1、华东交通大学肥皂盒模流分析实训报告院系：机电工程学院专业：材料成型及控制工程班级：（模具）12-1 班姓名：刘文波学号：20120310040325指导老师：匡唐清华东交通大学目录第一章 三维造型1第二章 CAD doctor 修复和简化2第三章 网络划分和网络修复3第四章 材料选择和浇口位置分析5第五章 填充分析8第六章 浇注系统统和填充分析14第七章 冷却系统分析和优化16第八章 保压分析和优化20第九章 翘曲分析和优化23第十章 总结25第十一章 心得体会与课堂建议27华东交通大学第 0 页第一章 三维造型1.1、造型 CAD 图纸利用 UG 制作零件的三维造型，外观主要尺寸为长宽高（1
2、30*90*25mm） ，零件厚度为 2mm，大部分壁厚比较均匀，如图 1-1 所示。图 1-1 零件三视图1.2、三维建模通过建立草图、拉伸、扫略、抽壳、替换面、修剪提、分割面、倒圆角等工具生成肥皂盒三维造型，如图 1-2 所示。图 1-2 肥皂盒三维造型1.3、导出模型将制作好的造型以 igs 格式文件导出，准备导入到 CAD doctor 修复和简化。华东交通大学第 1 页华东交通大学第 2 页第二章 CAD doctor 修复和简化2.1、导入模型把从 UG 导出的 igs 格式文件导入到 CAD doctor 中，切换到 Translation 状态，然后对零件进行检测。修补之前的模
3、型如图 2-1 所示。其中自由边 316 条，自由边环路 71 条。图 2-1 CAD 修复之前模型2.2、修复模型对多余的面和边进行删除，缺漏的边和面进行修补。对自由边、自由边环路、自相交等进行修复简化，修复之后的三维模型如图 2-2 所示。其中自由边0 条，自由边环路 0 条。图 2-2 CAD 修复之后模型2.3、导出制件将修复之后的模型以 udm 格式导出，准备下一步的网格划分。华东交通大学第 3 页第三章 网格划分和网格修复3.1、网格划分根据零件的形状和厚度，设置全局边长，一般来说，网格单元边长为壁厚的 23 倍。通过三种方案对比，选出比较合理的方案。方案 1. 全局网格边长为 4
4、.0mm，弦高 0.1mm；方案 2. 全局网格边长为 5.0mm，弦高 0.1mm；方案 3. 全局网格边长为 6.0mm，弦高 0.1mm。图 3-1 三角形网格划分3.2、网格统计方案一经过分析得出，纵横比较大，需要调整。匹配率为 87.7%，连通区域为 1，自由边、重叠单元为 0，多重边为 109。结果如图 3-2 所示。方案二匹配率为 92.8%，最大纵横比 7.1，自由边，重叠单元为 0，比较适合。方案三最大纵横比为 17.8%，匹配率有所下降，故这里选择方案二。图 3-2 方案 1诊断结果图 3-3 方案 2诊断结果图 3-4 方案 3诊断结果华东交通大学第 4 页3.3、网格修
5、复通过各网格的划分比较，得出方案二的效果较好，选择方案二做修复和简化处理如下，再经过缝合、交换边、插入节点等命令对产品进行修复。修复完成的结果如图 3-6 所示。其中三角形个数为 6404 个，纵横比最大 6.0，平均值2.01，满足要求。图 3-5 网格修复 图 3-6 修复完成结果3.4、厚度诊断及修改结果如图所示，平均厚度 2mm，最厚处达到 2.928mm，最薄处为1.244mm。需要对局部区域进行厚度修改。图 3-7 网格厚度诊断华东交通大学第 5 页第四章 材料选择和浇口位置分析4.1、材料选择根据制件的结构、性能、用途等因素，参考模具设计与制造课本选择材料。制件为壳体件肥皂盒，一
