翘曲Moldflow有限元分析说明书

5.1 Moldflow基本流程 利用 Moldflow 进行注射分析的基本流程包括三个主要步骤：建立模型 设定参数 分析结果。其中建立模型和设定参数称为前处理，分析结果称为后处理，分述如下。 1 建立模型 包括新建一个工程项目、导入或新建 CAD模型、划分网格、检验及修改网格。导入或新建 CAD模型时，通常还需根据分析的具体要求，将模型进行一定的简化。 在 Moldflow 中，要建立一个分析模型，需要先建立一个工程项目，再新建一个 CAD 模型。或利用通过数据格式导入利用 UG、 Pro/E、 CATIA 等 CAD 软件或 ANSYS、 NASTRAN 等 CAE软件建好的模型。然后对该模型进行网格划分。根据需要设置网格的类型、尺寸等参数，对划分好的网格进行检验，删除面积为零和多余的网格，修正畸变严重的网格。 网格划分和修改完毕，需要设定浇口位置，有时还需创建浇注和冷却系统，并确定主流道和分流道的大小及位置，以及冷却水道的大小和位置。 2 设定参数 包括选择分析类型、成型材料、工艺参数。参数设定中首先要确定分析的类型，根据分析的主要目的选择相应的模块进行分析。然后，在材料库中选择成型的材料，或自行设定材料的各种物理参数。按照注射成型的不同阶段，设 置相应的温度、压力和时间等工艺参数。 3 分析结果 前处理都完成后，就可以进行模拟分析了。根据模型的大小和网格的数量，分析的时间长短不一。在分析结束后，可以看到产品成型过程中填充过程、温度场、压力场的变化和分布，以及产品成型后的形状等信息。利用 Moldflow 进行注射分析的基本流程 如下： 创建一个工程项目 导入或新建 CAD模型 划分网格 检查及修改网格 选择分析类型 选择成型材料 确定工艺参数 选择浇口位置 创建浇注系统和冷却系统 分析 查看分析结果 制作报告 5.2模型的前处理 前处理被认为是有限元分析中最重 要的一部分，其中网格生成是前处理中很重要的一部分，也是整个分析过程中最耗时和最复杂的一项工作。同时网格的划分的好坏将直接影响计算的精度和计算的速度。除此之外，在前处理中还要完成边界条件的约束和模型的简化，能否得到与模型相近似的简化结果也将直接影响 到模型的运算精度和速率。 5.2.1模型的创建及模型的导入 在 MPI 的分析中，首先需要创建一个项目，用于包含整个分析工程，可以通过【文件】 【新建工程】命令，系统弹出【创建新工程】对话框，在【工程名称】文本框中输入 “ 项目名称 ”。 MPI支持多种格式文件导入，常用的导 入格式有 stl、 igs、 step、 asm、 prt、udm、 sdy等。本例采用的是 stl格式的文件。 stl格式文件是一个表面面片模型，它会将曲线打断成很多段直线来表现。 风扇底座 的实体模型是在 UG 建立起来的 prt模型。首先我们将 风扇底座 的 prt文件转换成 stl文件，通过【文件】 【输入】命令将转换的 stl文件导入到 MPI中，这里将预先选择网格划分类型（ Fusion）和产品设计尺寸单位（ Milimeters）。 5.2.2产品修复 本课题采用 UG 建模，但是由于各种不同软件的处理精度的差异在将模型导入到 MPI 之前对 网格进行修复简化，首先导出 *.x t 格式的文件并导入到CADdoctor进行处理简化模型结构。 CADdoctor窗口如图 5.1所示。 图 5.1 CADdoctor 操作界面图形 1 错误诊断 点【 Check】 【 Excute】或 status 面板上的图标，执行错误诊断，左边的 status面板上显示错误结果如图 5.2所示： 图 5.2 错误诊断结果 图 5.3 错误修复结果 查看 translation缺陷结果，然后 通过【 Heal】按钮对模型进行自动修复，修复结果如图 5.3所示 。 2 模型简化及修复 模型简化需要先将工作状态由【 Translation】切换到【 Simplification】下，单击【 Check】按钮检查模型，结果如图 5.4： 图 5.4 简化模型检测结果 首先去 R 角， 在【 Status】面板中点【 Fillet】，按右键修改【 Fillet】最大值为 1.0，点击，查找 1.0以内的 R角，结果如图 5.4，共有 8个半径小于等于 1的倒圆角。 