打印机上盖模具设计与分析.doc

分类号 密级 UDC 毕 业 设 计打印机上盖模具设计与分析CAE分析前处理 学生姓名 王康平 学号 200704205348 指导教师 狄金叶 系、中心 机电工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 年级 2007级 论文答辩日期 2011 年 5 月 28 日 中 国 海 洋 大 学 青 岛 学 院打印机上盖模具设计与分析CAE分析前处理 完成日期： 指导教师签字： 答辩小组成员签字： 打印机上盖模具设计与分析-CAE分析前处理摘 要Moldflow软件在塑料制件设计、模具设计和注塑生产中的应用越来越广泛。作为一款模流分析软件，CAE分析前处理对CAE分析的可行性和精确度有着决定性的影响。此次课题将对设计出的打印机上盖模型进行CAE分析前处理，阐述了CAE技术的发展史，探讨了注塑模CAE技术的发展趋势，并且详细的介绍了CAE分析的前处理。在CAE分析中，分析网格质量的优劣将严重影响CAE分析结果的可信度，因此高效的网格生成对于CAE分析精度而言，即为重要。本课题将采用CAD Doctor这一款专业的模型修复以及简化软件对三维模型进行修复，然后使用Moldflow这一软件进行网格划分并修改网格。选择了材料，设置了成型工艺参数。在设计过程中，以通俗易懂的文字，加上图形表达，系统的阐述了CAE分析前处理的过程，以及前处理的重要性，容易让人理解和接受。关键词：CAE分析；前处理；网格划分；CAD Doctor；MoldflowPrinter cover mold design and analysis of pre-CAE analysisAbstract Moldflow software is widely used in plastic parts design, mold design and molding production. As one kind mold flow analysis software, CAE analysis pretreatment has a decisive impact on the feasibility and accuracy of CAE analysis . Pretreatment of CAE analysis to Printer cover mode is done , the development of CAE is articulated，the trend of the development which the Injection mold CAE technologicals is explored，and a detailed introduction to the pretreatment of the CAE analysis，In the explorement of analysis CAE，With the quality of the analysis will be seriously affected the credibility of the analysis of results CAE，so devoted to analysis of the generator, CAE, the important issue. CAD Doctor this model of a restoration professional will be adopted this subject ,and be used of this software Moldflow mesh,and be checked the quality of mesh.The choice of materials is also described and molding parameter settings and process.In the design process,a user-friendly text,with graphical representation,CAE analysis system, described the process of pre-treatment,and the importance of pre-treatment,easy to be understanded and accepted.Keyword: CAE analysis; Pre-treatment; Mesh; CAD Doctor; Moldflow目 录1 概论1.1 模具的发展与现状11.2 CAE技术介绍11.3 CAE发展现状21.4模具CAE技术发展趋势31.5课题的主要特点以及意义42 模型简化与修复2.1模型简化概述52.2 模型导入52.3 模型诊断与修复62.4 模型简化102.5 模型导出123 划分并修改网格3.1 Moldflow介绍133.2划分网格并修改网格163.3材料的选择及其特性293.4 设置注塑成型工艺参数304 总结32参考文献33致 谢34打印机上盖模具设计与分析CAE分析前处理1 概论1.1 模具的发展与现状模具是工业之母，模具技术已经成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具技术能促工业产品的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益，模具是“效益放大器”，用模具生产的产品的价值往往是模具价值的几十倍、上百倍。模具工业在我国已经成为国民经济发展的重要基础工业之一。国民经济支柱产业，如机械、电子、汽车、石油化工和建筑，都要求模具工业的发展与之相适应，都需要大量模具，特别是汽车、电机、电器、家电和通信等产品中60%-80%的零部件都需要依靠模具成型。我国石化工业一年生产300多万吨聚乙烯，聚丙烯和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成型，做成制品，才能用于生产和生活的消费。生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具。生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑料模具成形1。 然而模具工业发展的关键是模具的技术，模具技术又涉及到多学科的交叉。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。 模具工业在经济繁荣和经济萧条时代都不可或缺。经济发展较快时，产品畅销，自然要求模具能跟上，而经济发展滞缓期，产品不畅销，企业必然想法设法开发新产品，这同样会给模具带来强劲需求。因此，国内外行家都称现代模具工业是不衰的工业2。目前，世界模具时常仍供不应求。近几年，世界模具市场总量一直为600-650亿美元左右，其中美国、日本、法国、瑞士等国一年出口模具约占本国模具总产量的1/3。可见研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，模具在日本被誉为“进入富裕社会的原动力”，在德国则冠之为“金属加工业中的帝王”，在罗马尼亚视为“磁力工业”。可以断言，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济发展中将发挥越来越重要的作用3。1.2 CAE技术介绍随着科技的发展进步，产品在趋于多样化、智能化的同时，会不可避免的趋于复杂化。对于复杂的工程，人们都希望能在产品生产以前对设计方案进行精确的试验、分析和论证，这些工作需要借助计算机实现，就是计算机辅助工程，即CAE（Computer Aided Engineering）。CAE是包括产品设计、工程分析、数据管理、试验、仿真和制造的一个综合过程，关键是在三维实体建模的基础上，从产品的设计阶段开始，按实际条件进行仿真和结构分析，按性能要求进行设计和综合评价，以便从多个方案中选择最佳方案，或者直接进行设计优化。CAE系统的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。其基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量（应力、位移、压力和温度等）问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时得到的基本方程是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组。求解后得到近似的数值解，其近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数4。