6、般可以采用的材料有 PP(聚丙烯)、PE（聚乙烯）等。由外光可以看出，外光比较好，且制品成型需要的流动性相对较高，综合选择Generic PP：Generic Default 作为本壳体材料。材料的推荐工艺如图 4-1 所示。图 4-1 材料选择4.2、浇口位置分析浇口位置分析有两种方式，运用高级浇口定位器和浇口区域定位器找到合适的地方确定浇口位置。通过观察与分析找到了最佳浇口区域为蓝色和淡蓝色处。图 4-2 最佳浇口位置 图 4-3 浇口匹配根据流动阻力分析和结构分析，上图浇口位置区域的流动阻力在填充时阻力较小，暂时确定浇口形式为点浇口和侧浇口，后面再分析得出结论。方案一为直浇口，如图 4-
7、4 所示；方案二为侧浇口，如图 4-5 所示。6图 4-4 直浇口 图 4-5 侧浇口4.3、快速填充图 4-6 充填时间图 4-7 速度压力切换时的压力图 4-8 流动前沿温度华东交通大学7图 4-9 达到顶出温度的时间华东交通大学第 0 页图 4-10 气穴对比图 4-11 填充末端压力图 4-12 熔接痕通过以上详细的对比，方案一气穴相比方案二多三处，方案一末端压力较方案二高 6MPa，方案一有五处熔接痕，且在同一直线上。由此初步判断方案二稍好一些。华东交通大学第 1 页第五章 成型窗口和充填分析5.1、成型窗口5.1.1 直浇口分析：图 5-1 参数设置 图 5-2 质量成型窗口成型质
8、量最大值为 0.8823，此刻的时间为 0.5265s,工艺设计参数除了注射机压力改为 140MPa,其余均采用默认参数，模具温度区间为 20-60 ，熔体温度区间为 220-260 。先参考日志参数再调节得出上图的质量与温度。模具/熔体温度为 40/240，如下图所示。图 5-3 模具/熔体温度注射时间最大为 2.200s，最小为 0.2s，这里取值 1.0s。图 5-4 最大压力降华东交通大学第 2 页由图线可知直浇口方案最大压力降为 12.46Mpa，值比较小，满足要求。图 5-5 最低流动前沿温度最低流动前沿温度为 232.7，温度的下降小于 20，能保证良好的流动性能。图 5-6 最
9、大剪切速率直浇口的最大剪切速率为 5429.4/s，小于材料的允许剪切速率 100000/s，符合允许要求。图 5-7 最大剪切应力从图中看出，直浇口方案的最大剪切应力为 0.1234MPa，处于比较小的值，华东交通大学第 3 页材料所允许的最大应力值为 0.25 MPa,方案符合所需条件。图 5-8 最长冷却时间直浇口的最长冷却时间为 14.74s，符合要求。5.1.2 侧浇口分析：图 5-9 质量成型窗口成型质量最大值为 0.8987，此刻的时间为 0.6204s,工艺设计参数除了注射机压力改为 140MPa,其余均采用默认参数，模具温度区间为 20-60 ，熔体温度区间为 220-260
10、 。先参考日志参数再调节得出上图的质量与温度。模具/熔体温度为 45/240。注射时间最大为 2.26s，最小为 0.2s，这里取值 1.0s。图 5-10 区域成型窗口注射时间最大为 2.26s，最小为 0.2s，这里取值 1.0s。华东交通大学第 4 页图 5-11 最大压力降由图线可知直浇口方案最大压力降为 13.95Mpa，值比较小，满足要求。图 5-12 最低流动前沿温度最低流动前沿温度为 232.2，温度的下降小于 20，能保证良好的流动性能。图 5-13 最大剪切速率侧浇口的最大剪切速率为 1747.2/s，小于材料的允许剪切速率 100000/s，比直浇口具有更小的剪切速率，符
11、合允许要求。华东交通大学第 5 页图 5-14 最大剪切应力从图中看出，侧浇口方案的最大剪切应力为 0.0900MPa，处于非常小的值，材料所允许的最大应力值为 0.25 MPa,方案符合所需条件。图 5-15 最长冷却时间直浇口的最长冷却时间为 15.42s，符合要求。总结：根据以上快速充填分析和成型窗口分析，为了使制件获得更小的残余应力和跟高的强度硬度，我们选择侧浇口方案，后面的分析都将以侧浇口为分析对象。5.2、充填分析工艺参数 充填时间 模具温度 熔体温度方案 1.303s 46 240其余参数均采用默认值，别进行分析，再找出差别比较大的参数图组，华东交通大学第 6 页得出下图：a:填
