毕业设计基于Moldflow的塑料旋钮成型分析Word下载.docx
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Abstract
MoldflowsoftwareMoldflowintheUnitedStatescompany'
sproducts,productsareusedinoptimizationofMoldflowpartsandthewholeprocessofmolddesign,providesawholesolution.Inordertounderstandtheplasticflowanalysisprocess,methodandoperationskill,gridandgridwasdividedbyimportingthemodelinthispaper,processing,designofgatingsystemandcoolingsystem,typeandmaterialselectionanalysis,settingprocessingparameters,theresultsanalysisandoptimizationofcontent,andactualfillinganalysiswasintroducedindetail.Flow,coolinganalysis,bucklinganalysis,contractionflowbalanceanalysis,etc.
Thistopicastheresearchobjectinactualuseplasticknobcancultivatestudents'
understandingofthefiniteelementsoftware,canthroughthesimulationsoftwareforplasticinjectionmoldingprocesssimulationanalysis,tobefamiliarwiththemoldflowanalysismethod,moreimportantistoletstudentslearntoanalysisofplasticparts,fromtheanalysisresultstofindthereasonsforvariousdefects,andfindthethoughtandmethodtosolvetheproblem.
【keywords】:
plasticknob;
Moldflow;
Flowanalysis;
optimization
引言
Moldflow是全球领先的塑料成型生产解决方案计算机设计软件公司和咨询公司。
该公司宣布，推出新的设计软件：
MoldflowPlasticsInsight6.1,这是目前世界上功能最强大也是应用范围最广计算机辅助工程分析软件。
它采用了最新的技术并且在原有的软件基础上添加了很多关键性功能，可以帮助使用者调查和解决潜在的设计难题。
同时，比CAE软件具有更好的操作界面，能减少设计的时间，提高工作效率。
Moldflow是从事塑料制品计算机辅助工程设计的CAE软件的先驱者，自发行世界第一套流动分析软件以来，一直主导着塑料CAE软件市场。
Moldflow软件可以形象地展现熔融塑料在腔体内的流动行为以及在不同的流动行为下出现的成型问题，从而使模具工程人员在模具设计阶段就能根据模流分析结果对产品结构或模具结构进行优化避免的成型问题。
塑料成型是制造业中一个主要组成部分，而流动模拟对塑件成型具有重要意义；
运用流动模拟能帮助设计人员优化成型工艺与模具结构，指导设计人员从成型工艺的角度改进产品工艺和各项技术参数，分析可能出现的问题，达到降低成本缩短模具开发周期的目的，从而取得显著的经济效益。
本文的性质是对比较简单的塑件旋钮采用Moldflow软件进行工艺仿真。
通过零件分析了解旋钮结构及其相关技术要求，然后采用Moldflow软件对浇注系统和冷却系统以及各个技术参数做粗略设置。
然后对整个注射成型过程进行模拟分析，预测出熔体的填充、保压、冷却、制品的收缩和翘曲变形等情况从而制定出最佳成型工艺方。
本文以实际用的塑料件为研究对象，可以培养学生的对有限元软件的了解，能通过注塑模拟软件对注塑成型过程进行模拟分析，从而熟悉模流分析方法。
