注塑模流分析报告.docx
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注塑模流分析报告
华东交通大学
螺丝刀盒moldflow实训说明书
QZ
2015/11/30
课程：
材料成型计算机仿真
学校：
华东交通大学
学院：
机电工程学院
专业：
材料成型及控制工程
班级：
2012模具2班
姓名：
覃钊
学号：
20120310040
指导老师：
匡唐清
1、三维造型
利用UG8.0设计出模型如下图1.1、1.2表示
图1.1实物图图1.2三维图
模型参数长宽高为143*85*19.5，主壁厚为1.5mm。
二维图如图1.3
图1.3二维图
壁厚均匀，但在盖钩和挂孔处厚度和壁厚相差较大，体积收缩率在这两个地方应该会出现一些问题。
主分型面在上表面，侧面有卡勾及圆孔，需要做侧抽芯。
材料选用普通PP材料。
模型建好之后导出为IGES格式。
2、模型修复与简化
打开CADDoctor后导入IGES模型，检查并修复，直到所有错误都为0，修复完成之后将模型导出，格式为udm格式。
3、moldflow模流分析
3.1网格划分
（1）新建工程，输入工程名称，导入模型，在导入窗口选择双层面。
（2）网格划分，网格变长取壁厚的3倍，为4.5mm，合并容差默认为0.1，启用弦高控制0.1mm，立即划分网格，划分之后打开网格统计，看到网格的基本情况，不存在自由边和多个连通区域的问题后进行下一步。
一般来说初始划分的网格纵横比都比较大，所以要进行修复。
纵横比诊断结果如图3.1.1：
最大纵横比达到了45.57。
图3.1.1初次纵横比诊断
3.2网格诊断与修复
点击【网格】——【网格修复向导】，前进到选择目标纵横比，输入6，点击修复。
之后在进行手动修复，通过合并节点移动节点等方式进行，直到得到满意的结果。
如下图3.2.1：
图3.2.1修改后的纵横比诊断
修复后的纵横比为13.68，只出现少数，可以接受。
修复后的网格统计如下图3.2.2：
图3.2.2网格统计
由统计结果知，匹配率都达到了91%以上，合理。
3.3确定浇口位置
重复上述方案并冲命名为【浇口位置确定】，设置分析序列为【浇口位置】，选择材料为默认的PP材料（由于产品上信息为PP，且没有太高使用要求故选用默认的PP材料），该材料的推荐工艺如下图3.3.1：
最大剪切速率为100000（1/s）,最大剪应力为0.25MPa。
图3.3材料推荐工艺
分析并等待结果，得到最佳的浇口位置如下圈出的位置
图3.3.2浇口位置分析
由于该零件比较小，需要大批量生产，故应做成一模多腔的形式，且考虑到美观的问题，浇口应设置在边沿位置，做成侧进浇，如下图3.3.3和3.3.4：
方案1：
图3.3.3方案一浇口
方案2：
图3.3.4方案二浇口
考虑过双浇口，但是快速成型分析发现双浇口的熔接痕比单浇口的要多，成型质量也相差无机。
因此放弃，综合考虑之下选择这两个方案进行对比。
【充填时间的差别】：
方案一为1的充填时间为1.151秒，
图3.3.5方案一充填时间
方案二的充填时间为1.135秒，相差不大。
图3.3.6方案二充填时间
【压力之间的对比】方案一为38.26MPa,方案2为36.68，方案二的压力更小一些。
达到顶出温度的时间对比：
方案一为22.40秒：
图3.3.7方案一达到顶出温度时间
方案二为24.40秒，方案2要更多2秒。
方案一更优。
图3.3.8方案二达到顶出温度时间
【熔接痕的对比】方案一的：
图3.3.9方案一熔接痕
然后方案二的：
图3.3.10方案二熔接痕
从图中可以看出方案2的熔接线更少，出现的位置也不是很影响美观，因此方案2更优。
但总体来说两个方案是差不多的。
相差不大
【气穴】方案一的：
图3.3.11方案一气穴
方案二的：
图3.3.12方案二气穴
从此处可以看出方案2的气穴更多，方案一更优。
但总的来说，从前面分析结果来看，两个方案的结果相差都不太大，因而下面先尝试着用方案一进行下面的分析工作。
3.4成型窗口分析
（1）复制上述方案重命名【成型窗口】，并设置分析序列为【成型窗口】
（2）设置工艺条件：
注塑机最大注塑压力为140MPa，高级选项如图3.4.1。
图3.4.1成型窗口高级选项
（3）得到结果：
质量成型窗口3.4.2
图3.4.2质量xy图
最大剪切应力3.4.3（远小于材料的0.25MPa,可以接受）
图3.4.3最大剪切应力
区域切片图3.4.4，因此可以选择注射时间为1S.