根据经验，CAE各阶段所用的时间为：40%45%用于模型的建立和数据输入，50%55%用于分析结果的判读和评定，而真正的分析计算时间只占5%左右。针对这种情况，采用CAD技术来建立CAE的几何模型和物理模型，完成分析数据的输入，通常称此过程为CAE的前处理。同样，CAE的结果也需要用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应力、温度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。我们称这一过程为CAE的后处理。针对不同的应用也可用CAE仿真模拟零件、部件、装置（整机）乃至生产线、工厂的运动和运行状态。 计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技术的提出就是要把工程（生产）的各个环节有机地组织起来，其关键就是将有关的信息集成，使其产生并存在于工程（产品）的整个生命周期。因此，CAE系统是一个包括了相关人员、技术、经营管理及信息流和物流的有机集成且优化运行的复杂的系统。1.3 CAE发展现状国际上早20世纪在50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。其中最为著名的是由美国国家宇航局（NASA）在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。此后有德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS、美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE等公司的产品。 1979年美国的SAP5线性结构静、动力分析程序向国内引进移植成功，掀起了应用通用有限元程序来分析计算工程问题的高潮。在国内开发比较成功并拥有较多用户（100家以上）的有限元分析系统有大连理工大学工程力学系的FIFEX95、北京大学力学与科学工程系的SAP84、中国农机科学研究院的MAS5.0和杭州自动化技术研究院的MFEP4.0等5。 衡量CAE技术水平的重要标志之一是分析软件的开发和应用。目前，ABAQUS、ANSYS、NASTRAN等大型通用有限元分析软件已经引进我国，在汽车、航空、机械、材料等许多行业得到了应用。我国的计算机分析软件开发是一个薄弱环节，严重地制约了CAE技术的发展。仅以有限元计算分析软件为例，目前的世界年市场份额达5亿美元，并且以每年15%的速度递增。相比之下，我国自己的CAE软件工业还非常弱小，仅占有很少量的市场份额。1.4模具CAE技术发展趋势 随着科学技术的迅速发展，互联网技术的普及和全球信息化，塑料模具CAE技术的功能进一步扩充，性能也进一步提高，呈现出如下的发展趋势。（1）数学模型、数值算法逐步完善，理论向纵深方向发展塑料模具CAE技术的实用性取决于数学模型的准确及数值算法的精确。随着相关领域的技术进步，数学模型对成型过程的描述更精确、真实。如聚合物在三维复杂区域中的流动、传热过程的数值分析，以及入口收敛效应使模头内三维流动和和出模胀大, 使所用的本构关系更加复杂, 考虑了粘弹性及非等温性, 数值算法也由二维、二维半走向真三维, 计算结果更为精确。（2）人工智能、知识工程的运用, 使用户界面更加友好由于计算机技术及多媒体技术的发展, 用户界面具有更强的直观、直感和直觉性, 用户能以较少的工程知识背景, 利用“ 向导”或语音等信息提示, 实现简单的“ 傻瓜”操作。计算机图形处理能力的大幅度提高, 以及三维图形算法、图形运算和参数化建模方法的发展,CAE软件的前后处理技术将会有新的发展。如复杂三维实体建模及相应的自适应网格划分、分析结果的实时显示、成型过程的动态仿真等。塑料模具CAE技术涉及大量的设计方案、标准构件、行业性的标准、规范, 以及大量的专业知识, 利用模糊算法、人工智能及知识工程可自动选择合理的方案, 判断计算结果的合理性,减少用户对计算程序的干涉。（3）优化理论及算法, 使CAE技术“ 主动”地优化设计现有的技术是建立在科学计算的基础上的, 但仅仅是校验设计方案的合理性,“优化”仅是反复的校验、试凑,最终的设计方案仍需设计者的经验和技巧, 通过对多个方案的反复计算、比较、分析和判断来确定, 使设计和分析过程仍带有盲目性和随机性。利用现有的模拟结果, 借助于优化理论构造有效的反问题算法, 给出明确的改进方向和尺度, 对优化模具设计参数和成型工艺参数十分重要。