12、充时间 b：温度压力切换时的压力 c：到达顶出温度的时间d：总体温度 e：壁上剪切应力 f：熔接痕a.b.c.d.e.f.图 5-16 充填分析结果从流动前沿温度图中可以看出温度最高为 245，从图看出达到顶出温度时间为 17.80s，与设定时间 20s 足够了。从图中看出，存在有四处熔接痕，但数目不多，因此不会影响零件的整体质量，因此方案可行。华东交通大学第 7 页第六章 浇注系统和填充分析6.1、浇注系统根据制品的结构和特征，如果为了提高生产效率，采取一模两腔设计，如图所示：图 6-1 一模两腔侧浇口主流道尺寸：圆锥形形状始端直径为 3mm，末端直径为 6mm,长度为 50mm ，属性类型
13、为冷主流道。分流道尺寸：圆形尺寸直径为 4mm，长度为 60mm，属性类型为冷流道。浇口尺寸为矩形，长度为 1.5mm，宽度为 2mm，高度为 1mm，两腔之间浇口的距离为 60mm，属性为冷浇口。6.2、浇注系统填充分析由网格统计得制品的体积为：76.5437 cm，由成型窗口分析得充填时间：1.0s。得出流率为 76.5437cm/s。模具的温度为 45，熔体由于浇口会有剪切升温的影响，所以温度应该由原来的 245降低几度，取 240。进行分析如下：华东交通大学第 8 页图 6-2 流动前沿温度流动前沿温度变化不大，仍然在 240左右，其他参数也比较合理，说明此流道系统比较好，可以采用进行
14、后续的分析。图 6-3 填充时间图 6-4 速度压力切换时的压力图 6-5 填充末端压力图 6-6 注射位置处压力6.3、浇注系统流道平衡分析设置如图的参数，之后进行分析华东交通大学第 9 页图 6-7 参数设置浇注系统总结：流动前沿温度变化不大，仍然在 240左右，其他参数也比较合理，说明此流道系统比较好，可以采用进行后续的分析。第七章 冷却系统分析和优化7.1、冷却系统构建冷却系统可以采用两种方法进行设计：方案一采用建模里面的冷却系统向导直接构建。方案二采用手动设计，采用平移/复制节点节点构线网格划分冷却管镜像来构建。 华东交通大学第 10 页图 7-1 水管参数设计方案 1 ：冷却回路向
15、导生成管路图 7-2 冷却系统向导生成水管方案 2 ：手动设计冷却管路图 7-3 手动生成管道冷却水管采用多段循环进水，水管直径取 10mm,外部采用软管连接。7.2、冷却系统比较和选择1）回路冷却液温度比较方案一： 向导生成管道 取 IPC：20s、冷却液：25方案二： 手动生成管道 取 IPC：20s、冷却液：25华东交通大学第 11 页图 7-4 方案一回路冷却液温度 图 7-5 方案二回路冷却液温度从图中看出两种方案冷却液温升均不大，方案二效果较好一些。2）回路管壁温度比较图 7-6 方案一回路管壁温度 图 7-6 方案二回路管壁温度从以上图中看出，两种方案的回路管壁温度均升高的不是很
16、多，方案 1 差值为 2.76，方案 2 差值为 3，均在 5以内。3）冷却液温度情况比较方案 1冷却液通过回路，两个水管冷却液升高分别为 1.4、1.6，值比较小，冷却水路设计比较合理。方案 2冷却液通过回路，四个水管冷却液升高 1.3 度，差值已经很小了，冷却水路设计很合理。通过上面两个方案比较可知，虽然方案 1 的冷却效果也不错，而方案 2 是经过自行设计优化之后的冷却方案，冷却效果更佳，这里我们选择方案二。7.3、冷却系统的优化华东交通大学第 12 页a. b.c. 图 7-7 模具型芯温表面度比较d. e.图 7-8 模具型腔表面温度比较从上面的模具表面温度图 7-7 和图 7-8