图3.4.4区域切片图
因此，选用此方案，模具温度为42（42.2）°C,熔体温度为250（249.5）°C。
3.5充填分析
（1）复制上方案并命名为【充填分析】，设置分析序列为充填，
（2）设置工艺参数：
模具温度42°C，熔体温度250°C，注射时间1s，【速度/压力切换】设置为【由%充填体积】，取值99%，其他取默认值。
（3）分析结果：
充填时间图3.5.1：
图3.5.1充填时间图
可看出等值线的间距基本一致，说明料流前锋的前进速度一致。
壁上最大剪切应力，图3.5.2，均小于材料的许用最大剪切应力0.25，
图3.5.2壁上压力图
注射位置处的压力，图3.5.3，最大为38.25MPa。
图3.5.3注射位置处压力图
最大锁模力为20.8吨，均发生在速度/压力切换的时候。
3.6流道平衡分析
（1）复制上方案并重命名为【流道系统】
（2）设置浇注系统，因为结构比较简单，不需要手工创建浇口和流道，因此利用型腔重复向导，设置一模两腔，列间距设置为200，如图3.6.1。
（UG8.0注塑模向导中初始化后一个模具内工件长为195，因此取200）。
图3.6.1型腔参数
利用流道系统向导创建流道，分型面选择浇口平面，图3.6.2
图3.6.2流道参数
之后下一步，分流道按表8-1，查的直径为5-10mm，取6mm，计算得主流道直径为7.56mm，长度依据模具模架取60，拔模角去2.4deg（取值范围1-3deg），浇口为直浇口，入口直径为3mm，长度为1.5mm，拔模角2.4deg，点击完成，如图3.6.3、3.6.4。
得到流道系统如图3.6.5。
通过连通性诊断无误后准备进行下一步【流道平衡分析】。
图3.6.3流道参数
图3.6.4浇口参数
因为是边缘浇口（标准浇口），设置在分型面上，所以浇口形状应为矩形。
按照标准，将浇口设置为厚度h=1.5mm,宽度W=4.5mm，长度L=0.5mm，所以浇口的设置如图3.6.5
图3.6.5浇口设置参数
图3.6.7浇注系统
复制上方案，设置分析序列为【流道平衡】充填控制选为自动，压力选择38MPa。
分析结果如下图3.6.8：
图3.6.8流道优化结果
优化为分流道的体积更改-12.58%，说明流道设计比较合理。
注射处压力最大为42.64MPa。
3.7冷却分析
（1）复制上方案并重命名【冷却分析】，设置分析序列为冷却。
（2）设置冷却系统
由于模型工件结构简单、规则，方方正正，没有大的曲面，因此采用冷却回路向导设计冷却回路。
指定水管与直径为10mm，其他选择默认。
管道数量设置为4，如图3.7.1。
得到冷却回路（图3.7.2）并进行分析。
图3.7.1冷却回路参数
图3.7.2冷却回路
设置的参数如下图。
图3.7.3冷却设置
图3.7.4冷却液设置
目标温度为42°C，因此设置水温为25°C，分析后得到结果：
管壁温度为29.14，和水温温度差小于5°C，合理，
回路管壁温度如下图3.7.5：
图3.7.5回路管壁温度
【型腔温度】如图3.7.6
图3.7.6型腔温度结果摘要
按要求，型腔表面温度应该和模具表面温度相差10°C上下，但由日志结果可知道明显不符合要求。
因此要改进方案，将冷却液的入口温度改为30°C、35°C,40°C，设置工艺参数其他一致，再进行分析。
最终30°C的结果符合要求，选用此方案，结果如图3.7.7
图3.7.7型腔温度结果摘要
零件达到顶出温度的时间为25.78s，所以IPC时间设置为26S。
3.8流动分析
复制上述方案重命名【填充+保压】，进行恒温保压分析。
