第一章 引 言
1.1目的和意义
浇注系统设计是注塑模具设计的重要组成部分。浇注系统是指塑料从注射机喷嘴进入模具开始，到模具型腔入口为止的塑料熔体流动通道，包括主流道、分流道、浇口及冷料井四部分。其作用是将来自注射机喷嘴的塑料熔体平稳的引入到模具型腔的各部位，同时在熔体填充的过程中将注射压力和保压压力均匀地传递到型腔各处。浇注系统设计合理与否，不仅直接影响到制品的内在质量、表观质量、几何形状和物理力学性能，而且还关系到充模的难易程度及充模时的流动状态。
为了能将塑料溶体顺利引入型腔，从而形成合格的塑料制件，对浇注系统提出了一定的要求：充模过程快而有序，以保证在很短的时间内平稳地充满型腔；压力损失小，以保证塑料溶体的充型压力；热量损失小，以保证热塑性塑料充型时的流动性；有利于排气，以避免气体进入型腔而产生缺陷；浇注系统易于与制件分离切除。浇注系统设计包括两个方面的内容：一方面是浇注系统的结构与尺寸；另一方面是浇注系统的位置。浇注系统的开设不仅与制件的结构、尺寸、技术要求有关，与塑料材料特性有关，而且与模具中的型腔数以及注射机的种类有直接的关系。
传统的浇注系统设计过多的依赖经验，一方面使得没有经验的人很难设计出合格的模具；另一方面凭经验来布置浇口容易产生很多弊端，常常需反复试模修正，使得模具生产效率比较低，生产周期较长。解决这一难题的关键在于使注射模具的设计制造及注射成型工艺选择以科学分析为基础，突破经验的束缚。随着数值计算技术的发展和计算机的广泛应用，计算机辅助工程(CAE)技术已逐步应用于注射成型领域，它主要是利用高分子流变学、传热学、数值计算方法和计算机图形学等基本理论，对塑件整个成型过程进行数值模拟。CAE 技术为优化成型工艺参数、提高模具质量、降低生产成本、缩短模具设计制造周期提供了有效的手段。Moldflow 是注塑领域的著名 CAE 软件，在国际上得到了广泛地应用。它功能强大，具有最佳浇口位置分析、流动分析、保压分析、翘曲分析等模块，可以为判断模具设计和成型条件是否合理提供科学依据。
针对浇注系统设计，运用 Moldflow 软件，可以得到最佳的浇口数量与位置，合理的流道系统，并对浇口尺寸、流道尺寸进行优化，在计算机上进行试模、修模，大大提高模具质量，减少修模次数。但 moldflow 软件也存在许多不足[9,10]，如（1）最佳浇口位置分析仅是针对填充平衡，没有考虑熔接痕、翘曲等因素。；（2）无法方便地生成扇形浇口、圆盘浇口等特殊形状的浇口，需要在 CAD 软件中预先生成；（3）流道系统智能向导仅能对外形十分简单的制件进行自动生成，对外形相对复杂的制件自动生成的流道系统往往很不理想，需要手工创建；（4）模拟后的结果项目不全面，如没有测量同轴度、平行度等功能。（5）不能对多个方案的结果进行自动对比处理，需要使用者人工分析；（6）没有针对模拟结果的评价系统，需要使用者凭本身的知识和经验来判断。对于以上种种不足，有的需要 moldflow 在新版本中进行改进，有的则可以通过用户对 moldflow 进行二次开发来改善。进行有益的二次开发后，就能使利用 moldflow来设计浇注系统时更有效率、更智能化。MPI 从版本 3.0 开始就加入了 ActiveX 自动化服务功能，使用户可以使用支持ActiveX 技术的可视化编程工具，如 VB、VC、JAVA 等对 MPI 软件进行系统开发。
ActiveX是 Microsoft 提出的一组使用部件对象模型 (component object model，COM)使软件在网络环境中可以进行交互的技术集。通过 ActiveX 技术，MPI 将其内部功能模块以对象的形式提供给用户。用户利用开发工具可以直接对 MPI 内部进行操作，设计出功能强大的应用程序。MPI 的帮助里面提供了各种 MPI 对象模型。对象（object）是 MPI 的 ActiveX 接口主体。每一个具体的对象代表 MPI 的一个相关的功能单元。在 MPI 的 ActiveX 接口中有很多不同类型的对象，例如，MPI 中的浇口对象、熔体温度对象、模具温度对象等。MPI 对象通过对象的属性、对象的方法、对象的类型加以描述。比如，通过 Project 对象，应用程序就可以通过该对象的相关方法实现对注塑材料的选择以及完成创建新工程、设置相关参数等操作。Moldflow 二次开发技术为用户提供了实用开发工具，可提高工作效率，实现分析数据的标准化管理，开发新的成型技术分析项目，从而大大拓展了 Moldflow 的个性化应用。本论文的意义是通过对 moldflow 的二次开发，提升浇注系统设计的智能化程度，使经验不丰富的设计者也能设计出较合理的浇注系统；可以进一步提高浇注系统设计效率，提高一次试模成功率，缩短模具设计制造周期。
第二章 浇口形式的智能选择系统
2.1 程序界面设计和总体思路
浇口是浇注系统中很重要的部分。浇口的类型、位置、形状、数量、尺寸大小对塑料溶体的流动阻力、流动速度、流动状态都有直接的影响，对塑件能否注射成型及成型后的质量起着很大的作用。本系统的目的是为制件智能地选择浇口类型，主窗体如图 2-1所示，共有 5 个功能模块组成。“原材料”选择框供用户选择塑料的品种，“模腔数目”用来输入型腔数情况，“质量要求”一栏供用户自主选择制件在质量方面的要求，右下侧四个按键属于根据制件外形来判断浇口形式的功能键。在其下方的“查看得出的浇口类型”按键供查看最后的结果。另外有三个副窗体，单击“根据参数计算”会弹出计算型腔数的对话窗，此窗体上有一个帮助按钮，单击之将弹出与型腔数计算相关的帮助内容。本程序的结果将显示于另一个名为“浇口类型：结果”的副窗体上的文本框中。考虑到实际中一种制件可能不只有一种适合的浇口，所以本程序的结果分为两部分，一部分为可以使用的浇口类型，另一部分为推荐的浇口类型。
