1、综合实验报告（计算机类）题 目: 鼠标外壳 CAD 建模及成型过程 CAE 分析学 院 : 材料科学与工程 年级 、专业: 2010 级材料成型及控制工程 学 生 姓 名: 刘兰 学 号: 312010080302205 指 导 教 师: 彭必友 开 题 时 间: 2013 年 7 月 8 日完 成 时 间: 2013 年 7 月 12 日学习态度（15） 技术水平与实际能力（25）创新（10） 说明书（报告书、图纸）质量（50） 总评综合实验报告- 1 -目 录摘要2引言21 实验目的 22 实验平台简介33 实物零件简介及设计要求34 CAD 组件设计 45 成型过程 CAE 分析及讨论5
2、5.1 CAE 分析前处理55.2 分析结果65.3 针对减少熔接痕的方案设计76.总结9参考文献9综合实验报告- 2 -摘 要此次课程设计主要是对鼠标外壳进行三维建模设计，鼠标是电脑的一个重要设备，其外壳大多是由注塑成型，这次课程设计也包括对鼠标上课进行模流分析。利用 proe 软件建立三维实体零件图，分别建立鼠标的上壳，中间层，下壳和滚珠的三维模型。并在装配环境下实现各零件的装配以及整个实体的分解。然后利用 MOLDFLOW 软件进行模流分析，由填充，翘曲等分析结果得出零件在注塑过程中的注射压力图，熔体流动前沿温度分布图，锁模力图等等。并以减少注塑时翘曲变形为目标，通过修改相关参数，提出不
3、同的方案，进行分析比较。关键词：鼠标外壳 CAD 建模 MOLDFLOW 模流分析引 言在 proe 三维建模过程中，主要会用到曲面建模方法，比如瓶身是利用曲面混合而成，利用草绘两个不同形状的截面，混合成不规则的光滑曲面，再通过填充加厚得到实体。瓶盖的不规则曲面也是听过曲面旋转，合并，在加厚得到的。可以说，曲面建模在绘制不规则的实体图时具有很大的意义。而且在装配界面下将洗发水瓶的各个零件装配好，也可以实现整个实体的分解。利用 moldflow 对鼠标上壳进行充填分析，将上壳草绘图导入到 moldflow 软件中，选择瓶盖的材料，鼠标上壳的材料多为 ABS,然后进行网格划分，网格统计和网格检测，
4、保证合理的最大纵横比和匹配百分比，不合理的要对网格进行修改。然后进行最佳浇口位置分析，设置注射位置，设置浇注系统和冷却回路系统，最后对瓶盖进行充填，冷却，保压和翘曲分析并得出分析结果。以减小翘曲变形为前提，设计不同的方案，再分别对鼠标上壳进行分析，对各方案比较，最终得出一个最合理的注塑方案。1 实验目的本实验是自选或自行设计一塑件，对其进行 CAD 三维建模，然后进行成形分析。其中CAD 主要包括实体特征的建立、曲面特征的创建、零件设计变更、零件装配的基本操作和工程图的制作；CAE 部分主要包括 MOLDFLOW 应用初步，可对塑件进行充填、保压、冷却、分子取向、翘曲、浇口位置等分析，预测选定
5、件可能出现的缺陷，并分析起原因，并提出解决办法，以实验来验证所提出解决办法的可行性。2 实验平台简介综合实验报告- 3 -（1）CAD 平台CAD 主要是指产品的几何建模及相关技术。目前比较流行的二维软件是 AutoCAD，比较实用的三维软件 UG、Pro/Engineer、Unigraphics NX 等集二维、三维、CAD/CAM 于一体的众多国外软件.此次实验选用的是 Pro/E 建模软件。Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 （2）CAE 平台CAE 指工程设计中的计算机辅助工程，指用计算机
6、辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。而 CAE 软件可作静态结构分析，动态分析；研究线性、非线性问题；分析结构（固体） 、流体、电磁等。 CAE 软件的主体是有限元分析）软件.常用的 CAE 软件主要有 Ansys,ADINA,LS-DYNA,Moldflow.本次实验采用的是 Moldflow 分析软件。 Moldflow 仿 真 软 件 具有注塑成型仿真工具，能够验证和优化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程。该软 件 能够通过仿真设置和结果阐明来展示壁厚、浇口位置、材料、几何形状变化如何影响可制造性。从薄壁零件到厚壁、坚固的零件，Autodesk Moldflow