这样，可从根本上解决依赖经验和技巧的方法和手段。（4）CAE技术的集成与网络化发展随着互联网技术的普及, 宽带通讯技术的突破, 以及通讯、广播和计算机三网融合步伐的加快, 计算机及网络正从社会的各个方面改变着人类的学习、生活。现代设计理论的应用, 如并行工程等, 用户将需要无缝连接的集成化的软件, 具有专业特色的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP产品将应运而生, 逐步完成模具及成型加工全过程的模拟及控制, 形成“过程工程与技术”的关键技术。该计算基于网络环境, 实时设计与制造系统的全过程结合,建立整个制造过程的研究、开发、规划、设计、实施与控制、管理的新体系。为适应电子商务的发展要求, 塑料模具技术, 将立足于全社会的公开网络环境, 实现异地的“协同设计”及“虚拟制造”,建立专业化的虚拟网络服务环境, 并开发相关产品，实施网上经销、培训与服务6。1.5课题的主要特点以及意义本课题的主要特点就是使用CAD Doctor 这一软件对已经完成的三维模型进行模型的修复和简化，然后使用Moldflow这一软件进行分析前处理：划分网格并且修改网格。使用CAD Doctor软件可以提高下一步划分网格的质量与分析运算效率。而Moldflow是塑料注塑成型模拟分析的主导软件，它的前处理包括网格划分和注塑成型参数设定，要获得准确的分析结果，模型的前处理起着决定性的作用。好的前处理预示着好的模流分析结果；而网格的划分又是其中极为关键的一步，网格质量的好坏直接影响到分析结果的优劣。2 模型简化与修复2.1模型简化概述用Moldlflow开始分析之前得做一系列准备工作。包括导入Moldlflow之前的格式转换、几何简化，划分网格、修改网格、材料的选择和注塑工艺参数的选择等。前处理的好坏直接影响后面的分析精确度。由于各种主流3D软件之间的内核不同及精度之间差异，使得他们的模型输出后在Moldflow中进行网格划分时不可避免出现自由边或网格重叠相交等错误，给分析前处理带来巨大的工作量。另外，塑料产品设计时，出于工艺性要求或者安全规范要求，在产品尖锐处及外表面的棱边通常做倒圆角处理，倒圆角的存在对于实际注塑成型有利，但对Moldflow的网格划分却是不利，尤其是对于 fusion网格，会严重降低网格匹配率及增加网格数量。此外，将零件一些不重要的小特征去掉对于分析结果来说微乎其微，但却极大地提高了网格质量与分析运算效率。因此，在进行网格划分前对模型的修复与简化是必要的，然而对大多数Moldflow工程师来说又是很困难的，因为作为分析用的模型往往是非参的，即使参数化，也由于设计者思维方式的不同，建模顺序的差异，使得Moldflow工程师处理起来困难重重7。为了帮助工程师们快速高效地处理几何模型，Moldflow公司推出了CAD Doctor这一强有力的工具。CAD Doctor可快速高效地处理几何模型，是由Elysium 国际公司开发的针对CAD-CAD，CAD-CAE，CAD-CAM等流程开发的集数据转换、检查、修复和简化等功能于一身的工程软件。CAD Doctor提供了强大的几何简化功能，如去倒角、肋、小凸台和字符等小特征特别是针对不带设计参数的中间格式的倒角也能快速准确的去除。 2.2 模型导入点file-import,或import from MDL,而这区别在于import只能输入iges和catia V4格式, import from MDL几乎支持所有的3D格式，而且import from MDL产生的自由边明显少的多，故推荐用import from MDL，模型导入过程如下图2-1所示。 图2-1模型导入2.3 模型诊断与修复（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下，同时将模型着色显示后看到模型破损，曲面丢失，如图2-2所示。 图2-2错误诊断（2）自动缝合自由边点modify-aut-auto stitstch或status面板上的面板，执行自由边自动缝合，随后出现公差设定对话框如下图2-3所示。 图2-3公差设定点try，尝试将间隙小于0.01的自由边自动缝合，缝合结果如下图2-4所示。 图2-4缝合结果如果接受，点fix进行修复，不接受，则在公差栏里输入另外的公差值点retry，重复这一步直到接受为止。