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台灯底座夹模流分析说明书姓名 X X X 学号 20XX03100401XX 班级 材料成型及控制工程XX-1 指导老师 X X X 目录一CAD模型的准备 21.三维零件构建 22.CAD模型的检查、修复与简化 23. CAE网格模型的准备 3二充填分析及优化 51.材料的选择 52.浇口位置的选择 53.成型窗口分析 64.充填分析 7三流道平衡与尺寸优化 8四冷却分析及优化 101.冷却系统构建与分析 102.冷却系统优化 14五保压分析及优化 161. 保压分析的目标确定 162. 初始保压力及保压时间的确定 163. 恒压保压结果分析及调整 164. 保压曲线优化 17六翘曲分析及优化 19附录 CAD图纸 21一 CAD模型的准备1. 三维零件的构建 利用proe软件绘制零件的三维造型（如图一、二），该零件为台灯底座夹。长度方向上的尺寸为128mm，总高32mm，总宽85mm，零件厚度为1.5mm，底部筋板厚度为1mm，宽度为3.5mm。整体厚度均匀，可近似看作为板类零件。 图1 零件的三维造型俯视图 图2 零件的三维造型俯仰视图将造型好的模型以.IGS格式将文件备份保存。2. CAD模型的检查、修复与简化 利用Autodesk CAD doctor及pro/e等cad软件对零件进行诊断修复与简化，将零件的小特征删除同时保证零件的连通性，缝合具有间隙的曲面。在pro/e软件中去除零件前端波浪结构。在Autodesk CAD doctor的translation环境下检测结果总共552个自由边，对此进行缝合图3 在translation环境下检测结果 图4 零件进行缝合后在simplification环境下去出小特征，将上表面的两个小突起去除。可以看到经过优化后的零件去除了小特征，将其边的更为简单。当然这是在不影响整个分析的基础上将这些特征去除。图5修复、简化之后零件外形再次于translation环境下诊断无误，将其导出为tai_out.udm文件。3. CAE网格模型的准备打开Autodesk Moldflow insight软件，新建工程keshe_tai将文件tai_out.udm文件导入。1）.开始对零件进行网格划分，网格类型为双层面。由于零件的厚度为1.5mm，所以去网格的全局边长为4mm。四周有圆柱面，所以将“启用旋高控制”选中，设定旋高为0.1mm。零件近似板类，同时把“网格匹配”打开。从图（6）中可以看到网格比较均匀通过旋高控制外形轮廓也与零件十分的贴近，网格的划分质量基本能够满足要求。图6 网格划分效果2）.网格的诊断与修复 对网格进行统计，得出统计结果：如下图，三角形单元在5万以下，计算量不会过大，连通区域为1，没有自由边及交叉边，平均纵横比小于3，匹配百分比都在90%以上，这些都满足要求。最大纵横比为19.455，所以需要对网格纵横比进行优化。图7网格统计的结果在调整网格前对网格做纵横比诊断，将最小纵横比设为6 ，将结果放到诊断层。通过移动节点、插入节点、合并节点及交换边等工具调整网格。调整完之后再次网格统计，最大纵横比已经小于6，满足了双面网格质量的要求。图8进行网格修复后的统计结果网格修复完再对网格做厚度诊断，由下图可看出网格厚度为最初设计厚度1.5mm，且十分均匀。图9网格厚度诊断结果二 充填分析及优化1. 材料的选择通过台灯材料介绍得知此零件为 PVC 所制。在材料选择中搜索PVC材料，由于没有确切的材料牌号，在此任选一种PVC材料,制造商Geon 牌号Cycovin K29。该材料最大许用剪应力0.5MPa，最大许用剪切速率105 1/s，推荐的成型工艺参数是模温范围为65-77、料温范围为175-205。