CAE在产品制造上的应用专题讲座PPT.ppt

cae在產品制造上的應用,塑模仿真 沖壓仿真,模流分析提案改善,報告人李 軍 報告單位機構設計中心 報告日期2002年12月28日,薄壁產品多點進膠應用實例,主流道的形狀一般為圓錐形。主流道的開口要盡可能小, 但必須能完全充滿模具。其小端直徑應大於注射機出口直徑0.5-1.0mm左右。主流道上的錐角應該足夠大, 使它能被容易推出, 但不能太大, 因為冷卻時間和所使用的材料會隨著主流道直徑的增加而變大。其圓錐角一般要求大於3度。,主流道(sprue),垂直式主流道,傾斜式主流道,d-d =0.51.0 (mm) rr =24,a的取值主要與塑膠性能有關: a=30(對於pe, pp,pa) a=20(對於ps, san,abs,pc,pom, pmma),主 流 道 的 設 計,分流道截面的計算,圓形,“u”形,梯形,d =產品最大肉厚 + 1.5mm b=1.25d,以產品重量作基準,以產品投影面積作基準,分 流 道 的 截 面 形 狀,流道的長度,流道長度宜短, 因為長的流道不但會造成壓力損失, 不利於生產性, 同時亦浪費材料。但是, 材料以低溫成型時, 縮短流道長度並非絕對可行。因為流道過短, 則產品的殘餘應力增大, 且易產生毛邊。 流道長度可以如下經驗公式計算:,d =,d-流道直徑,mm; w-產品質量,g; l-流道長度,mm。,流 道 的 尺 寸,對大型產品, 為了保證塑膠能夠充滿整個模穴, 需根據塑膠的流動比確定進澆位置及澆口數量。流動比是指熔融塑膠的流動長度(l)與產品的肉厚(t)之比。流動比因塑膠品種, 熔體性質, 成型溫度, 注射壓力的不同而異。,常用塑膠的流動比,澆 口 數 量 的 確 定,射出壓力就是當成形材料由成形機射出時在螺杆前端或柱塞所承受每單位面積之壓力單位是以(kgf/cm2)來表示。此射出壓力依壓力來源的油壓缸的能力來決定整個油壓缸能力產生之總體力量則稱為射出力。 射出力及射出壓力簡單關系以下面之計算式表示,射出力(tf)=射出滑塊斷面積a(cm2)油壓力p(kgf/cm2)103 (1) 油壓力p(kgf/cm2) 射出滑塊斷面積a(cm2) 射出壓力(kgf/cm2) = (2) 螺杆斷面積a(cm2),成 形 壓 力 的 確 定,薄壁產品成型時遇到的主要問題點 流動不平衡 注射壓力較高 滯流現象較明顯 易出現短射 廢料較多,問 題 點,對 策,常見的解決方案 改變流道排布 改變澆口位置 改變澆口數量 提高射出壓力及速度 提高模溫料溫,模 流 分 析 的 結 果,1. fill time輔助判斷常見的成型缺陷如滯流過保壓潛流非平衡流動等。 2. temperature輔助判斷成型缺陷如滯流表面缺陷材料強度下降等。 3. pressure輔助判斷過保壓等成型缺陷。 4. weld lines輔助判斷縫合線可能出現的位置。 5. air traps輔助判斷包風可能出現的位置。 6. clamp force預測成型機的鎖模力。 7. deflection輔助判斷成品變形的大小方向及趨勢。 8. frozen layer fraction輔助判斷保壓不良等缺陷。 9. volumetric shrinkage輔助判斷縮水和凹痕等缺陷。,接單,轉檔,fix mesh,建流道冷卻系統,設定分析條件開始分析,檢查結果,ok, 給出分析報告,有問題進行改善,通知2d工程師與設計同步,重新設定條件或更改模具設計,結案,模 流 分 析 流 程,成 品 介 紹,此為某一型號筆記本電腦的背光板拖架肉厚分布不均勻最小肉厚0.5mm最大肉厚2.4mm外形尺寸如下圖所示。,325.5,248.8,9.5,分 析 模 型,case1,case2,case3,項目,方案,流 動 波 前,case1,case2,case3,項目,方案,注 射 壓 力,項目,方案,case1,case2,case3,流 道 壓 力 降,項目,方案,case1,case2,case3,各 澆 口 充 填 體 積,項目,方案,case1,case2,case3,鎖 模 力,項目,方案,case1,case2,case3,凝 固 層 百 分 比,項目,方案,case1,case2,case3,z 軸 變 形,項目,方案,case1,case2,case3,結 論,對于肉厚分布不均的薄件在考慮材料l/t比值的狀況下確定澆口的數量以充分飽模及減小射出壓力。但射壓并不是完全與澆口數量成正比平衡性也是關鍵一點。在本例中13點進澆與14點進澆可以用接近的注射壓力來成型但廢料節省了16%以成型30萬次計算可節約新台幣48萬元。 變形的大小與流動的平衡性射出壓力的大小 保壓效果的好壞有直接關系。本例中13點進澆的變形可以調整到與14點進澆接近。 相對于傳統的手工計算利用先進的電腦技朮可以方便的預測成型缺隱射壓鎖模力變形等信息。,沖壓仿真提案改善,報 告 人 報告單位 報告日期2002年12月28日,沖壓成形技朮提案改善,隨著當今3c產業日新月異的發展沖壓成形件的市場需求越來越大成形形狀 越來越復雜精度要求越來越高新材料的使用越來越多制造技朮的挑戰性越來越大 傳統的模具設計和生產都依賴于經驗和反復調試使產品開發周期成本交期及產 品品質很難得到有效的改善和控制因此有必要建立一套完整的鈑金成形仿真分析系統 以徹底改善傳統模具設計與生產。 