从图中可看到原来丢失的曲面face修复时自动重建，大部分已经修复，重复这一步将公差改为0.025，缝合结果自由边数减少到14，如图2-5所示。 图2-5自由边数减少同时，其它错误也相应减少，如下图2-6所示。 图2-6错误减少（3）自动修复及内核转换点modify-auto-auto-Heal或status面板上图标，执行自由修复，同时进行数据内核转换，修复结果如下2-7所示。 图2-7自动修复结果大部分错误已经修复，剩下自由边14，可用手动方法进行修复。（4）手动修复在status面板上点中free edge项后图标，展开自由边的详细内容如下图2-8所示。 图2-8 自由边点，逐个查看自由边的具体位置，一一进行修复，步骤如下：Error（1） 点，以自动填充方式进行修补，提示确认对话框如下图2-9所示。 图2-9自动填充同时自由边边界呈淡蓝色显示，表明将用这个边界创建面，点yes完成，可以看到图中缺损的面重建，并且自由边减少2个。Error（2）如图2-10为R角变形导致的自由边，自动填充较难修复，即使修复也难还原为原来形状，只能利用建模工具手工重建。用creat-curve-fillet命令在这两条边之间 图2-10 R角变形导致的自由边做一条R0.4的曲线，然后用modify-repair soild-trim face命令将面多余部分裁减掉，选择正确的边界线，点yes完成，如图2-11所示。图 图2-11 修补过程删除变形的R角面，用creat-face-ruled face创建新面，再用modify-repair soild-stitch将相邻的两条边界缝合即可，如图2-12。同理修复其它错误，然后就下一步，对模型进行简化。图2-12 删除变形的R角面过程2.4模型简化模型简化在Simplification工作状态下，详细步骤如下所示。（1） 去R角在sttus面板中点fillt,按右键修改fillet最大值为1.0，点击，查找1.0以内的R角，结果如下图2-13所示。 图2-13 R角面点中将结果内容详细展开，按一一确认，确认无误后，利用命令一次性将R角全部去除，如图2-14所示。图2-14消除R角后通过图2-14所示，可以看到所有粉红色的R角面已经全部移除。（2）去掉boss对于较大产品来说长而深的boss对冷却分析有影响，可能导致分析无法收敛，在不影响分析目标的情况下可以将其去除。在status面板中点boss/rib,点击， 发现没有boss，如图2-15所示。图2-15 检查结果（3）去倒角去倒角的方法同去R角相似，在status面板中点chamfer,按右键修改chamfer最大值为1.0，点击，查1.0以内的R角，结果显示如下，利用命令一次删除全部倒角，如图2-16所示。 图2-16删除倒角（4）去字符及rib字符等小特征主要指一些装饰说明的凹或者凸文字，如logo或材料标识等，凸字符是作为boss/rib去除方法完全一致。本模型没有凸字符，所以不用去除。至此，所有小特征均去除， 将工作状态由simplification切换到translation下。再次对模型进行诊断及修复，直到所有错误全部为零，如图2-17所示。至此，模型错误已经全部修复，输出UDM文件到Moldflow里进行网格划分及分析。 图2-17模型修复完毕2.5 模型导出点file-export,出现export对话框，在file name里键入文件名，点Options进行设定，如图2-1所示。图2-18模型输出在几何形式里选择Export NURBS geometry（输出NURBS曲面），点确定返回，点保存，完成文件输出。CAD doctor修复并且简化模型完成。3划分并修改网格3.1 Moldflow介绍3.1.1 Moldflow软件及其功能MoldFlow公司总部位于美国，是一家专业从事塑料成型计算机辅助工程分析（CAE）的软件开发和咨询公司，是塑料CAE分析软件的创造者，自1976年发行世界上第一套精确度以及与主流计算机辅助设计（CAD）软件的互操作性等方面均实现了进一步提升，所以分析结果更精确。本课题模拟就用现在最新的版本Autodesk Moldflow 2010。MoldFlow软件包括三部分：MoldFlowPlasticsAdvisers（产品优化顾问，简称MPA）：普及型CAE模流分析,不需转换 、不需网格 、不需中央平面、 不需额外整理模型的普及型CAE模流分析软件。它包括MoldFlowPartAdviser（产品设计顾问）和MoldFlowMoldAdviser（模具设计顾问）。