7、的几何图形支持可以帮助用户在最终设计决策前试验假定方案。3 实物零件简介及设计要求鼠标外壳表面多为不规则的曲面，外形尺寸不大，表面光滑，壁厚较薄。鼠标实体图如下图所示。综合实验报告- 4 -4 CAD 组件设计鼠标外壳包括四个可拆零部件，上壳，中间层和下壳和滚轮。下壳是由曲面拉伸，再切除得到；中间层也是按照下壳的轮廓拉伸出来；上壳则是根据边界混合而成；滚轮；利用实体拉伸即可直接得到。各零件三维模型图和装配，分解图如下图所示。鼠标上壳三维图 鼠标中间层三维图鼠标下壳三维图 滚轮三维图鼠标装配图综合实验报告- 5 -5 成型过程 CAE 分析及讨论5.1 CAE 分析前处理对鼠标上壳的 CAE 前
8、处理，先将存为 STL 格式的鼠标上壳三维图导入 moldflow 中，然后进行网格划分，网格诊断，对不符合要求的网格单元要进行修改，是整个上壳的网格匹配率达到 85%以上。网格划分好后，选择分析类型为充填、保压分析，然后选择鼠标材料，鼠标上壳的材料多为 ABS。然后利用镜像复制等做一模两腔制件，在分别设计出浇注系统和冷却回路系统，最后设置好工艺参数即可进行分析。步骤如下图所示：网格划分 一模两腔建立浇注系统 建立冷却回路系统综合实验报告- 6 -工艺参数设置 充填时间5.2 分析结果 (1）充填时间：充填时间反映了浇注整个型腔所需的时间，从结果图上可以看出上盖两侧的充填时间基本相等，对称性很
9、好。速度/压力切换时的压力 气穴 (2)速度/压力切换时的压力：速度/压力切换时的压力反映了产品的充填情况，图中灰色区域说明未填充满，需要进行改进，可以适当提高注射压力，模具温度，或改变浇口位置是之靠近该区域。（3）气穴：由右图可以看出气穴主要出现在分型面，利于排气，处于边缘处的气穴可以通过开排气槽消除。（5）熔接痕:熔接痕是注塑件的薄弱环节，不但影响制品的外观，而且易于产生应力集中，影响制品的总体强度综合实验报告- 7 -熔接痕 5.3 针对减少熔接痕的改进方案设计由初始分析方案所得的分析结果可以看出，初始分析方案还是比较合理的，熔接痕的数量也较少，为进一步减少熔接痕的数量，长度等，需要对注
10、塑工艺参数进行修改。5.3.1 熔接痕产生原因熔接痕的长生有很多影响因素，不如，塑料流动性不佳，制品壁厚太薄或壁厚差异太大，模具温度太低，流道、浇口位置不当或太小太长，注射速度、保压、物料温度太低，射压或射速太低等等，这些因素都会影响熔接痕强度。52 方案改进 （1）方案 1 上面的分析结果均是系统默认的工艺参数模温默认为 65 熔温默认为为 255注射压力默认为 120MPa 注塑机最大注塑压力为 180综合实验报告- 8 -根据影响熔接痕的各因素来改变工艺参数，设计了以下两个方案。（2）方案一模温改为 70熔温改为 260分析结果：方案二将默认的模温和料温都提高后，得到如上图的熔接痕图，可
11、以看出提高模温和熔料温度可以减少熔接痕的产生。（3）方案 3将注射压力由 120MPa 增加至130MPa综合实验报告- 9 -分析结果方案二将注塑压力适当的增加后，可以看出熔接痕已经很不明显了。这说明适当的增加注塑压力对减少熔接痕是很有效的。6 总结这次课程设计对 proe 三维建模又有了更大的提高，特别是在曲面建模方面有了很大的进步。但是也存在着很多需要改进提升的地方，还需要自身加强对曲面建模的熟悉理解。在 noldflow 分析方面也有一定的提高，加深了对建立浇注系统，冷却回路系统的操作，重新掌握了对网格单元的修改。通过此次课程设计，让我进一步，提高了对曲面建模的了解，也更加熟练掌握了moldflow 软件的操作。【参考文献】骏毅科技，关兴举，杜智敏. Proe/ENGINEER 塑料产品设计.人民邮电出版社.2006.1王培，王刚.moldflow 模具分析应用实例.北京；清华大学出版社，2004