更重要的是让学生学会自己去分析塑料件，并从分析结果中查找塑料件出现各种缺陷的原因，并且找到解决问题的思路及方法。
一、零件分析
如图1.1所示该旋钮结构比较简单，既无通孔又无侧向凹凸；
成型塑产品的模具结构也比较简单。
材料：
ABS。
生产批量：
中小批量。
产品精度：
未注公差取MT5级精度；
产品外表面光滑，无明显陷。
图1.1零件图
在UG中建立产品实体体模型，旋钮草图与实体如图1.2所示。
B|
图1.2草图与实体
二、软件简介与功能
（一）软件简介
塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑件设计、模具结构设计、模具加工制造和模具生产等几个主要方面，它需要产品设计师、模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、在设计的反复迭代、不断优化的过程。
模具是生产各工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展，以及塑件在航空、电子、机械、船舶和汽车、等工业部门的推广应用，对模具设计的要求也越来越高，传统的模具方法已无法适应当今的要求。
与传统的模具设计相比，计算机辅助工程技术无论是在提高生产效率、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效用。
Moldflow是一款用于塑料产品、模具的设计与制造的行业软件。
Moldflow为企业产品的设计与制造的优化提供了整体的解决方案，帮助工程人员轻松的完成整个流程中各个关键点的优化工作。
它可以模拟整个注射过程及这一过程对注射成型产品的影响。
Moldflow软件工具中融合了一套设计原理，可以评价和优化组合整个生产过程，可以再模具制造以前对塑料产品的设计、生产和质量进行优化。
在产品的设计和制造环节，提供俩大模拟分析软件：
AMA（Moldflow塑件顾问）和AMI（Moldflow高级成型分析专家）。
AMA简便易用能快速影响设计者的分析变更，因此主要针对注射设计工程师，项目工程师和模具工程师，用于产品开发早期快速验证产品的制造可行性，AMA主要关注外观质量（熔接线、气穴等）、材料选择、结构优化（壁厚等）、浇口位置和流道优化等问题。
AMI用于注塑成型的深入分析和优化，是全球应用最广泛的模流分析软件。
企业通过AMI这一有效的优化设计制造的工具，可将优化设计贯穿于设计制造的过程，彻底改变传统的依靠经验的设计模式，是产品设计和制造尽在掌握之中。
（二）软件功能
1、优化塑件
运用Moldflow软件可以得到塑件的实际最小壁厚，哟花塑件结构，降低材料成本，缩短生产周期，保证塑件能全部充满。
2、优化模具结构
运用Moldflow软件可以得到最佳浇口数量与位置，合理的流道系统与冷却系统，并对型腔尺寸、浇口尺寸和冷却系统尺寸进行优化，在计算机上进行试模、修模，大大提高模具质量，减少实际修模次数。
3、优化注射工艺参数
运用Moldflow软件可以确定最佳的注射压力、保压压力、锁模力。
模具温度、注射时间、保压时间和冷却时间，以注射出最佳的塑件。
三、模型导入
选中“table：
.stl”文件，将旋钮模型导入到工程项目中。
将网格类型设置为“Fusion”，度量单位为“毫米”，如图3.1所示，模型导入结果如图3.2所示。
图3.1模型输入
图3.2模型导入结果
四、网格划分
（一）网格的类型
应用Moldflow进行模型分析之前，必须创建网格模型，即创建有限元模型。
网格是由很多单元组成的，每一个单元之间是通过节点来连接，用节点参数表征单元的特性，由单元表征模型的特性，网格是Moldflow分析模型的基础。
Moldflow分析模型的网格
类型有三种类型。
1、中性面
中性面网格是Moldflow采用的最早的网格。
它是由三节点三角形单元组成其原理是将三维几何模型简化为中间面的几何模型对中间面进行网格划分，即网格创建在模型壁厚的中间处，形成单层网格来代表整个模型的网格，也就是以平面流动来仿真三维实体流动。
中性面不仅大大缩短了对塑件进行造型的时间，而且可以自动化产生网格化的实体中平面，是用户致力于深入的工艺分析。
2、双层面
双层面网格是进行双层分析的基础，是由三节点三角形组成，其原理是将三维几何模型简化为只有上下表面的几何模型，对俩个表面进行网格划分，即网格
