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華東交通大學螺絲刀盒moldflow實訓說明書QZ2015/11/30課程:材料成型計算機仿真學校:華東交通大學學院:機電工程學院專業:材料成型及控制工程班級:2012模具2班姓名:覃釗學號:20120310040指導老師:匡唐清1、 三維造型利用UG8.0設計出模型如下圖1.1、1.2表示圖1.1 實物圖 圖1.2三維圖模型參數長寬高為143*85*19.5,主壁厚為1.5mm。二維圖如圖1.3 圖1.3二維圖壁厚均勻,但在蓋鉤和掛孔處厚度和壁厚相差較大,體積收縮率在這兩個地方應該會出現一些問題。主分型面在上表面,側面有卡勾及圓孔,需要做側抽芯。材料選用普通PP材料。模型建好之后導出為IGES格式。2、模型修復與簡化打開CAD Doctor后導入IGES模型,檢查并修復,直到所有錯誤都為0,修復完成之后將模型導出,格式為udm格式。3、moldflow模流分析3.1網格劃分(1)新建工程,輸入工程名稱,導入模型,在導入窗口選擇雙層面。(2)網格劃分,網格變長取壁厚的3倍,為4.5mm,合并容差默認為0.1,啟用弦高控制0.1mm,立即劃分網格,劃分之后打開網格統計,看到網格的基本情況,不存在自由邊和多個連通區域的問題后進行下一步。一般來說初始劃分的網格縱橫比都比較大,所以要進行修復。縱橫比診斷結果如圖3.1.1:最大縱橫比達到了45.57。圖3.1.1初次縱橫比診斷3.2網格診斷與修復點擊【網格】【網格修復向導】,前進到選擇目標縱橫比,輸入6,點擊修復。之后在進行手動修復,通過合并節點移動節點等方式進行,直到得到滿意的結果。如下圖3.2.1:圖3.2.1修改后的縱橫比診斷修復后的縱橫比為13.68,只出現少數,可以接受。修復后的網格統計如下圖3.2.2:圖3.2.2網格統計由統計結果知,匹配率都達到了91%以上,合理。3.3確定澆口位置重復上述方案并沖命名為【澆口位置確定】,設置分析序列為【澆口位置】,選擇材料為默認的PP材料(由于產品上信息為PP,且沒有太高使用要求故選用默認的PP材料),該材料的推薦工藝如下圖3.3.1:最大剪切速率為100000(1/s),最大剪應力為0.25MPa。 圖3.3材料推薦工藝分析并等待結果,得到最佳的澆口位置如下圈出的位置 圖3.3.2澆口位置分析由于該零件比較小,需要大批量生產,故應做成一模多腔的形式,且考慮到美觀的問題,澆口應設置在邊沿位置,做成側進澆,如下圖3.3.3和3.3.4:方案1:圖3.3.3方案一澆口方案2:圖3.3.4方案二澆口考慮過雙澆口,但是快速成型分析發現雙澆口的熔接痕比單澆口的要多,成型質量也相差無機。因此放棄,綜合考慮之下選擇這兩個方案進行對比。【充填時間的差別】:方案一為1的充填時間為1.151秒,圖3.3.5方案一充填時間方案二的充填時間為1.135秒,相差不大。圖3.3.6方案二充填時間【壓力之間的對比】方案一為38.26MPa,方案2為36.68,方案二的壓力更小一些。達到頂出溫度的時間對比:方案一為22.40秒:圖3.3.7方案一達到頂出溫度時間方案二為24.40秒,方案2要更多2秒。方案一更優。圖3.3.8方案二達到頂出溫度時間【熔接痕的對比】方案一的:圖3.3.9方案一熔接痕然后方案二的:圖3.3.10方案二熔接痕從圖中可以看出方案2的熔接線更少,出現的位置也不是很影響美觀,因此方案2更優。