CAE分析在产品设计中的应用.pdf

4 8 D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 5 2 0 0 6 文章编号1 0 0 1 - 4 9 3 4 ( 2 0 0 6 ) 0 5 - 0 0 4 8 - 0 3 C A E分析在产品设计中的应用 柳朝华郭志英 上海交通大学材料科学与工程学院上海2 0 0 0 3 0 摘要介绍了塑料件 C A E分析的过程通过 H y p e r M e s h前处理使用 M o l d f l o w对产品 进行流动保压冷却翘曲分析和后处理来优化产品结构和模具结构及工艺并结合具 体实例薄壁盖形塑料件来优化产品设计 关键词塑料件C A E M o l d F l o w H y p e r M e s h 中图分类号T P 3 9 1 . 7 2文献标识码A A b s t r a c tP r o c e s s o f p l a s t i c p a r t s C A E a n a l y s i s w a s i n t r o d u c e d P a r t s t r u c t u r e m o l d s t r u c t u r e a n d p r o c e s s w e r e o p t i m i z e d t h r o u g h u s i n g H y p e r m e s h a s p r e p r o c e s s o r a n d M o l d f l o w a s p o s t p r o c e s s o r a n d a n a l y z e r o f f l o w p a c k c o o l a n d w a r p A n e x a m p l e o f t h i n c o v e r p l a s t i c p a r t w a s s t u d i e d K e y w o r d si n j e c t i o n p a r t C A E M o l d f l o w H y p e r m e s h 收稿日期2 0 0 6 - 0 1 - 2 2 作者简介柳朝华1 9 7 3男工程师 0 引言 塑料件 C A E分析的巨大潜力和优越性已被 越来越多的开发工程师所认识在设计产品时就 考虑到由于产品结构模具结构工艺而产生的缺 陷提高产品在试模中的成功率以达到降低生 产成本缩短生产周期的目的塑料件C A E 分析 一般分为前处理模块分析模块和后处理模块 目前使用H y p e r M e s h 作为前处理软件M o l d f l o w 分析和后处理的方法是目前被广泛使用的一种方 法 1 塑料件 C A E软件介绍 M o l d F l o w软件是美国 M O L D F L O W公司开 发的塑料注塑成型流动分析软件它可在模具加 工之前在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟 分析包括填充保压冷却翘曲纤维取向 结构应力收缩以及气体辅助注射成型和热固性 材料流动分析现代注塑成型 C A E技术的作用 在于优化塑料制品设计优化塑料模设计优 化注塑工艺参数 H y p e r M e s h 是美国A l t a i r 公司开发的一个针 对有限元主流求解器的高性能有限元前后处理软 件具有高效的网络划分功能并与多种 C A D和 C A E软件有良好的接口利用 H y p e r M e s h作为 M o l d f l o w 有限元网格划分的前处理能够提高划 分网格的效率和网格的质量来弥补m o l d f l o w 划 分出的网格质量不高的缺陷 2 薄壁塑料件 C A E分析方法 目前常用的薄壁塑料件 C A E分析过程图 1先从三维设计软件如 U G中输出 s t p 格式 文件再在 H y p e r M e s h 7 . 0 中读入 s t p 文件去 除圆角曲面细小的孔狭窄的槽简化数模通 模 具 技 术 2 0 0 6 . N o . 54 9 过简化某些细节可以减少单元数量加快分析计 算速度然后把数模划分成三节点三角形的 2 D 单元网格利用p a t r a n 的g e n e r a l 模板文件输出 * . p a t 格式给M o l d F l o w 5 . 0 由于p a t 文件是文本 文件记录了网格类型节点号节点坐标值信 息数据可以被 M o l d F l o w读入最后利用 M o l d f l o w 的F u s i o n 分析技术来对薄壁塑料零 件进行分析F u s i o n分析方式采用表面网格 S u r f a c e M e s h 为分析模型同时在两侧进行流 动分析分析结果更接近实际 如图2 所示节点共5 1 4 6 个三角形单元1 0 2 8 8 个再输出 p a t 文件 3 实例分析 以汽车节气门的塑料盖零件为实例进行分 析优化产品和模具结构通过详细的分析过 程给出一个可行的分析方法 塑料盖零件的材料为D u P o n t 公司的P B T 牌 号是C r a s t i n 6 1 2 9 N C 0 1 0 其材料的特性为弹性模 量 2 6 0 0 M P a 泊松比 0 . 4 3 7 密度 1 . 2 5 8 6 g / c m 3 形状如图 2所示零件长 7 0 m m 宽 7 0 m m 厚 2 . 5 m m 四边竖直方向的装配面平面度为 0 . 1 m m 方案 1 产品内面无加强筋模具采用侧面 方形浇口1 . 5 m m3 m m 2 . 5 m m5 m m 一 模两腔分析过程如下 1 将数模的s t p 文件读入H y p e r M e a h 7 . 