图 5.4 倒角错误检查结果 图 5.5 清除 R角后的结果 将结果内容详细展开，按【 Next】一一进行确认 ，确认无误后，利用命令【 Remove all】一次性将 R角全部去除。清除结果如图 5.5所示。 之后一一将 Boss、倒角、字符及 Rib。 至此，所有小特征均去除，将工作状态由【 Simplification】切换到【 Translation】下。由于在简化过程中，去除特征后，重新生成面时，模型可能出现几何拓扑错误，故需要再次对模型进行诊断及修复，直到所有错误全部为零。 3 模型输出 点【 File】 【 Export】，出现【 Export】对话框，在【 File Name】中键入文件名，点【保存】。 5.2.3 MPI的 前处理 1 导入 udm模型并划分网格 在用 MPI软件进行分析时，首先应新建一个工程项目（本设计所用 MPI软件的版本为 2010）。接着将几何模型导入 MPI，导入 MPI的方式有很多，将修复好的 udm 模型在新建好的工程项目设定工作目录之后，对其进行网格划分。这里选择的网格类型为 Fusion，单位为 mm。网格划分结果如图 5.6所示。 图 5.6 产品的 Fusion 网格模型 2 模型网格修改 对于 Fusion模型，网格信息必须满足以下一些原则： a. Connectivity regions（联通域）的个数应该为 1； b. Free edges（自由边）和 Non-manifold edges（非交叠边）个数应该为 0； c. Elements not oriented（未定向单元）应该为 0； d. Elements intersection（交叉单元）个数应该为 0； e. Full overlapping elements（完全重叠单元）个数应该为 0； f. Aspect ratio（单元纵横比）一般取到 10以下，但是对于零件尺寸比较大的，结构较为复杂的最大纵横比也可以取到 20以下； g. Match ratio（网格匹配率）由于要进行翘曲分析所以应大于 80%； h. Zero area triangle elements（零面积单元）个数应该为 0。 选择网格统计命令，网格统计的结果就会以窗口的形式弹出。如图 4.1所示，为网格修复完后的网格状态统计。由于手提式电器外壳产品模型较为复杂，网格划分后很多的自由边和较高的纵横比及较低的匹配率等缺陷，网格修复工作很繁琐，应用到很多的技巧和工具，具体的修复过程就不体现了。 如图 5.8所示，为经过修复后的网格已符合分析网格的要求。假如网格质量不符合要求，在分析的过程中会发出警告或导致分析中断，甚至不能进行分析。 图 5.7是网格最终划分之后 的网格信息： 图 5.7 网格特性 由上 图 可见模型符合分析的基本要求。 5.2.4塑件材料的选取 MPI软件中包含着很多的材数据库，包括世界上大部分的著名塑料厂商，及其牌号供我们自行选择。本设计采用的材料为 ABS 塑料，选择方法为双击材料选择，在出现的对话框中找到搜索，输入 ABS，找到我们需要的牌号。本设计采用的材料是材料为 CMOLD Generic Estimates公司的 ABS塑料 ，材料属性如下图 5.8所示： 图 5.8 ABS 材料属性 5.2.5工艺参数的设定 产品成型过程将采用推荐的工艺参数如图 5.9所示，在软件中给出了各种不同的材料成型的工艺范围。因此在分析产品的成型工艺过程中节省了很多设置工艺参数的时间。同时在软件内部提供了材料的流动特性参数的相关曲线，为优化不同温度下的成型工艺提供了参考。 图 5.9 材料成型推荐的工艺参数信息 1 冷却设置 模具表面温度，采用默认值 50，熔体温度，是指进料口处的熔体温度，采用默认值 230，注射 +保压 +冷却时间，采用的是自动控制。如图 5.10所示： 图 5.10 冷却设置 2 充填、保压设置 充填设置采用自动，速度压力切换为由注射压力于 120Mpa，保压控制采 用默认。如图 5.11所示： 图 5.11 充填、保压设置 3 翘曲部分设置 翘曲部分设置只要选择分离翘曲原因即可，如图 5.12所示： 图 5.12 翘曲设置 5.2.6创建 浇 注系统 浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔深处，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制品。 