但總體來說兩個方案是差不多的。相差不大【氣穴】方案一的:圖3.3.11方案一氣穴方案二的: 圖3.3.12方案二氣穴從此處可以看出方案2的氣穴更多,方案一更優。但總的來說,從前面分析結果來看,兩個方案的結果相差都不太大,因而下面先嘗試著用方案一進行下面的分析工作。3.4成型窗口分析(1)復制上述方案重命名【成型窗口】,并設置分析序列為【成型窗口】(2)設置工藝條件:注塑機最大注塑壓力為140MPa,高級選項如圖3.4.1。圖3.4.1成型窗口高級選項(3)得到結果:質量成型窗口3.4.2圖3.4.2質量xy圖最大剪切應力3.4.3(遠小于材料的0.25MPa,可以接受) 圖3.4.3最大剪切應力區域切片圖3.4.4,因此可以選擇注射時間為1S. 圖3.4.4區域切片圖因此,選用此方案,模具溫度為42(42.2)C,熔體溫度為250(249.5)C。3.5充填分析(1)復制上方案并命名為【充填分析】,設置分析序列為充填,(2)設置工藝參數:模具溫度42C,熔體溫度250C,注射時間1s,【速度/壓力切換】設置為【由%充填體積】,取值99%,其他取默認值。(3)分析結果:充填時間圖3.5.1: 圖3.5.1充填時間圖可看出等值線的間距基本一致,說明料流前鋒的前進速度一致。壁上最大剪切應力,圖3.5.2,均小于材料的許用最大剪切應力0.25,圖3.5.2壁上壓力圖注射位置處的壓力,圖3.5.3,最大為38.25MPa。 圖3.5.3注射位置處壓力圖最大鎖模力為20.8噸,均發生在速度/壓力切換的時候。3.6流道平衡分析(1)復制上方案并重命名為【流道系統】(2)設置澆注系統,因為結構比較簡單,不需要手工創建澆口和流道,因此利用型腔重復向導,設置一模兩腔,列間距設置為200,如圖3.6.1。(UG8.0注塑模向導中初始化后一個模具內工件長為195,因此取200)。圖3.6.1型腔參數利用流道系統向導創建流道,分型面選擇澆口平面,圖3.6.2 圖3.6.2流道參數之后下一步,分流道按表8-1,查的直徑為5-10mm,取6mm,計算得主流道直徑為7.56mm,長度依據模具模架取60,拔模角去2.4deg(取值范圍1-3deg),澆口為直澆口,入口直徑為3mm,長度為1.5mm,拔模角2.4deg,點擊完成,如圖3.6.3、3.6.4。得到流道系統如圖3.6.5。通過連通性診斷無誤后準備進行下一步【流道平衡分析】。圖3.6.3流道參數圖3.6.4澆口參數因為是邊緣澆口(標準澆口),設置在分型面上,所以澆口形狀應為矩形。按照標準,將澆口設置為厚度h=1.5mm,寬度W=4.5mm,長度L=0.5mm,所以澆口的設置如圖3.6.5圖3.6.5澆口設置參數圖3.6.7澆注系統復制上方案,設置分析序列為【流道平衡】充填控制選為自動,壓力選擇38MPa。分析結果如下圖3.6.8:圖3.6.8流道優化結果優化為分流道的體積更改-12.58%,說明流道設計比較合理。注射處壓力最大為42.64MPa。3.7冷卻分析(1)復制上方案并重命名【冷卻分析】,設置分析序列為冷卻。(2)設置冷卻系統由于模型工件結構簡單、規則,方方正正,沒有大的曲面,因此采用冷卻回路向導設計冷卻回路。指定水管與直徑為10mm,其他選擇默認。管道數量設置為4,如圖3.7.1。得到冷卻回路(圖3.7.2)并進行分析。