使用有限元分析的注射模具设计Word文档下载推荐.docx
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高精确度和型腔表面光洁度
最大刚度，模具组件的强度，整个注射模具可抵抗夹紧力，注塑压力
适当的浇注系统，注射系统，排气系统和冷却系统
最佳生命周期。
注射模具设计师的任务是：
分析成型零件的设计，考虑形状、尺寸、浇口位置和零件回弹
确定分型面，考虑功能和成型零件的外观，定义型腔草图
确定模腔数，模腔尺寸及布局和考虑收缩，几何公差，及注塑机
选择适当的浇注系统，冷却和通风系统
•对模架选择材料和其他研究过程中加载的条件和模具组件
•注塑周期。
•选择合适的注塑机。
现在注射成型技术的制图不适合用二维绘图来描述复杂的形状。
使用三维CAD模型的确切原因是确切描述部件形状，很容易看到剖面图及细节图。
更重要的原因，使用三维CAD模型可以利用CAM软件对注塑和模具制造的过程仿真。
（2）为CAM使用三维CAD模型已成为模具制造的一个组成部分。
（4）辅助工程的注射成型过程模拟，逐步成为了模具制造过程的组成部分。
随着CAE模拟模具设计人员的帮助可以测试未经注塑模具的使用前需要解决的各种费用及耗时模具的更正。
2.注射模具过程仿真
这部分是描述在Mlodflow模流分析6.0的帮助下的顶部注射情况。
这次仿真的材料是CycoloyC2100HF。
分析准备的是有限元网格模型。
常规计算来决定开始的模型尺寸。
下一步的工作是执行流道优化分析，以减少流道系统的体积和重量。
2.1由列线图决定分流道系统的尺寸
这种方法属于常规的电脑计算方法。
输入型腔布置，部件材料与体积大小数据来决定分流道截面尺寸。
型腔布置设计决定了分流道的形状，同样知道重量也决定了截面的尺寸。
图2-1展示了型腔布置的地方：
•L–主流道的长度
•L1–主分流道的一半长度
•L2–副分流道的一半长度
•L3–浇口长度
图2-1.型腔布置
单个型腔的流道系统总长度：
LC=L1+L2+L3=55+33,5+15,5=94mm
成型零件体积：
V=61000mm3
分流道系统的体积：
VCA=4298,96mm3
材料密度（CycoloyC2100HF）:
δ=1,075g.cm-3
成型零件重量：
G=Vk.δ=61.1,075=65,57g
成型零件的壁厚：
s=2mm
有了这些参数和列线图就可以确定梯形分流道截面尺寸。
D´
的值是与分流道连接的主流道的直径，在图2-2用直线列表定义。
Lf是分流道尺寸计算的修正因素。
图2-2.分流道尺寸确定列图
数值线图：
=3,8mm,Lf=1,1,D=D´
.Lf=3,8.1,1=4,18mm
2.2为仿真准备模型
基于这些有限元网格计算准备，为了在MPI6.0（图2-3）中仿真。
在模型中包含型腔、分流道系统、冷却流道和镶块。
图2-3.仿真模型
分流道系统的优化由MPI/Flow模型来展示。
分流道平衡分析被用来分流道系统体积的优化，当使用足够填充时的平衡填充方式。
3.分析结论
主要的分析是47,92%的分流道系统体积的减少输出。
这也减少了材料的成本和周期。
在图3-1，3-2中，是填充始时间与冷却时间的输出。
基于这些数据是在模具没有制造与修复的前提下，在设计阶段中所必要的。
图3-1.填充时间分析
图3-2.冷却时间的分析
4.模具结构
在想要的流道分析输出后，基于有限元网格划分的3DCAD模型被准备好（图4-1）。
这个模型被输入CAM系统然后在CNC机床中制造模具。
图4-1.3DCAD模具装配
DesignofInjectionMouldUsingCAE
Abstract
ThecontributiondealswithseveralstepscomputersimulationapplicationbymeansofCAEsystemMoldflowMPIinmoulddevelopmentformoldplasticpart.BasedonresultofsimulationdesignofinjectionmouldismadewithhelpofPro/EngineerCADsystem.ApplicationoftheCAEmethodsisaccentuatedinthedevelopmentphaseoftheproduct,whichredoundstocostreducingontoolsandmouldsdevelopment.
Keywords:
injectionmoulding,CAEsimulation,Moldflow
1Introduction
Oneofthemostcommonprocessingmethodsforplasticsisinjectionmoulding.Themajoradvantagesoftheprocessincludeitsversatilityinmouldingawiderangeofproducts,theeasewithwhichautomationcanbeintroduced,thepossibilityofhighproductionratesandthemanufactureofarticleswithclosetolerances.