MPI 中创建浇注系统，可以采用菜单中 Molding（建模） Runner System Wizard（浇注系统导向）工具，对形状尺寸比较简单的浇注系统进行创建。也可利用系统的直线、曲线创建功能，对创建出的浇注系统的中心线付与浇注系统的属 性，再对其网格划分。对于形状复杂的浇注系统，可先在 CAD 系统中创建，然后再导入到 MPI中。其步骤如下： 1 首先在 UG中建立浇注系统三维模型，如图 5.13所示。 图 5.13 浇注系统的 UG 模型 2 将浇注系统 UG的 .prt格式文件转化为 .igs格式的文件。 3 在 MPI 中，选择 FileAdd 命令将浇注系统的 .igs 格式文件导入到 MPI中。 4 对浇注系统进行表面网格划分。 5 简化 CAD流道，选择 MoldingSimplify model 命令，将表面网格转换为一维单元，因为浇注系统的网格为一维的杆单元，并检查流道直径。 图 5.15为从 UG中导入到 MPI的浇注系统的网格划分结果。 图 5.14 流道网格划分 6 检查流道和产品的连通性。选择 MeshMesh DiagnosticsConnectivity Diagnostic命令来诊断浇注系统和产品是否连通，防止出现不连通的情况，从而导致分析计算的失败。 如图 5.15显示流道与产品是联通的，不存在断开情况。 5.3 MPI结果分析及相关后处理 双击方案任务视窗中的【立即分析】图标，求解器开始计算， 分析计算结束后， MPI 会生成大量的文字、图形和动画结果，并且分类显示在任务栏 Study Tasks 窗口中。理解分析结果，并通过对分析结果的判断来决定解决问题的方法是非常重要的。 填充分析过程信息包含工艺参数信息，如图 5.16所示。 图 5.15 连通性检查 图 5.16 填充分析过程信息 保压过程分析信息如图 5.17所示，保压压力为 44.96Mpa。 5.3.1流动分析结果 1 充填时间 填充时间显示了料流前锋的填充过程，它可以显示任一时刻流动前锋的位置。当填充平衡时，产品末端的填充时刻应该是一致的。如图 5.18 所示，为熔体充满型腔时的结果显示，充满型腔所用的时间为 2.232s，料流到 达距浇口最远处的地方时间相等。 图 5.17 保压分析过程 图 5.18 填充时间结果显示 2 速度 /压力切换 如图 5.19所示，风扇底座模型“速度 /压力切换”的压力为 56.20Mpa。 3 气穴 位置 气穴是在成型制品内部所形成的空隙。通过模流分析可显示出气穴的分布情况，如 图 5.20 所示，气穴主要分布在厚壁、凸台等壁厚不均匀处的地方。模具设计时， 除了 可以通过在成型凸台的小型芯上开排气槽来 排出气体，还可以利用型芯间隙来排出 。 图 5.19 速度 /压力切换 图 5.20 气穴结果显示 4 熔接痕 (weld lines) 熔接痕属于产品表观质量缺陷，它发生在两个两个料流前锋相遇的地方，或者是料锋分开又汇合的地方。熔接痕对网格密度很敏感，有时会出现在实际并不存在的地方，有时实际存在，而又显示没有。熔接痕应该和填充时间一起使用来确定熔接痕是否存在。如图 5.21 所示，为熔接痕的分析结果显示。从图中可以看出熔接痕主要产生在料流的交汇和有孔的地方，对产品的表面质量影响不大。熔接痕消除不了，这里可以通过适当提高料筒和喷嘴的温度、加大浇口截面积，改变浇口位置等来改善熔接痕，提高产品的强度。 图 5.21 熔接痕结果显示 5.3.2翘曲分析 总体翘曲变形：风扇底座模型的变形量如图 5.22所示。 图 5.22 总翘曲变形量 总变形量为 0.8006mm， x方向总变形量为 0.5419mm， y方向上总变形量为0.5450mm， z方向上总变形量为 0.3503mm。 5.3.3生成分析报告 选择【报告】 【报告生成向导】命令，系统弹出【报告生成向导】对话框的第 1页，如图 5.23所示。 图 5.24 报告生成向导对话框第 1 页 在【可用方案】中选择“ chpin_方案”，单击【添加】按钮，系统将选择的结果添加到所选方案列表框中。单击 【下一步】按钮，进入【报告生