PartAdviser适用于制件设计者，塑料产品设计师通过MPA软件模拟分析，并指出在很短的时间内，就可以得到优化的产品设计方案，并确认产品表面质量。MoldFlowPlasticsInsight（注塑成型模拟分析，简称MPI）：是专业型 CAE分析软件，是对塑料产品和模具进行深入分析的软件包。也是一般情况下最常用的软件。MPI能够模拟最广泛的热塑性塑料和热固性塑料注射成型中的制造工艺，具体地说就是MPI可以模拟热塑性塑料注射成型过程中的充填、保压以及冷却阶段，还能预测出制品成型后的缺陷，如制品翘曲、缩痕等，使模具设计师在设计阶段就可找出未来产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率。MoldFlowPlasticsXpert（注塑成型过程控制专家，简称MPX）：集软硬件为一体的注塑成型品质控制专家，可以直接与注塑机控制器相连，可进行工艺优化和质量监控，自动优化注塑周期、降低废品率及监控整个生产过程。最新版本Autodesk Moldflow2010软件通过在三维环境中精确地对塑料产品的注塑成型过程、塑料熔体的流动形态进行仿真分析，帮助设计师和工程师优化、验证塑料产品及相关模具的设计方案和制造工艺。其中，Autodesk Moldflow Adviser简化了塑料注塑成型的仿真分析功能，帮助设计者对其早期设计进行快速分析和验证，以避免出现制造延误或代价高昂的模具返工。而Autodesk Moldflow Insight 凭借全球最大的塑料材料数据库，可对业内最先进的成型工艺进行有效的深度仿真。目前，Autodesk Moldflow已经成为全球塑料行业公认的仿真分析标准，广泛应用于消费品、汽车内饰和高端建筑产品的设计与制造过程中，是计算机辅助工程（CAE）领域首屈一指的软件产品8。MoldFlow软件在注塑模设计中的作用主要体现在以下几个方面：1、优化制件结构设计以往产品工程设计师设计塑件都靠经验，难免产品结构设计不合理，需要返工，既费时又费力。现在设计完以后，可以先利用moldlfow模拟塑件的注塑成型过程，根据缺陷找出结构设计不合理的地方。比如壁厚太薄的地方容易填充不到，就可以加厚点；塑件结构创新，是否能实现；浇口位置是否合适等。运用MoldFlow分析软件就可以使产品设计师大大缩短产品的结构优化时间，缩短成型周期，有效提高制件的成型质量。塑件的壁厚 、浇口数量及位置等对于塑料制品的成败和质量关系重大。以往全凭产品工程设计师的经验来设计，往往费力、费时，而设计出的制品也不尽合理。利用moldlfow模拟塑件的注塑成型过程，根据缺陷找出结构设计不合理的地方，可以快速地设计出最优的塑料制品9。2、优化模具结构：由于塑料品种的多样性、复杂性和设计人员经验的局限性，传统的模具设计往往要经过反复试模、修模才能成功。利用moldflow可以模拟塑件的注塑成型过程，三维动画形象地展示填充过程，可以通过最佳浇口位置分析确定浇口的数量和位置，通过流动填充分析优化浇注系统，通过冷却分析优化冷却水管的布置和尺寸，在计算机上进行试模、修模，大大提高模具质量，减少试模次数。3、优化注塑工艺参数：由于经验的局限性，工程技术人员很难精确地设置制品最合理的加工参数，选择合适的塑料材料和确定最优的工艺方案。Moldflow 软件可以帮助工程技术人员确定最佳的注射压力、锁模力、模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力和保压时间、冷却时间等，以注塑出最佳的塑料制品来。3.1.2 Moldflow模拟注塑分析流程Moldflow分析的基本流程为：前置处理、计算机模拟和后置处理。1.前置处理用moldflow开始分析之前做得一系列准备工作。包括塑件CAD模型的创建、格式转换、导入moldflow之前的几何简化，划分网格、修改网格，材料的选择和注塑工艺参数的选择等。前置处理的好坏直接影响后面的分析精确度。1）几何模型的创建。有两种创建方式：一种在专业的三维建模CAD软件中创建。另一种在mold1flow的自身的造型模块中创建。目前最广泛使用的是在CAD中创建。本文就是在CAD软件ugNX6.0建立塑件的几何模型，导出.iges或.stl格式.2） 有限元网格的划分及修改。注塑成型仿真及分析软件Moldflow，其基本思想也是采用工程领域最为常用的有限元方法。