创建在模型的上下表面，形成双层面网格来带表整个模型的网格。
双层面试处理CAD模型最方便的方法，在保证流动、保压、优化、冷却和翘曲等分析的基础上，能够减少处理模型的时间。
使用双层面可以改进塑件和模具设计，确定材料和工艺条件，从而在质量、成本和时间上取得最佳组合。
3、三维
三维实体网格是三维流动+保压分析的基础，是由四节点的三角形形状的实心四面体的单元组成，其原理是三维几何模型，用四面体对模型进行网格划分，来进行真实三维模拟分析，主要用于厚壁塑件和厚度变化较大的、塑件。
利用三维模型可以更为精确的进行三维流动仿真。
因此本文选择表面网格即双层面网格，对于表面网格还必须考虑网格的匹配率。
表面网格模型的匹配率必须达到85%或者更高才可以进行流动+保压分析，甚至翘曲分析其匹配率还要更高。
（二）网格的划分
在工程管理视图视窗区域上右击，并选择“生成网格”命令，打开如图4.1所示的对话框，将全局网格划分为2点击“立即划分网格”按钮完
成网格划分，如图4.2所示。
我们可以通过“网格日志”查看网格的大小、密度等网格属性以及网格划分的完成情况，当然我们也可以对这些属性进行修改。
网格划分完毕，要对网格进行统计，查看网格质量是否符合分析要求。
在工程任务视窗中右击，单击“网格”按钮，打开网格状态统计窗口，如图4.3所示。
图4.1对话框图4.2网格划分结果
图4.3网格统计信息
从网格统计信息可以看到对于旋钮双层面，其中没有自由边、多重边，没有定向的单元，没有单元交叉，并且连通区域为1，但纵横比不太理想，且匹配率为87.7%百分比为85.3%，总体来说还可以，但还需要试着改善一下。
由此可见纵横比是影响旋钮网划分质量的主要原因。
五、网格诊断与修复
（一）网格诊断
通常情况下网格划分完毕后，网格中会存在缺陷，可通过网格统计查看网格属性。
网格单元质量直接影响着模流分析的可行性和分析结果的准确性，只有诊断并修复好网格，才能使接下来的分析工作顺利而准确地进行，从而保证分析质量。
上一章我们已经通过网格统计知道只要对纵横比诊断与修复即可。
“纵横比诊断”用于诊断网格纵横比，网格纵横比只的是三角形的最长边与三角形高的比值。
网格纵横比越大，则三角形单元就越接近于一条直线，在分析中是不允许有这样的三角形存在的。
纵横比的推荐最小值为“6-8”，最大值为“15-20”。
一般情况下推荐的最大值一栏为空这样纵横比模型中比最小纵横比比值大的单元都将在诊断中显示，从而可以消除和修改这些缺陷。
选择菜单：
“网格”-“网格诊断”然后单击“纵横比诊断”按钮，弹出如图5.1所示的对话框。
默认最小值与最大值并勾选“将结果置于诊断层中”复选框，然后单击显示按钮，显示结果如图5.2所示。
图5.1纵横比诊断对话框
图5-1
图5.2纵横比诊断结果
（二）网格修复
“修改纵横比”用于修复纵横比，是通过指定最大纵横比来降低网格模型中的最大纵横比。
使用此命令后，系统会自动改善一部分三角形的纵横比问题，通常此命令后，系统不能将纵横比修复到所期望的数值，所以在使用此命令后有较大纵横比的地方还需要手动进行修复。
单击“修改纵横比”按钮，弹出如图5.3所示，将目标纵横比设置为“6”，单击“应用”按钮，反复单击，直到对话框中“目前最大纵横比”为一定值时，不在改变。
在这里只显示诊断结果层，则网格修复前与网格修复后的结果图如图5.4和图5.5所示，最后修复到17.8。
.
图5.3修改纵横比对话框
图5.4修复前图5.5修复后
下面需要手动修复网格单元，单击“合并节点”按钮，选择目标节点和起始节点，单击“应用”按钮，合并节点前后如图5.6和图5.7所示。
图5.6合并节点前图5.7合并节点后
同样可以通过多次的“合并节点”和“插入节点”来完成网格的修复，最终修复的网格结果图如图5.8所示。
图5.8网格修复结果
由图可以看出纵横比最大为“6.159”符合Moldflow软件分析的要求，自此网格诊断修复完毕。
六、型腔布局
本文采用的型腔布局为一模俩腔，中心对称式排布。
“建模”-“型腔复制向导”命令，单击“型腔复制向导”按钮，弹出如图6.1所示对话框，各个参数设置如图6-1所示，“完成”按钮，完成型腔布局如图6-2所示。
图6.1型腔复制向导
图6.2型腔布局
七、最佳浇口位置分析
（一）交口位置及其特点
浇口位置主要基于以下因素。
1、流动店铺平衡性；
2、型腔内的流动阻力；
3、产品的形状和壁厚；