本段程序的流程如图2-2 所示。本系统的思路是先根据四种判断浇口类型的方法得到各自结果，最后综合得出结论。为了编程的方便，使用下面方法处理四条判据所得到的结果。对浇口的适用性进行分类，分为“推荐”、“可用”、“不确定”和“不可用”四种，并对每种适用性分别以一个数值表示，如下表 2-1 所示。每一种判据判断完成后将会得到一个结果数组，依次存放对于直接浇口、侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、点浇口等等浇口类型的适用性的代表数值。将四组结果数组中对应位置的数值相加得到一个新数组。根据新数组中的数值可得出某浇口类型适用性的最终结论。如果在某类型浇口对应的位置上，数值为负数，说明在之前四个判断结果中至少有一个是“不可用”，则此浇口类型为不可用；如果等于 0，说明之前四个结果均为“不确定”，最终结果为“不确定”；如果相加结果大于 0 且小于 1，说明四个结果中至少有一个为“可用”，并且没有“推荐”和“不可用”型，最终结果为“可用”型；如果相加结果大于等于 1，说明四个结果中至少有一个“推荐”，而没有“不可用”，最终结果为“推荐”。
第三章 浇口位置的智能判断系统...................... 30-54
3.1 浇口位置智能选择程序编程..................... 30-32
3.2 前处理 .....................32-44
3.2.1 区域初选..................... 32-33
3.2.2 选取取样节点..................... 33-42
3.2.3 分析方案的建立..................... 42-44
3.3 方案的执行..................... 44-46
3.4 后处理..................... 46-54
第四章 浇口大小的智能选择系统..................... 54-78
4.1 浇口大小选择的理论根据..................... 54-55
4.2 浇口大小智能选择系统编程.....................55-56
4.3 本程序提供的可修改参数..................... 56-57
4.4 浇口大小选择方案的前处理..................... 57-68
4.5 浇口大小选择方案的后处理 .....................68-75
4.6 本程序的提示系统..................... 75-78
第五章 流道系统的智能设计系统..................... 78-86
5.1 主流道尺寸设计..................... 78-81
5.1.1 设计依据..................... 78
5.1.2 主流道尺寸的选择 .....................78-81
5.2 分流道尺寸设计..................... 81-86
结论
1）本论文开发的智能设计系统借助有限元软件的模拟结果，可事先预测不同浇注系统参数下成品的质量，与生产经验以及浇注系统的设计理论相结合后，设计了浇注系统智能化设计系统，该系统由四个子系统组成。该系统可根据产品结构、材料、体积、质量以及技术要求，对浇注系统进行最优设计，并配有直观的人机对话界面，以方便用户结合生产实际提出对浇口的要求，如果没有特殊要求系统将按照系统默认的最佳参数进行设计。凭借这一智能化系统，可以使经验不丰富的设计者也能设计出较合理的浇注系统，对有经验的设计者而言，则是为其提供了一套整合有限元软件的辅助工具；可以进一步提高浇注系统设计效率，提高一次试模成功率，缩短模具设计制造周期。
2）本智能设计系统的四个子系统达成的主要成果如下：浇口类型智能选择系统给出了一组推荐的浇口类型和一组可使用的浇口类型；浇口位置智能选择系统基于流动平衡性、翘曲、熔接痕、不同浇口位置下的压力损失、制品壁厚和气穴等因素给出了合理的浇口位置；浇口大小智能判断系统根据模拟结果中的剪切速率情况并结合制品壁厚因素，给出了一个既满足剪切速率大小和又满足稳定性要求的浇口尺寸范围，并给出了浇口压力损失和浇口冻结时间与浇口大小的关系曲线；流道系统智能设计系统给出了合理的主流道和分流道截面尺寸。
3）论文最后用实际事例对浇注系统智能设计系统进行了验证，通过对塑件应用本程序进行浇注系统设计，验证了本智能设计系统的实际使用性能。对模流软件 Moldflow进行二次开发可大大提高其使用效率和使用范围。本文作者在某模具厂工艺组 CAE 部门实习时，针对客户对许多具有圆形特征的塑件圆度的要求，基于 Moldflow 二次开发技术编制了计算圆度的程序，用于比较不同浇位下塑件圆度的区别，已应用于该厂实际的注塑案例分析中。
参考文献
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