17、看，优化前的方案：模具温度基本都在 36以上，而由成型窗口得出的模具温度为 45，加上浮动温度为365，则通过改变冷却水的温度改善。从优化方案看，模具温度大部分处于455内，且动定模两侧温度相差不大，符合制品的要求。图 7-9 冷却液温度比较通过图可知，优化后的冷却液温度升高 0.7，远低于优化前。图 7-10 零件温度曲线比较从零件温度曲线图 7-10 看，从名义厚度-1 到+1 看，优化前方案温度从45左右成直线比例上升到 50左右，上下表面温差不大。而从优化后的温华东交通大学第 13 页度曲线看，在-1 到+1 区间的温度变化都是在很小的范围，两者制品冷却效果都比较好，但优化后更佳。图
18、7-11 回路热去除效率比较从回路热去除效率图 7-11 看，优化前后方案相差不大。图 7-12 达到顶出温度时流道时间比较从达到顶出温度时流道时间图 7-12 看，优化前时间最大为 29.56s，优化后时间为 59.76s，优化后方案可以接受。总结：根据以上多项比较得出优化后方案更符合制造的要求，且各方面的效果都较高，利用其进行后面的分析。华东交通大学第 14 页第八章 保压分析和优化8.1、保压分析工艺设置如下：图 8-1 优化前冷却+充填+保压参数图 8-2 优化前保压曲线图 8-3 优化前保压曲线由查材料收缩属性，由厚度得出材料的收缩范围为:1.38%4.98%。华东交通大学第 15
19、页图 8-4 材料体积收缩率优化前方案 优化后方案图 8-5 保压后收缩率比较由图得知优化后体积收缩率大部分都在 1.38%到 4.98%之间。优化前图组得出所需数据图如下：图 8-6 压力 XY 图华东交通大学第 16 页图 8-7 浇口达到冻结时间图总结：由上面的图 8-6 得出压力在 2.274s 达到最大的 20.91MPa，在 16s 时降为 0MPa,取 9s 作为保压时间，由图 8-7 看出浇口到达凝固时间为 18.6s，所以得压力降时间为 10.1s。但经过后续多次优化之后各个时间调整为 8.9s 的保压时间，5s 卸压到 30MPa，6s 卸压到 0MPa，保压曲线调整如下：
20、0.1 到达最大保压值 40MPa，8.9s 保压时间5s 卸压到 30MPa,6s 卸压到0MPa。从而得到保压曲线如下图所示：图 8-8 保压压力-时间保压总结：经过保压曲线调整后得出图 8-8 结果图。可以看出调整后的收缩几华东交通大学第 17 页乎都在材料允许范围内（1.38%-4.98%） ，相比没有优化要更好。第九章 翘曲分析和优化9.1、翘曲分析保压完毕后进行最后一项分析：冷却+充填+保压+翘曲。设计翘曲分析的参数如下：图 9-1 冷却+充填+保压+翘曲参数设置好参数后进行分析，得出的结果如下：华东交通大学第 18 页图 9-2 变形，所有因素：变形从图中看出总的翘曲变形量为 0
21、.1927mm，变形量比较小，再来分析产生变形的主要原因有哪些。图 9-3 变形，所有因素：三维方向从图中，由 X/Y/Z 三个方向比较分析来看，引起变形的方向为 X/Y，而 Z向影响很小，可以忽略。图 9-4 变形，所有因素：不同因素从图中来看，经过（冷却不均、收缩不均、取向因素）分析比较，可以得出结论，产生变形的主要因素是收缩不均，其他两方面影响很小，可以忽略。总结：通过翘曲变形分析可知，产生变形的主导因素为 X/Y 轴向，而引起变形的原因为收缩不均，然而收缩不均产生于保压阶段，可以通过优化保压曲线来改善。9.2、翘曲优化通过调整保压曲线进行优化，但由于此塑件翘曲变形量 0.1927mm，变形量华东交通大学第 19 页比较小，在可接受的范围以内，是比较好的分析结果，虽然可以优化，但改善的量也不多，所以就不必再做优化，以此作为最优方案。第十章 总结该模型为壳体类零件，其尺寸信息为外观主要尺寸为长宽高（130*90*25mm） ，主体壁厚为 2.0mm，壁厚均匀，产品不是很大,制成一模两腔。材料选用 Generic PP：Generic Default 材料。根据 Moldflow 分析，其工艺设置为模具温度选用 45，熔体温度选用 240，注射时间为 1.0s，IPC 时间为20s。 图 10-1 零件三视图浇注系统设置如图所示：