圖3.7.1冷卻回路參數圖3.7.2冷卻回路設置的參數如下圖。圖3.7.3冷卻設置圖3.7.4冷卻液設置目標溫度為42C,因此設置水溫為25C,分析后得到結果:管壁溫度為29.14,和水溫溫度差小于5C,合理,回路管壁溫度如下圖3.7.5:圖3.7.5回路管壁溫度【型腔溫度】如圖3.7.6圖3.7.6型腔溫度結果摘要按要求,型腔表面溫度應該和模具表面溫度相差10C上下,但由日志結果可知道明顯不符合要求。因此要改進方案,將冷卻液的入口溫度改為30C、35C,40C,設置工藝參數其他一致,再進行分析。最終30C的結果符合要求,選用此方案,結果如圖3.7.7 圖3.7.7型腔溫度結果摘要零件達到頂出溫度的時間為25.78s,所以IPC時間設置為26S。3.8流動分析復制上述方案重命名【填充+保壓】,進行恒溫保壓分析。由前面的分析結果可知最大注射壓力為44.68MPa,所以初涉保壓壓力設置為44.7MPa,保壓時間=IPC時間25s-充填時間1s=25s,保壓工藝設置如下圖。 圖3.8.1工藝參數分析后得出頂出時的體積收縮率最大為12.54%,壁厚為1.5mm的PP塑料制件體積收縮率范圍應在1.39%到5.43%之間,此方案的體積收縮率局部過大,需要改善,再根據結果取合適的方案。圖3.8.2頂出時的體積收縮率壓力XY圖3.8.3圖3.8.3壓力xy圖由圖可知達到最大壓力時間為2.76s,凝固時間為5.28,取中間值4s為恒壓/降壓轉換點,查看分析日志,壓力/速度轉換時間為1.12s,因此第一段恒壓保壓時間為2.9s,查看凍結層因子,發現澆口在14s時凍結。所以保壓控制曲線控制為下圖:3.8.4和3.8.5 圖3.8.4保壓控制曲線設置 圖3.8.5保壓控制曲線進行優化后的結果如下:圖3.8.6頂出時的體積收縮率壓力XY圖圖3.8.7壓力xy圖優化后的壓力XY圖曲線發生了明顯的變化,制件大部分的體積體積收縮率顏色相近可以看出體積收縮更為均勻,但是制件厚度較大的地方的最大的收縮率仍在11.78%,仍需要進一步優化。其他條件不變,將保壓壓力提高到65MPa,體積收縮率仍沒有改善,反而下限更大,因此排除是保壓壓力的因素影響,此處不再貼出圖片。頂出時的體積收縮率:最小不小于0,最大仍為12.42,可見優化有效,但是制件最厚的地方的收縮率仍然無法得到大的改善。原因可能是因為該處比制件大部分壁厚要厚很多且在充填末端,無法避免。嘗試過很多種方法,仍然無法得到明顯的改觀。因此,嘗試著再次更改澆口位置,再次嘗試方案二。4、再次嘗試方案24.1成型窗口分析2(1)復制上述方案二重命名【成型窗口】,并設置分析序列為【成型窗口】(2)設置工藝條件:注塑機最大注塑壓力為140MPa,其他默認。高級選項如圖4.1.1圖4.1.1成型窗口高級選項設置(3)得到結果:質量成型窗口4.1.2圖4.1.2質量xy圖區域切片圖圖4.1.3區域切片圖所以選擇注射時間為0.6s最大剪切應力,圖4.1.3,遠小于材料許用應力,合理圖4.1.4最大剪切應力4.2充填分析2(1)復制上方案并命名為【充填分析2】,設置分析序列為充填,(2)設置工藝參數:模具溫度42C,熔體溫度250C,注射時間0.6s,【速度/壓力切換】設置為【由%充填體積】,取值99%,其他取默認值。(3)分析結果:壁上剪切應力:小于材料的許用應力0.25,圖4.2.1,合理。圖4.2.1壁上剪切應力壓力:37.54為注射位置處最大壓力。