Productionofinjectionmoldedpartsisinprogresswithinjectionmoldingmachineandinjectionmould.Thisprocessisrunninginrelativelyshortcyclescomparedtootherproductionmethodsforcomplexshapeparts.Standarddemandsoninjectionmouldare:
Highaccuracyandcavitysurfacefinish
Maximalstiffnessandstrengthofmouldcomponentsandwholeinjectionmouldtoresistclampingandinjectionpressures
properrunner,ejection,ventingandcoolingsystem
optimallife-time.
Tasksforinjectionmoulddesignerare:
Analyzemoldedpartdesignconsideringshape,dimensions,gatelocationandejectionofpart
definepartingplaneconsideringfunctionandappearanceofmoldedpart,definedraftsincavity
determinenumberofcavities,cavitylayoutandcavitydimensionsconsideringshrinkage,geometrytolerance,wearofcavityandusedinjectionmoldingmachine
selectproperdesignofejection,coolingandventingsystem
•selectmaterialformouldbaseandothermouldcomponentsconsideringconditionsandloadduring
injectionmoldingcycle.
•choosetighteningofmouldoninjectionmoldingmachine.
Nowadaystechnicaldrawingofinjectionmoldedpartisnotsufficienttodescribecomplexshapesin2Ddrawing.Reasonforusing3DCADmodelarewideopportunitiestoexactdescribeshapeofpart,easymakingofcutviewsanddetailviews.Moreimportantreasontouse3DCADmodelisCAEprocesssimulationofinjectionmoldingandmoldmanufacturingwithCAMsoftware.
（2）Using3DCADmodelforCAMsoftwarehasbecomeintegralpartofmouldmanufacturing.（4）CAEprocesssimulationofinjectionmoldingisbecomingstepwiseintegralpartofmouldmanufacturingprocess.WithhelpofCAEsimulationmoulddesignercantestvariousconstructionsolutionofinjectionmouldwithoutneedcostatimeconsumingmouldcorrections.
2InjectionMoldingProcessSimulation
Inthispartofcontributionisdescribedanalysisofmoldedpartinjection（toppart-hosuing）withhelpMoldflowPlasticsInsight6.0.MaterialproposedforthissimulationisCycoloyC2100HF.Foranalysisispreparedmouldfiniteelementmeshmodel.Startmodeldimensionsisdeterminedconventionalcalculation.Innextstepisperformedrunneroptimizationanalysis,toreducevolumeandweightofrunnersystem.
2.1Determiningdimensionofrunnersystembynomograms
Thismethodbelongstoconventionalwayofcomputing.Inputdatafordeterminingrunnercrosssectiondimensionsarecavitylayout,materialofmoldedpartandvolumeofmoldedpart.Cavitylayoutdesignedupondetermineslengthofrunnerchannelsandwithknownweightaredeterminedcrosssectiondimensions.
（1）Fig.1showscavitylayoutwhere:
•L–spruelength
•L1–halflengthofmainrunner
•L2–halflengthofsecondaryrunner
•L3–gatelength.
Fig.1Cavitylayout
Overalllengthofrunnersystemtosinglecavityis:
Moldedpartvolume:
V=61000mm3
Runnersystemvolume:
VCA=4298,96mm3
Materialdensity（CycoloyC2100HF）:
G=Vk.δ=61.1,075=65,57g
Wallthicknessofmoldedpart:
s=2mm
Withthisparametersandnomogramsaredetermineddimensionsoftrapezoidalcrosssectionofrunnerchannel.
ValueD´
isthediameterofsprueathneconnectionwithrunnerandisdefinedinnomogram（fig.2）.Lfiscorrectionfactorforcalculationofdimensionofrunner.
Fig.2Nomogramsfordimensiondeterminationofrunner
Valuesfromnomograms:
D´
2.2Preparingmodelforsimulation
BasedonthesecalculationsispreparedfiniteelementmeshforsimulationinMPI6.0（fig.3）.Thismodelinvolvescavity,runnersystemcoolingchannelsandmoldblock.
Fig.3Modelforsimulation
RunnersystemoptimizationisperformedbyMPI/Flowmodule.Runnerbalanceanalysisisusedforrunnersystemvolumeoptimization,determinebalancedfillingpatternwhenusingfamilymouldsandsufficientfillingandpackingpressure.Duringanalysisdimensionsofrunnersystemare
variedinselectedconstraints.
3AnalysisResults
Mainanalysisoutputisreductionof47,92%runnersystemvolume.Thisreducescostformaterialandcycletime.InthenextFig.4,5isanalysisoutputforfillingtimeandtimetofreeze.Basiconthisdatacanbemadenecessarymodificationinmoulddesign,withoutneedofmanufacturingandrepairmould.
Fig.4Analysisoffilltime
Fig.5Analysisoftimetofreeze
4MouldConstruction
Afterrunninganalysiswithdesiredoutput,canbeprepared3DCADmodel（fig.6）basedonfiniteelementmodelusedforthisanalysis.ThismodelistheninputdataforCAMsystemandmanufacturingmouldwithCNCmachine.
Fig.63DCADmodelofcompletemouldassembly
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