即利用假象的线或面，将连续介质的内部和边界分割成有限大小的、有限数目的、离散的单元进行研究。这样，就把原来一个连续的整体就简化成有限个单元的体系，从而得到真实结构的近似模型，数值计算就是在离散化化的模型上进行的。直观上物体被划分成网格状，在Moldflow将这些离散的单元称为网格（mesh）11。网格划分的质量对于分析精度及分析结果有关键性的影响，为了提高有限元分析的准确性，需对所有的网格进行优化，以保证没有网格缺陷。所有的相交，重叠，自由边和交叉边以及取向问题都必须被修复，纵横比要小于6，如果不是很重要的区域有几个分散的单元纵横比稍微偏高的话对于流动分析还是可以接受的。对于流动分析，网格匹配率应该在85%以上，对于翘曲分析，必须在90%以上，这样分析出来的结果才能够接受。当然百分比越高，结果越准确。可是匹配率越高，网格越密，分析耗时越长。3）材料的选择。塑料材料性能的复杂性决定了注射成型过程的复杂性。而塑料材料的性能又因品种不同、牌号不同、生产厂家不同、甚至批次不同而差异较大。不同的性能参数可能导致完全不同的成型结果。其中，材料的流变参数主要是确定聚合物的粘度与熔体压力、温度、剪切速率之间的定量关系，粘度表征了塑料熔体基本的流动性能，是注射成型模拟中一个非常重要的参量。材料流变数据准确与否是影响CAE分析精度的重要因素，材料流变数据库的覆盖范围直接关系到CAE软件的实用性。4）注塑工艺参数的选择。一旦选择材料，在材料的属性Moldflow会推荐最佳的工艺参数组合，如果不设置，moldflow就采用默认的推荐的工艺参数，一般第一次分析都按默认的。2.设置分析类型、进行分析计算根据注塑件要达到的目标，设置相应的分析类型，Autodesk Moldflow2010软件除了提供Moldflow6.1所提供的分析类型，还提供了充填+冷却+充填+保压，充填+冷却+充填+保压+翘曲，充填+保压+翘曲，充填+保压+冷却+充填+保压，充填+保压+冷却+充填+保压+翘曲等分析类型。分析时间的长短与模型的复杂程度、网格密度和计算机的配置有关。3.后置处理Moldflow将注塑件的模拟分析结果在屏幕上用三维动画形象地展示出来，方便给客户演示注塑件的模拟注塑的动态过程。同时在日志里生成详细的结果，比如分析的时间，注塑的工艺参数，填充的详细每一时刻，最大压力时刻，推荐的螺杆速度曲线等，方便设计者的优化。3.2划分网格并修改网格3.2.1划分网格 Moldflow中的MPI使用的网格有三种类型：（1）表面网格（Fusion）使用的是双面流技术。将制品在厚度方向上分成两部分，有限元网格在制品的表面产生，而不是在中面。在流动过程中上下两表面的塑料熔体同时并H协调的流动。其实质上是二维有限元（流动方向）与一维有限差分（厚度方向）的耦合算法。将沿中面流动的单股熔体演变为沿上下表面协调流动的双股流。该格式记录的是三维实体表面在经过离散后所生成的三节点的三角形网格单元。表面网格（Fusion）是Moldflow的独家专利的Dual Domain（双层面）分析技术，直接从CAD软件中提取实体表面产生网格。Fusion网格大大降低前期网格处理时间，能对产品进行流动、冷却、翘曲等分析。它以最快的网格处理及最佳的网格质量和准确的分析结果称为应用最广泛的薄壁件分析的网格形式12。（2）3D网格适用于模拟粗厚件产品的塑料流动分析。采用三维有限差分方法。在实体流技术中，熔体在厚度方向的速度分量不再被忽略，熔体的压力随厚度方向变化。其具体的方法是利用封闭表面已生成的三节点的三角形网格单元的基础上再生成四节点四面体单元网格。且其算法比较特殊，与其他软件的兼容性差，一般不能从其他软件中直接读入三维网格模型。由于3D网格是在Fusion基础上生成，所以网格数量大大增加，运算速度受到限制，囚此在Moldflow中如壁厚相对小的情况下，而生成的3D单元在15万以上，一般还是选取二维三节点Fusion单元来进行分析。三维实体流动分析使用独一无二仿真求解三维技术，应用四面体有限元素网格，来模拟塑料三维方向充填流动情况，至整个模穴填满为止13。（3）中面网格（Midplane）适用于分析肉厚较均匀之薄壳类注塑件。它提供取实体壁厚的中间面作为网格外形，并赋予它厚度，使用较少的网格数目快速分析得到最精确的分析结果。打印机上盖属薄壳类，壁厚不均，因此本文采用表面网格（Fusion）类型。将CADdoctor输出的打印机上盖.udm格式的文件导入到MoldFlow2010。采用Fusion划分网格。