圖4.2.2壓力達到頂出溫度的時間:圖4.2.3達到頂出溫度時間檢查其他各項,沒有不合理的地方,進行下一步。4.3澆注形態及優化2大體步驟如前面3.6流道系統與平衡分析,不再贅述,只討論分析結果。注射位置處的壓力圖4.3.1注射位置處壓力xy圖最大注射壓力為42MPa。剪切應力方面:圖4.3.2剪切應力,可知遠小于材料的0.25,合理。查看優化方案:圖4.3.3圖4.3.3流道優化可知系統將分流道的體積縮小了12.5%,優化結束。進行下一步冷卻系統的分析。4.4冷卻分析2設置也如【3.7冷卻分析】,得到的冷卻回路如下圖4.4.1圖4.4.1冷卻回路冷卻液溫度依然設置為默認的25C,得到結果圖4.4.2:1型腔溫度數據圖4.4.2型腔溫度結果摘要型腔表面溫度平均值為42.8744,與模具溫度非常接近,非常合理。2回路冷卻液溫度:圖4.4.3溫差不超過2,合理。圖4.4.3回路冷卻液溫度3回路管壁溫度:最大為29.04,也不超過冷卻液入口溫度5,合理。圖4.4.4回路管壁溫度4.5保壓分析及優化2(1)進行首次保壓分析,分析序列設置為【冷卻+填充+保壓】,設置好工藝參數如圖4.5.1、4.5.2、4.5.3圖4.5.1冷卻設置圖4.5.2充填控制圖4.5.3保壓曲線控制然后進行分析,得到結果如下,圖4.5.4:1頂出時的體積收縮率:達到了12.97%,主要仍然集中在制件最厚的地方以及澆口處。該PP材料制件體積收縮率范圍(1.5mm)應在1.39%到5.43%之間,明顯需要進行優化。圖4.5.4頂出時的體積收縮率2壓力XY圖:圖4.5.5壓力xy圖體積收縮率過小的地方,說明該處過保壓,制件較厚處收縮率大,說明保壓補縮不夠,還需要提高保壓壓力。(2)保壓優化方案1:將保壓壓力設置為40MPa,其他參數不變,分析得到結果:最大的收縮率降低到9.275,但最小的體積收縮也出現了-0.636,說明過保壓加劇了。圖4.5.6方案1的頂出時體積收縮率嘗試其他方案:將壓力分別設置成:方案2為60MPa、方案3為75MPa,其他參數不變,依次分析得到結果。方案2(60MPa)的頂出時體積收縮率:最大為8.986,最小為-1.228圖4.5.7方案2的頂出時體積收縮率方案3(75MPa)的頂出時體積收縮率:最大為8.697,最小的為-1.670 圖4.5.8方案3的頂出時體積收縮率還是未能達到要求。通過對比數據發現在40-75MPa的范圍內,壓力越大,體積收縮率約小,但同時也會出現負收縮越來越大的情況,也就是過保壓越來越嚴重。綜合比對,最終選擇以40MPa為恒壓保壓壓力。并且通過創建保壓曲線并優化,以縮小制件上主體積的收縮率的差異。盡可能實現均衡收縮。壓力XY圖如下圖4.5.9壓力xy圖通過分析,充填末端在2.5s時達到最大, 5s的時候為0,取中間值3.8s作為恒壓/降壓轉換點。查看凍結層因子結果,得到澆口在15s處凍結。速度壓力時間切換為0.66s,由此確定第一段恒壓保壓時間為3.1s,第二段卸壓時間為12.2s。設置參數如圖:圖4.5.10保壓控制曲線設置圖4.5.11保壓壓力與時間圖得到的結果如下:圖4.5.12頂出時的體積收縮率最大的體積收縮率為9.798,最小為0.0650,(壁厚為1.5mm的收縮率應在1.39%到5.43%之間,壁厚為5mm的收縮率應在1.71%到6.75%之間)沒有過保壓現象。