模具产品向着更大型化、更精密化、更复杂化以及更经济快速的方向发展。伴随着产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化精密化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。我国政府已经制定目标：经过“十一五”努力，使我国模具水平到 2010 年时进入亚洲先进水平的行列，再经过 10 年的努力，2020 年时基本达到国际水平，使我国不但成为模具生产大国，而且进入世界模具生产制造强国之列。目前发达国家许多模具制造企业已经实现采用注塑模具 CAE 技术解决注塑成型中的问题，主要体现在产品设计、模具设计和注塑成型等不同的生产过程中。
我国在这一方面与发达国家相比还有一定差距。主要体现在传统注塑模具的设计主要依靠设计人员的经验，产品的成型模拟还没有建立系统化的分析、优化方法，模具数控加工自动化的水平还不高，模具往往要经过反复试模和修模才能正式投入生产，对市场需求的响应不够及时等。利用注塑模具 CAE 技术可以对注塑模的设计及成型工艺参数的确定提供科学分析的基础。虚拟制造技术的出现时间并不长，但它对制造业的重大影响却很快地显示了出来。典型的例子有波音 777，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，使其开发周期从过去 8 年时间缩短到 5 年。又如 Perot System Team利用 Dench Robotics 开发的 QUEST 及 IGRIP 设计与实施一条生产线，在所有设备订货之前，对生产线的运动学、动力学、加工能力等各方面进行了分析与比较，使生产线的实施周期从传统的 24 个月缩短到 9.5 月。Chrycler 公司与 IBM 合作开发的虚拟制造环境用于其新型车的研制，在样车生产之前，发现其定位系统的控制及其他许多设计缺陷，缩短了研制周期，取得了显著的经济效益。
虚拟制造虽然不是实际物理性的制造过程，但却具有实际生产制造的本质过程。虚拟制造利用计算机虚拟模型来模拟和预估产品功能、性能和可装配性、可加工性等各方面可能存在的问题，帮助设计人员在物理样机制造出来之前发现设计缺陷，修改技术参数，这使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段，因此利用虚拟制造在实际生产之前进行产品的虚拟制造，以此减少设计缺陷、缩短研制周期，成为先进制造技术的主流发展趋势。
第二章 注塑产品模流分析技术
2.1 流动模拟的基本理论与方法
流变学是研究材料的形变和流动的科学，在注塑成型加工中，通常采用的是高分子聚合物材料。因此，了解熔融聚合物在注塑过程中的流变行为和传热特征是必要的。聚合物流体的流变行为比较复杂，不仅决定于温度和剪切或拉伸速率，而且与聚合物的分子结构、分子量、分子量分布和添加剂的浓度等相关，它具有非牛顿粘度、弹性回复和分子定向作用等一般简单流体不具有的特点。聚合物流变学的任务就是根据应力、应变和时间等参数探索聚合物流动、形变的发生和发展的规律。层流和湍流是流体在平直管内受剪切应力而发生流动的两种形式。液体的主体流动是层流时，流层之间是彼此平行且无明显扰动的流动，同一流层之间的各点速度彼此相同，但层与层之间的速度却不一定相等。如果流动速度增大且超过临界值时，则流动转变为湍流。湍流时，液体各点速度的大小和方向都随时间而变化，此时流体内会出现扰动。层流和湍流的区分是以雷诺数(Re)为依据。
第三章 注塑产品的注射成型模拟...................... 17-37
3.1 注塑产品数字化建模..................... 17-21
3.1.1 雪铲把手数字化模型的建立..................... 17-21
3.1.2 雪铲把手数字化模型的简化 .....................21
3.2 雪铲把手注塑成型模拟..................... 21-22
3.3 基于moldflow 的流道流动平衡..................... 22-37
3.3.1 基于moldflow 的流道流动..................... 22-26
3.3.2 模拟结果与分析..................... 26-37
第四章 模具的虚拟制造..................... 37-56
4.1 虚拟制造技术 .....................37-41
4.2 注塑模具的设计..................... 41-44
4.3 型腔铣加工 .....................44-46
4.4 加工过程仿真 .....................46-56
第五章 注塑工艺参数优化 .....................56-66
5.1 注塑成型中的质量缺陷 .....................56-59
5.1.1 翘曲..................... 56-58
5.1.2 熔接线和熔结痕..................... 58-59
5.2 正交试验设计..................... 59-61
5.3 正交试验实施..................... 61-62
5.4 计算结果及分析..................... 62-66
结论
本文选用三维建模软件 Pro/e 建立了塑料制件的三维数字模型，利用模流分析软件Moldflow 对制件的流动进行了模拟仿真，产品模型经过分析，在结构设计上更合理，更具有可制造性。经过分析后的三维模型反馈到三维建模软件 Pro/e 中，在软件 Pro/e 中进一步设计出塑料产品的模具。将模具的关键部件导入到三维建模软件 UG 中，为了保证由系统自动生成的加工程序适合于实际数控机床加工，对零件下型腔进行联合仿真和分析，使数控加工程序更为合理。在模具试模中，利用正交试验法对影响制件质量的多因素多水平进行了统计、优化，为模具制造企业确定注塑工艺参数提供了数据参考和理论支持。
1. 针对雪铲把手模具的下型腔进行了三维实体几何模型仿真，对待加工材料由毛坯加工成零件过程中形状尺寸随工序而变化的全过程进行了形象描述。
2. 为了区分充填压力、保压时间、熔体温度、模具温度各因素各水平所对应的雪铲把手制件翘曲值变化的差异是真正由因素水平不同引起的，还是由试验误差引起的，对试验结果进行了方差分析，得出结论：保压时间因素的水平改变对试验结果影响小于试验误差对试验结果的影响，所以保压时间对于制件翘曲值变化的影响可以忽略不计。
参考文献
[1] 高军，郝滨海，李辉平．模具设计及 CAD[M ] ．北京：化学工业出版社，2006
[2] 马文琦，孙红镱．塑料成型模拟软件技术基础与应用[M]．中国铁道出版社，2006：12-13
[3] 梁基照．聚合物材料加工流变学[M]．北京：国防工业出版社，2008
[4] 王刚，单岩．Moldflow 模具分析应用实例[M]．北京：清华大学出版社，2005：18-23
[5] 恒盛杰资讯．Pro/ENGINEER 中文野火版从入门到精通[M] ．北京：中国青年出版社，20年 6 月
[6] 周四新．Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 实例教程[M] ．北京：电子工业出版社,2007 年 7 月，305-310
[7] 刘兆栋，苏文斌，姚海剑．基于数值模拟的注塑模具优化及注塑成型工艺参数快速设置．塑料科技[J]．2009 年，37 卷：68 页
[8] 张晓陆．MoldFlow 软件流动分析及应用．模具 CAD／CAM [J]．2005 年．第七期
[9] 李国忠，郑少华．玻璃钢/复合材料,1997,11（3）;189
[10] 杨凤霞，姜小莹，汤波．工艺参数对注塑件熔接痕性能的影响[J]．塑料工业．2009 年．第34 卷，第 9 期
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