4、注塑成型中浇口位置的可行性等。
因此浇口位置分析的浇口可以作为浇口位置设置的重要考虑信息，但不定
就是模具设计的浇口位置，浇口位置的设置要充分考虑到熔体的流动、注塑塑件的外观质量、成型四件的力学性能和模具设计制造等方面的因素。
（二）交口位置分析
1．选择分析类型
双击任务视窗中的“充填”钮系统会弹出“择分析序列”对话框，如图7.1所示。
在“择分析序列对话框中单击“确定”按钮。
分析类型变为“浇口位置”。
图7.1选择分析序列
2．选择材料
选择的材料为BulksamTUPG-20ABS
3.工艺参数
双击任务视窗中的“工艺设置”按钮，系统会弹出设置向导—浇口位置
设置对话框，如图7.2所示所有参数均采用默认值，模具表面温度为60度，熔体温度为270度。
单击确定按钮。
完成充填工体参数设置。
图7.2工艺设置向导—浇口位置设置
4.分析处理
双击任务视窗面板中的“立即分析”按钮求解器开始分析计算。
分析的结
果图如图7.3所示。
图7.3显示了个位置处的浇口匹配性位置，其中蓝色位置标示浇口匹配性最好，表示浇口位置。
红色位置表示浇口匹配性最差，其它位置匹配性处于过渡区域。
同样当某个位置的因子为1或接近1时，表示这个位置是最佳浇口位置，因子值越小，浇口匹配性越差，及浇口位于这个位置的成型合理性就越小。
图7.3最佳浇口位置结果
5.最佳浇口节点查询
通过查询日志如图7.4所示可知最佳浇口节点在节点N2854附近
图7.4浇口节点日志
“建模”-“查询实体”命令。
弹出如图7.5所示的对话框在实体栏输入N2854，单击“显示”按钮，查询结果会在模型上显示出来，如图7.6所示。
图7.5“查询实体”对话框图7.6查询实体结果
八、浇注系统的创建
（一）浇注系统介绍
注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道，它的作用是将塑料熔体顺利的充满型腔，以获得外形轮廓清晰、内在质量优良的塑料产品。
浇注系统可分为普通浇注系统和热流道凝料浇注系统。
多模型腔的普通浇注系统由主流道、分流道。
浇口、冷料井几部分组成。
对于单型腔模具有时可省去分流道和冷料井，简单的只有主流道和塑件相接，这段流道又称主流道浇口。
浇注系统的部分的作用如下。
1主流道：
引料入模，将熔料引入模具的分型面；
2分流道：
将来自主流道的熔料进行分流转向，引导的型腔或型腔的各
部分；
3浇口：
熔料由分流道流入型腔的通道；
4冷料井：
容纳两次注射间歇中喷嘴头部的冷料。
浇注系统的设计要求如下。
1无聊通过浇注系统时，压力损失要小
2热量损失要小；
3便于模具的加工、脱模及清除凝料
4在塑件上产生的工艺缺陷要少；
5物料的使用量要少。
（二）浇口的设计
1．浇口的作用
浇口是流道与塑件的连接部分，故要求留迹要小，其作用有三：
第一。
使分流道送来的料在进入型腔时产生加速度，从而快速充满型腔；
第二，成型后浇口处塑料首先冷凝，已封闭型腔，防止熔料产生倒流，避免型腔压力下降过快，以致在塑件上出现缩孔和凹陷；
第三，成型后便于是浇注系统与塑件分离，因此它的形状和尺寸确定直接影响熔料的流动状态、充模情况、塑件质量。
若浇口界面尺寸过小，则熔料通过时会参产生很大的剪切作用，使那些对剪切作用敏感的塑料出现升温现象，对热敏性塑料又易产生烧焦熔料，而且压力损失大，熔体充模困难。
反之，浇口截面尺寸过大，则使型腔排气困难，甚至影响出现周期。
2．浇口的设置方法
（1）设置浇口以达到平衡填充；
（2）浇口应位于较厚区域：
浇口设置在较厚的区域，有利于流动和补料，并且会降低填充压力。
（3）放置浇口以达到单向充填：
单一浇口的塑料熔体的流向是单向的。
保持熔体分子的单向性会降低塑件的变形量，长而狭窄的塑件最好选用这样的，可能存在的缺点是会造成保压不均及填充时需要较高的压力。
（4）增加浇口数目以减少压力：
当塑件较长时，流动长度会使得填充压力变高，增加浇口数目可以缩短流动的长度从而降低填充压力。
3．浇口的类型与选择
常见的浇口形式有以下几种:
侧浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、平缝式浇口、潜伏浇口、香蕉形浇口、点浇口、护耳式浇口、直接浇口、轮辐式浇口、爪形浇口等。
根据最佳浇口位置分析，有三种浇口较合适：
侧浇口、点浇口、潜伏浇口。
（1）侧浇口