由前面的分析结果可知最大注射压力为44.68MPa，所以初涉保压压力设置为44.7MPa，保压时间=IPC时间25s-充填时间1s=25s，保压工艺设置如下图。
图3.8.1工艺参数
分析后得出顶出时的体积收缩率最大为12.54%，壁厚为1.5mm的PP塑料制件体积收缩率范围应在1.39%到5.43%之间，此方案的体积收缩率局部过大，需要改善，再根据结果取合适的方案。
图3.8.2顶出时的体积收缩率
压力XY图3.8.3
图3.8.3压力xy图
由图可知达到最大压力时间为2.76s,凝固时间为5.28，取中间值4s为恒压/降压转换点，查看分析日志，压力/速度转换时间为1.12s，因此第一段恒压保压时间为2.9s,查看冻结层因子，发现浇口在14s时冻结。
所以保压控制曲线控制为下图：
3.8.4和3.8.5
图3.8.4保压控制曲线设置图3.8.5保压控制曲线
进行优化后的结果如下：
图3.8.6顶出时的体积收缩率
压力XY图
图3.8.7压力xy图
优化后的压力XY图曲线发生了明显的变化，制件大部分的体积体积收缩率颜色相近
可以看出体积收缩更为均匀，但是制件厚度较大的地方的最大的收缩率仍在11.78%，仍需要进一步优化。
其他条件不变，将保压压力提高到65MPa，体积收缩率仍没有改善，反而下限更大，因此排除是保压压力的因素影响，此处不再贴出图片。
顶出时的体积收缩率：
最小不小于0，最大仍为12.42，可见优化有效，但是制件最厚的地方的收缩率仍然无法得到大的改善。
原因可能是因为该处比制件大部分壁厚要厚很多且在充填末端，无法避免。
尝试过很多种方法，仍然无法得到明显的改观。
因此，尝试着再次更改浇口位置，再次尝试方案二。
4、再次尝试方案2
4.1成型窗口分析2
（1）复制上述方案二重命名【成型窗口】，并设置分析序列为【成型窗口】
（2）设置工艺条件：
注塑机最大注塑压力为140MPa，其他默认。
高级选项如图4.1.1
图4.1.1成型窗口高级选项设置
（3）得到结果：
质量成型窗口4.1.2
图4.1.2质量xy图
区域切片图
图4.1.3区域切片图
所以选择注射时间为0.6s
最大剪切应力，图4.1.3，远小于材料许用应力，合理
图4.1.4最大剪切应力
4.2充填分析2
（1）复制上方案并命名为【充填分析2】，设置分析序列为充填，
（2）设置工艺参数：
模具温度42°C，熔体温度250°C，注射时间0.6s，【速度/压力切换】设置为【由%充填体积】，取值99%，其他取默认值。
（3）分析结果：
壁上剪切应力：
小于材料的许用应力0.25，图4.2.1，合理。
图4.2.1壁上剪切应力
压力：
37.54为注射位置处最大压力。
图4.2.2压力
达到顶出温度的时间：
图4.2.3达到顶出温度时间
检查其他各项，没有不合理的地方，进行下一步。
4.3浇注形态及优化2
大体步骤如前面3.6流道系统与平衡分析，不再赘述，只讨论分析结果。
注射位置处的压力
图4.3.1注射位置处压力xy图
最大注射压力为42MPa。
剪切应力方面：
图4.3.2剪切应力
，可知远小于材料的0.25，合理。
查看优化方案：
图4.3.3
图4.3.3流道优化
可知系统将分流道的体积缩小了12.5%，优化结束。
进行下一步——冷却系统的分析。
4.4冷却分析2
设置也如【3.7冷却分析】，得到的冷却回路如下图4.4.1
图4.4.1冷却回路
冷却液温度依然设置为默认的25°C，得到结果图4.4.2：
1型腔温度数据
图4.4.2型腔温度结果摘要
型腔表面温度平均值为42.8744，与模具温度非常接近，非常合理。
2回路冷却液温度：
图4.4.3
温差不超过2℃，合理。
图4.4.3回路冷却液温度
3回路管壁温度：