0 进 行网格的处理在 H y p e r M e a h 中先将数模简化 包括取除倒角圆角抑制尺寸小的曲面填微小 的孔和筋再利用2 D 页面a u t o m e s h 面板c r e a t e m e s h 子面板自动生成三节点三角形的 2 D 单元网 格并局部调整节点数划分完成三角形单元 图 1薄壁塑料件 C A E分析过程 2 M o l d F l o w 5 . 0 中读入p a t 文件读入时选 择F u s i o n 和M i l l i m e t e r s 选项查询网格统计信息 可知无自由边无网格交叉单元网格最大纵 横比为 5 . 0 1 9 8 0 6 网格平均纵横比为 1 . 4 7 0 1 7 7 匹配率8 9 . 3 % 如图3 所示网格质量相当的高 无须调整 图 2 H y p e r M e a h生成的网格单元 图 3 转入 M o l d F l o w后的网格单元 图 4 方案 1 的 F i l l t i m e 分析 3 设定材料加冷却水道浇口流道工艺 参数进行 C o o l + F l o w + W a r p 分析后得到该方案 最大锁模力 7 5 61 0 3 k N 填充时间 2 . 9 8 s 图 4流动前锋温度最大 1 9 8最小 1 5 2Z 5 0 D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 5 2 0 0 6 方向的变形为 0 . 3 9 4 8 m m 图 5主要原因是侧 面浇口导致流动不均匀冷却不均产生翘曲使 对角变形严重此方案不可取 图 5方案 1的 Z方向变形分析 方案 3 为使流动均匀在产品内面加入加 强筋同样使用三板模点浇口经同样的分析步 骤得到最大锁模力4 9 6 1 0 3 k N 填充时间1 . 9 9 s 图8流动前锋温度最大2 5 1最小2 3 2 Z方向的变形为 0 . 0 9 1 2 m m 图 9加强筋使流 动均匀Z 方向的变形降低四角变形减少保 证了平面度 方案 2 改侧面浇口为三板模点浇口经同 样的分析步骤得到最大锁模力 4 8 31 0 3 k N 填 充时间1 . 5 4 s 图6流动前锋温度最大2 5 1 最小 2 2 1Z 方向的变形为 0 . 1 2 8 4 m m 图 7 零件中间点浇口改善了流动不均匀的现象四角 变形减少但平面度仍然超差 图 6 方案 2 的 F i l l t i m e 分析 图 7方案 2的 Z方向变形分析 4 结论 注塑制品的C A E 分析对产品开发有积极的 指导意义本文介绍了利用 H y p e r M e s h和 M o l d F l o w软件实现对翘曲变形的分析来解决实 际问题这种方法能缩短产品开发周期降低成 本及提高产品质量优化工艺参数目前已越来 越多的运用在产品开发中 参考文献 图 8 方案 3 的 F i l l t i m e 分析 图 9方案 3的 Z方向变形分析 下转第 5 4 页 5 4 D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 5 2 0 0 6 对本行业有极大的推广应用价值 1 1 参考文献 1 李玉胜 孙殿柱 刘信奎 U G 软件的二次开发研究与 应用 J 淄博学院学报 自然科学与工程版2 0 0 2 6 6 4 6 7 2 姚兴 石晓祥 陈军 U G 软件的二次开发工具在 覆盖件冲模智能设计系统开发中的应用 J 锻压技 术 2 0 0 2 6 5 5 5 7 3 彭岳华 盛治华 基于U G 软件开发平台的汽车产品开 发 J 计算机辅助工程 2 0 0 2 9 1 7 4 吴家洲 吴波 杨叔子 U G 软件的二次开发 J 精密 制造与自动化 2 0 0 2 1 2 9 3 1 5 蒋建强 数控编程技术2 0 0 例 M 北京 科学出版社 2 0 0 4 6 董正卫 田立中 付宜利 U G / O p e n A P I 编程基础 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 2 7 王庆林 U G / O p e n G R I P 实用编程基础 M 北京 清 华大学出版社 2 0 0 2 8 李继豪 崇凯 关于U G 软件二次开发的研究 J 机 电产品开发与创新 2 0 0 41 76 4 1 4 3 9 U n i g r a p h i c s S o l u t i o n I n cU G 高级铣加工应用教程 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 2 1 0 王卫兵 U G N X 数控编程实用教程 M 北京 清华大 学出版社 2 0 0 3 1 1 王国明 简祯富 台湾工业工程理论及应用发展回顾 J 工业工程与管理 2 0 0 3 3 1 1 0 上接第 4 7 页 参考文献 1 葛正浩 P r o / E n g i n e e r W i l d f i r e 塑料模具设计入门与实 践 M 北京 化学工业出版社 2 0 0 4 2 曹岩 程维中等 P r o / E n g i n e e r W i l d f i r e 模具设计实 例精解 M 北京 机械工业出版社 2 0 0 5 通过本例可以看出P r o / E 不仅能在三维设计 中展示其强大的功能更能在造型及模具分析中 发挥很大优势这种三维造型成型工艺分析 流动模拟分析及模架装配一体化的设计模式大大 提高了设计效率减少了试模概率并弥补了经 验不足带来的缺陷 1 单岩 王蓓 王刚 M o l d f l o w 模具分析技术基础 M 浙江 浙大旭日科技 2 0 0 5 2 于开平 周传月 谭惠丰 H y p e r M e s h 从入门到精通 M 北京 科学出