该浇口相对于分流道来说界面尺寸很小，属于小浇口的一种，是浇口中使用最多的一种。
侧浇口一般开在分型面上，从塑件边缘进料。
边缘浇口具有矩形或者接近矩形的断面形状，可以通过改变其厚度和宽度来调整充模时的剪切速率和浇口的封闭时间，其优点是浇口易于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易整修，适用于各塑料品种。
（2）点浇口
点浇口是一种尺寸很小的的浇口。
物料通过点浇口时有很高的剪切速率，这对降低假塑性熔体的表观黏度有好处，熔体的黏度在高速剪切力场小后，将在一段时间内保持该黏度进入型腔，尽管这时项强中的剪切速率降低。
同时熔体通过小浇口时还有摩擦生热提高料温的作用，使黏度进一步降低。
点浇口适用于表观黏度对剪切速率敏感的塑料熔体和黏度较低的塑料熔体。
点浇口在开模是容易实现自动切断，在塑件上残留浇口痕迹很小，故被广泛使用。
（3）潜伏浇口
潜伏浇口又称隧道浇口、剪切浇口，潜伏浇口是由点浇口演变二来。
它的进料口一般都在塑件的内表面或隐蔽处，因此不影响塑件外观。
它可能在模具打开时，火灾脱模的瞬间，借助一个特殊的刃口，使浇口从成型面上切断。
但由于浇口潜伏于分型面下面。
斜向进入型腔，会使加工带来一定的困难。
潜伏浇口特别适用于从一侧进料的塑件。
对于强韧的塑料，潜伏式浇口是不适宜的。
塑料旋钮的材料是ABS，ABS为假塑性流体，表观黏度随剪切应力和温度的增加而降低，属于对剪切速率敏感的塑料。
因此，在加工中采用提高剪切速率来降低黏度，改善加工性能。
且旋钮结构比较简单，不可能为了结构较简单的塑件而采用加工难度较大的潜伏式浇口。
通过以上三种浇口的比较，本文选择点浇口作为旋钮的浇口。
（4）浇口实际位置及尺寸确定
由图7-6可以看出，最佳浇口位置在旋钮的侧面，此处设置点浇口不方便，且前面也提到过通过分析大道的最佳浇口位置不一定是实际浇口位置，因此将点浇口的位置设置在旋钮上表面接近最佳浇口位置的地方，如图8.1所示。
点浇口的各种尺寸：
d=0.5～1.5mm,最大不超过2mm；
L=0.5～2mm；
常取1.0～1.5mm；
α=6°
～15°
。
点浇口的直径也可以用下面式
（1）计算：
式
（1）
d---点浇口的直径
NC---经验参数（一般为0.14～0.20，此处选择0.17）
A---制品的总表面积（不是投影面积，mm,）
旋钮的总表面积在网格统计中可以查看到，如图8-2所示，为120.588。
因此d=0.563
图8.1实际浇口位置
图8.2网格统计
（三）点浇口的创建
在Moldflow软件中，手动创建浇口的方法有俩种：
一种是使用直线创建命令；
另一种使用柱体单元创建命令。
一般来说。
在创建非弧形浇口时，通常采用创建柱体网格命令的方法来创建，而在创建弧形（如潜伏式）浇口时则采用曲线创建命令来创建。
本文采用创建柱体单元创建浇口。
1创建节点
“建模”-“创建节点”-“按偏移”命令，“工具”页面显示如图8.3所示的对话框，单击实际浇口位置节点。
在“矢量”文本框中输入“0,0,1.5”
单击“应用”按钮，即生成图8.4中的节点位置。
单击“关闭“按钮”。
关闭对话框。
图8.3偏移节点对话框图8.4节点偏移结果
2创建浇口柱体单元
选择菜单“网格”-“创建柱体单元”命令。
弹出如图8.5所示的对话框。
分别选择之前的两个节点，“第一”和“第二”右边的文本框会放屁你别自动显示着两个节点的坐标值。
单击“选择选项”下面的按钮，弹出“制定属性”对话框。
如图8.6所示。
单击“新建”按钮，弹出下拉菜单，在下拉菜单中选择“冷缺口”，弹出“冷缺口”属性设置对话框如图8.7所示。
在“截面形状是”中选择“圆形”，在“形状是”中选择“椎体”，然后点击“编辑”按钮出现“截面尺寸”对话框如图8.8所示，在“始端直径”中输入0.6，在“椎体角度”中输入8。
单击“确定”按钮，逐级返回上级对话框确定，直到返回到图8-5对话框，单击“应用”按钮，关闭“创建柱体单元”对话框，创建的一个椎体浇口柱体单元，如图8.9所示。
然后选择菜单“网格”-“网格工具”命令，在弹出的对话框中选择“重新划分网格”选项，“工具”页面显示如图8.10所示的对话框。
选取图8.9中的浇口柱体单元，此时柱体单元的编号会自动添加到对
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