主要問題還是集中在制件較厚的地方還有澆口附近,但相比之前的方案得到了很大的改善,且收縮率大的區域十分小,制件主體的收縮率也很均衡。如果要改善澆口附近制件較厚處的收縮率過大的情況,那么就要增大保壓壓力,但是通過分析可以發現這樣會使其他區域的收縮率大大降低,而且區域會想當大,甚至很多區域會出現過保壓的情況。制件主體部分也會受到影響。所以到此保壓優化完成,最終確定使用此方案。4.6翹曲分析2翹曲分析與優化是分析流程的最后一個步驟,充填、冷卻、保壓這三個因素都是翹曲變形的主要因素。翹曲分析結果的好壞說明前面工作的質量。若翹曲變形過大,則需要重新對前面的方案進行優化。分析后的結果:所有因素:可以看到在側面的孔洞處的變形為0.28mm,其他各個地方的變形都很小,圖4.6.1變形,所有因素Y方向:變形量為0.264圖4.6.2 變形因素Y方向X方向:變形量為0.1761,變形量較小。圖4.6.3 變形因素X方向冷卻不均勻:變形量為0.1427圖4.6.4變形,冷卻不均收縮不均勻:變形量達到了0.28圖4.6.5變形,收縮不均取向因素:圖4.6.6變形,取向因素從上面的結果可以得出,變形量主要是由于收縮不均勻引起的,接近總的變形量。圖4.6.7收縮不均X方向 圖4.6.8收縮不均Y方向由上圖可以分析得出,收縮不均勻的地方是注射末端以及制件厚度突變的卡扣處和側孔,而引起收縮不均勻的原因一部分是制件厚度并非一致,以及保壓方面的問題。總之還是不可避免地引起了翹曲變形,但總體來說變形量不算很大,可以接受。5、總結分析(最終方案)5.1澆口位置 澆口位置應設置在如下圖圈出的位置處。圖5.1.1澆口位置5.2制件材料選用一般的PP料。5.3澆口 將澆口設置為厚度h=1.5mm,寬度W=4.5mm,長度L=0.5mm5.4流道主流道直徑為7.56mm,拔模角2.4度,長度60mm。分流道直徑為6mm,圖5.4.1流道主視圖圖5.4.2側視圖5.5注射設置模具材料選用P20;模具溫度:42;熔體溫度250,開模時間5s,注射時間0.6s,保壓壓力為40MPa,保壓控制如下,【注射+保壓+冷卻時間】設置為25s。圖5.5.1保壓控制5.6冷卻系統水管直徑為d=10mm,水管與零件間的距離為25mm,水管與零件排列方式為沿X方向。冷卻介質選用純水,冷卻介質入口溫度設置為25。流動類型為層流,所以雷諾數Re設置為2000。查表得純水在25時的密度為=0.997kg每平方毫米,粘度為=0.8937N*s每平方毫米,冷卻液平均流速U=Re*/(d)=17.928mm/s=0.17928m/s取0.18米每秒。圖5.4.1冷卻回路主視圖6、致謝非常感謝匡老師,不辭辛勞地解答各種疑問。現在看來,當初的問題很多都問得甚至是相當的愚蠢,例如縱橫比修復和優化這種比較低級問題,但匡博還是手把手教到會為止,不勝慚愧。很難想象匡博這樣的忙人,怎樣抽出時間,才能錄制了近十五個小時的教學視頻,孜孜不倦地一點一點地教會,再簡單再細小的細節也沒有略過,語言已經無法來形容這種敬業的態度,五體投地也不能。甚至在有些視頻里甚至可以聽得出匡博是感冒了的,聲音明顯變了,還咳嗽這種情況下老師依然給我們錄制視頻。有此良師,只能說三生有幸。7、 感受與建議總體來說,這個課設總算是親力親為一步一個腳印做下來了

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