最大为29.04℃，也不超过冷却液入口温度5℃，合理。
图4.4.4回路管壁温度
4.5保压分析及优化2
（1）进行首次保压分析，分析序列设置为【冷却+填充+保压】，设置好工艺参数如图4.5.1、4.5.2、4.5.3
图4.5.1冷却设置
图4.5.2充填控制
图4.5.3保压曲线控制
然后进行分析，得到结果如下，图4.5.4：
1顶出时的体积收缩率：
达到了12.97%，主要仍然集中在制件最厚的地方以及浇口处。
该PP材料制件体积收缩率范围（1.5mm）应在1.39%到5.43%之间，明显需要进行优化。
图4.5.4顶出时的体积收缩率
2压力XY图：
图4.5.5压力xy图
体积收缩率过小的地方，说明该处过保压，制件较厚处收缩率大，说明保压补缩不够，还需要提高保压压力。
（2）保压优化
方案1：
将保压压力设置为40MPa，其他参数不变，分析得到结果：
最大的收缩率降低到9.275，但最小的体积收缩也出现了-0.636，说明过保压加剧了。
图4.5.6方案1的顶出时体积收缩率
尝试其他方案：
将压力分别设置成：
方案2为60MPa、方案3为75MPa，其他参数不变,依次分析得到结果。
方案2（60MPa）的顶出时体积收缩率：
最大为8.986，最小为-1.228
图4.5.7方案2的顶出时体积收缩率
方案3（75MPa）的顶出时体积收缩率：
最大为8.697，最小的为-1.670
图4.5.8方案3的顶出时体积收缩率
还是未能达到要求。
通过对比数据发现在40-75MPa的范围内，压力越大，体积收缩率约小，但同时也会出现负收缩越来越大的情况，也就是过保压越来越严重。
综合比对，最终选择以40MPa为恒压保压压力。
并且通过创建保压曲线并优化，以缩小制件上主体积的收缩率的差异。
尽可能实现均衡收缩。
压力XY图如下
图4.5.9压力xy图
通过分析，充填末端在2.5s时达到最大，5s的时候为0，取中间值3.8s作为恒压/降压转换点。
查看冻结层因子结果，得到浇口在15s处冻结。
速度压力时间切换为0.66s，由此确定第一段恒压保压时间为3.1s，第二段卸压时间为12.2s。
设置参数如图：
图4.5.10保压控制曲线设置
图4.5.11保压压力与时间图
得到的结果如下：
图4.5.12顶出时的体积收缩率
最大的体积收缩率为9.798，最小为0.0650，（壁厚为1.5mm的收缩率应在1.39%到5.43%之间，壁厚为5mm的收缩率应在1.71%到6.75%之间）没有过保压现象。
主要问题还是集中在制件较厚的地方还有浇口附近，但相比之前的方案得到了很大的改善，且收缩率大的区域十分小，制件主体的收缩率也很均衡。
如果要改善浇口附近制件较厚处的收缩率过大的情况，那么就要增大保压压力，但是通过分析可以发现这样会使其他区域的收缩率大大降低，而且区域会想当大，甚至很多区域会出现过保压的情况。
制件主体部分也会受到影响。
所以到此保压优化完成，最终确定使用此方案。
4.6翘曲分析2
翘曲分析与优化是分析流程的最后一个步骤，充填、冷却、保压这三个因素都是翘曲变形的主要因素。
翘曲分析结果的好坏说明前面工作的质量。
若翘曲变形过大，则需要重新对前面的方案进行优化。
分析后的结果：
所有因素：
可以看到在侧面的孔洞处的变形为0.28mm，其他各个地方的变形都很小，
图4.6.1变形，所有因素
Y方向：
变形量为0.264
图4.6.2变形因素Y方向
X方向：
变形量为0.1761，变形量较小。
图4.6.3变形因素X方向
冷却不均匀：
变形量为0.1427
图4.6.4变形，冷却不均
收缩不均匀：
变形量达到了0.28
图4.6.5变形，收缩不均
取向因素：