鈑金成形仿真分析系統可以模擬整個分析沖壓工藝過程提供完整的解決方案 1.斷裂和起皺的預測和消除。 通過計算可以觀察到材料在沖壓過程中的流動情況以及最終材料的厚度分布 情況通過多種方式(fld,厚度應力應變等)判斷工藝方案和模具設計中出現的問題; 2.板材原始坯料尺寸和形狀預估。對于復雜的拉伸件其零件展開極其復雜通過 傳統的方法無法准確計算但是用數值模擬技朮可以准確的計算出下料形狀與尺寸從 而節約材料降低成本; 3.回彈的計算。材料在沖壓過程中存在彈性變形和塑性變形工件脫離模具后彈性 變形將得到恢復特別是對于精密沖壓嚴重影響零件精度。對于有經驗的人員回彈 數值的預測也是很困難的如果通過數值模擬對回彈進行仿真就可以在模具設計階 段進行預防和補償。,鈑金數值模擬技朮,模具設計流程的改善,design cad of part,design stamping process,design cad of stamping tools,manufacturing tools,test verification,final acceptance criteria,series production,change part design,design cad of part,drafting process and simulation tuning and validation,es or kbe,simulation modified case,change tool design,design stamping process,design cad of stamping tools,manufacturing tools,test verification,final acceptance criteria,series production,change tool design,no,傳統模具設計流程,數值仿真模具設計流程,改 善 后,yes,yes,no,數值模擬技朮產生的效益,1.模具設計一次性成功率大大提升 2.試模次數大大減少 3.降低材料耗費減少設計變更所產生的額外成本 4.縮短產品開發周期 5.提升產品的品質 6.化個人經驗為”可分享有系統”的核心技術支援,sheetmetal stamping simulation,simulation model,blank,holder,punch,pad,die,q16 bottom_case stamping forming,sheetmetal stamping simulation,q16 forming limited diagraph(fld),sheetmetal stamping simulation,根據fld成形 極限圖可以 准確判定工件 成形時引起的 起皺破裂等 制程缺陷。,q16 spring back simulation,sheetmetal stamping simulation,拉延分析結果,q16 bottom_case draw forming thickness,此處材料最厚厚度為1.13mm,此處材料最薄厚度為0.73mm,原材料厚度t=0.8mm,sheetmetal stamping simulation,拉延分析結果,q16 bottom_case厚度減薄百分比分布云圖,最大減薄百分比為8.4%,最大增厚百分比為41.2%,sheetmetal stamping simulation,拉延分析結果,q16 bottom_case拉伸后fld成形極限圖,從fld成形極限圖表明產品四角入口容易起皺且增厚量為41%,sheetmetal stamping simulation,q16 沖孔切邊,sheetmetal stamping simulation,回彈分析結果,q16 bottom_case trim后回彈分析結果,sheetmetal stamping simulation,p86 case仿真成形分析,材料規格 spcc(jis) thickness=1.0mm,材料性能參數 1. 楊氏模量 2.07e+005 mpa 6. 各向異性系數 r0=1.09 2. 泊松比 0.33 7. 各向異性系數 r0=0.79 3. 材料密度 7.85e-009 ton/mm3 8. 各向異性系數 r0=1.29 4.硬化系數 705 mpa 9. 材料厚度 t=1.0mm 5.硬化指數 0.26,sheetmetal stamping simulation,p86 case 成形極限動畫圖,sheetmetal stamping simulation,拉延分析結果,厚度分布云圖表明厚度最小值0.74mm最大值1.29mm,模具設計時應注意最薄處的圓角設計以防拉裂。,sheetmetal stamping simulation,拉延分析結果,最大減薄百分比為26%最大增厚百分比為29%變薄量不到30%應不致于破裂。,sheetmetal stamping simulation,fld成形極限圖表明產品折彎包角處容易起皺為減小起皺加大壓料板的壓邊力減小凹模的摩擦系數改善材料流動方形凸包的兩直角處由于成形圓角較小此處減薄量最大易產生破裂但從cae分析結果來看應還不至于產生破裂。,拉延分析結果,s