划分网格流程如下： 1.导入模型将之前使用CAD Doctor修复并且简化过的模型导入Moldflow，如图3-1所示。 图3-1导入模型选择网格类型中性面， 点击确定，如图3-2所示。 图3-2选择网络类型导入模型，如下图3-3所示。图3-3导入之后的模型2划分网格 选取菜单栏中生成网格按钮，弹出网格生成对话框，如下图3-4所示。 图3-4网格弹出框 点击Generate mesh，产生网格如图3-5所示。 图3-5划分好的网格3.网格状态统计 选择菜单Mesh-Mesh Statistics，划分好网格统计情况如下图3-6所示。从图3-6可以看出：三角形单元个数、节点个数、一维单元个数、连通域个数、网格体积、网格面积、单元定向信息、单元交叉信息，以及三角形单元纵横比信息、单元匹配率等信息。 当网格密度确定后，须对网格模型进行清理。通常如果网格模型不是由别的系统转入的都需要进行清理，通过网格质量统计我们清楚的检查到了网格的总体质量，还有一 图3-6网格统计系列的诊断显示来 表示网格的问题。在网格工具中包含了20个专门用来进行网格修补的工具。一些可以进行自动修复如Auto repair和Fix Aspect Ratio，但大部分工具是用来手工修复特定的网格问题的。而且网格划分质量对于分析精度及分析结果有关键性的影响。所以一个好的表面网格（Fusion）有严格的要求：1）所有的相交，重叠，自由边和交叉边都为0； 2）取向一致，即显示为1；3）纵横比最好小于6。4）网格匹配率应该在85%以上，对于翘曲分析，最好在90%以上。百分比越高，结果越准确，可是网格匹配率越高，网格越密，分析耗时越长14。从网格统计上可以看出，网格的密度需要优化，在网格模型中可能大部分区域的网格密度分布是合理的，但对于模型的一些细微结构区域网格很混乱，这些区域的网格密度也需要通过网格修补工具来重新定义。3.2.2修改网格（1） 网格整体或局部处理经过网格信息统计，一般会发现网格存在一些问题，此时需要利用Moldflow提供的网格编辑工具对缺陷网格进行处理（20种修补工具） 点击Mesh-Mesh Tools运行，弹出如下对话框，如图3-7所示。 图3-7网格工具选择自动修补，自动修补对表面模型很有效，能自动搜索并处理模型网格中存在的单元交叉及单元重叠问题，同时可以改进单元的纵横比，如图3-8所示。 图3-8 自动修补点击之后 处理纵横比（Fix Aspect Ratio）可以有效降低网格的最大纵横比，并接近所给出的目标值,点击后，如下图3-9所示。 图图3-9处理纵横比（2）节点操作 然后开始进行节点操作，选择合并节点，合并节点（Merge nodes）可将多个起始节点向一个目标节点合并，如图3-10所示。 图3-10 合并节点 要处理纵横比不理想的单元要选择插入节点，插入节点（Insert Nodes）可以在两个节点之间插入一个新节点，用以消除纵横比不理想的单元。如图3-11所示。 图3-11插入节点接下来选择移动节点（Move Nodes），移动节点可以让一个或多个节点按照给定的绝对或相对坐标进行移动。如图3-12所示。 图3-12 移动节点最后进行对齐节点（Align Nodes）操作，可以实现节点的重新排列，先选择两个基点以确定一条直线，然后选择需要重新排列的点列，点击Apply，所选择点列将重新排列在选定直线上，如图3-13所示。 图3-13 对齐节点（3） 单元操作 选择单元定向（Orient Elements）将查找出来的定向不正确的单元重新定向。如图3-14所示 。 图3-14 单元定向（4） 修补破洞 选择补洞（Fill hole），可以创建三角形单元来填补网格上所存在的洞孔或是缝隙缺陷。如图3-15所示。 图3-15 修补破洞至此，修改网格的工作已经基本完成，接下来该进行网格缺陷诊断了。（4） 网格缺陷诊断为了更好的队网格存在的缺陷进行处理，Moldflow提供了丰富的网格缺陷诊断工具，将它们与网格处理工具结合，可以很好的解决网格缺陷问题。如图3-16 所示。图3-16网格缺陷诊断菜单 选择Mesh菜单中的纵横比诊断（Aspect Ratio Diagnostic）弹出对话框，在对话框中分别定义诊断报告中将显示单元纵横比的最大、最小值。如图3-17所示。 图3-17 纵横比诊断框采用Display显示诊断结果，系统将用不同颜色的引出线指出纵横比大小不同的单元。单击引出线，可选中存在纵横比缺陷单元。如图3-18所示。