图4.6.6变形，取向因素
从上面的结果可以得出，变形量主要是由于收缩不均匀引起的，接近总的变形量。
图4.6.7收缩不均X方向
图4.6.8收缩不均Y方向
由上图可以分析得出，收缩不均匀的地方是注射末端以及制件厚度突变的卡扣处和侧孔，而引起收缩不均匀的原因一部分是制件厚度并非一致，以及保压方面的问题。
总之还是不可避免地引起了翘曲变形，但总体来说变形量不算很大，可以接受。
5、总结分析（最终方案）
5.1浇口位置
浇口位置应设置在如下图圈出的位置处。
图5.1.1浇口位置
5.2制件材料
选用一般的PP料。
5.3浇口
将浇口设置为厚度h=1.5mm,宽度W=4.5mm，长度L=0.5mm
5.4流道
主流道直径为7.56mm，拔模角2.4度，长度60mm。
分流道直径为6mm，
图5.4.1流道主视图
图5.4.2侧视图
5.5注射设置
模具材料选用P20;
模具温度：
42℃；
熔体温度250℃，开模时间5s，
注射时间0.6s，保压压力为40MPa，保压控制如下，【注射+保压+冷却时间】设置为25s。
图5.5.1保压控制
5.6冷却系统
水管直径为d=10mm，水管与零件间的距离为25mm，水管与零件排列方式为沿X方向。
冷却介质选用纯水，冷却介质入口温度设置为25℃。
流动类型为层流，所以雷诺数Re设置为2000。
查表得纯水在25℃时的密度为ρ=0.997kg每平方毫米，粘度为η=0.8937N*s每平方毫米，冷却液平均流速U=Re*η/（ρd）=17.928mm/s=0.17928m/s取0.18米每秒。
图5.4.1冷却回路主视图
6、致谢
非常感谢匡老师，不辞辛劳地解答各种疑问。
现在看来，当初的问题很多都问得甚至是相当的愚蠢，例如纵横比修复和优化这种比较低级问题，但匡博还是手把手教到会为止，不胜惭愧。
很难想象匡博这样的忙人，怎样抽出时间，才能录制了近十五个小时的教学视频，孜孜不倦地一点一点地教会，再简单再细小的细节也没有略过，语言已经无法来形容这种敬业的态度，五体投地也不能。
甚至在有些视频里甚至可以听得出匡博是感冒了的，声音明显变了，还咳嗽……这种情况下老师依然给我们录制视频。
有此良师，只能说三生有幸。
7、感受与建议
总体来说，这个课设总算是亲力亲为一步一个脚印做下来了，不断地重复和更改，花了大量的精力去优化和改进，最终才得到相对满意的结果，然而并没有做到完美，有比较细小的地方仍然是无法优化，累觉不爱。
在这个设计和分析的过程当中，就是不断地尝试，修改，得出结果，比对，在尝试在修改再比对，不断地循环不断的改进。
每个方案，每个数据，都是亲力亲为，用心血写成，虽然到最后还是得不到最满意的结果，但看着自己的成果还是有小小的成就感。
在这个课设里，最大的感触就是，行就是行，不行就是不行，没有“大概可以了”“差不多”的说法，要求的就是一丝不苟，精益求精。
有时候，为了百分之几的数据，都要进行数十次的尝试优化，虽然相差不是太大，但更好就是更好，得到更优解总会让人欣慰。
收获还是有的，对这款软件的认识和把握基本上已经进入了入门阶段，有了一定的理解和认知，这对以后走更远的路来说，起码我已经迈出了7、8个步伐。
很喜欢这种讲课之后马上实践的模式，课堂上讲理论和注意事项，机房动手，避免走弯路，上手更快。
接受起来也比较快。
建议的话，感觉要是上机课再多一些比较好，理论：
实践的比例在1：
2这样，操作更多一些，在操作中发现问题并及时解决会有更好的效果。
当然因人而异，这只是个人观点。
以上，为所有报告内容。
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