2. 浇口位置的选择对一零件进行浇口位置分析，分析出的最佳浇口位置如图10所示的中心区域；通过查询浇口位置分析日志所给出的最佳浇口位置临近节点编号，在节点处设定浇口位置后进行快 危险熔接痕 图10浇口位置分析 图11（a）调节前熔接痕 图11（b）调节后熔接痕速充填分析，分析出的熔接痕结果如图11（a）所示。考虑到浇口位置分析出的最佳浇口位置对于模具设计与制造来讲不切实际，且其快速充填结果表明在制件上的支撑板与主体连接处出现较长的熔接痕， 熔属于比较危险的熔接痕，严重影响其外观及性能。现将浇口位置调整到制件矩形框靠近分析出的最佳浇口位置且稍偏离对称中心处再次进行快速充填分析，如图11（b）所示的分析结果表明熔接痕的位置有明显改观，提高了成型质量。由分析结果看到最佳浇口位置在零件的中心位置附近，零件外观要求不是特别高， 选择优化以后的浇口位置为整个分析过程的初选位置，可采用三板模从上表面用点浇口浇注。3. 成型窗口分析材料PVC材料,制造商Geon 牌号Cycovin K29。该材料最大许用剪应力0.5MPa，最大许用剪切速率105 1/s，推荐的成型工艺参数是模温范围为65-77、料温范围为175-205。成型窗口分析结果所推荐的工艺参数为：推荐的模具温度 : 74.33 C推荐的熔体温度 : 202.86 C推荐的注射时间 : 0.8024 s接近该材料所推荐的成型模温和料温范围的边缘值，不合适。图12（a）质量（Molding Window分析）：XY图图12（b）成型窗口切片图调整模温、熔体温度，查看质量图（图12 a）并结合成型窗口区域切片图（图12 b）及其他结果，确定获得最佳品质的工艺参数组合为：模具温度： 73，材料温度： 196 ，注射时间： 1 s对应的其他结果是：注射压力47MPa，熔体流前温降21，最大剪应力0.4MPa，最大剪切速率2140 1/s，最长冷却时间8.7s，均较小且满足要求4. 充填分析 依最佳浇口位置分析结果，结合流道设计经验尺寸，建立制件的直流道浇注系统；经成型窗口分析确定较佳的工艺参数为：模具温度73，熔体温度196，注射时间1s，充填满99%时进行速度/压力切换。充填过程可由充填时间分布（图13）来查看，由图可知制件由于浇口位置相对靠后，后端要比前端先0.2s充满。这是由于考虑到熔接痕和成型质量的缘故，前后时间差相对不大，在此将浇口的位置其作为合适的选择。图13 充填时间 图14注射位置处压力XY图由注射位置处压力XY图（14）模力XY图（图15）可知：最大注射压力为61.57MPa，最锁模力为13.67吨，均发生在1.076s时刻（速度/压力切换时刻）。图15 图16 但通过查看熔接痕处的流动前沿温度可知，其温度范围在193.7到196.6之间，与料流入口温度196相当小的一个区间范围内，且在熔接处的压力随充填的继续进行而升高（充填结束时刻的压力分布如图（17），因此可以保证熔接位置能比较好的熔合，对制件质量的影响不大。图17 充填结束时的压力 图18 气穴分布查看气穴分析结果如图（18），可以看到在制件的底部有大量的微小气穴，主要分布在底端分型面处和底部筋板的下端面，这是不可避免的。但是主分型面间隙可以进行排气，把大部分的气穴消除，所以无需开设排气槽三 流道平衡与尺寸优化 添加流道系统 首先通过建模的型腔复制向导，将制件复制成两排四个，型腔制件行距为20mm、列间距为24mm。如此成对称式排布有利于平衡流道系统的创建，且浇口位置靠近型腔中心，有效的缩短了流道的长度，减少流道的加工量，同时节省原料。 图19型腔布由于制件为点浇口顶注式，型腔的布置规则的对称分布，所以可以通过流道向导工具添加流道系统。添加的流道机构如图（20）所示。具体位置尺寸可参照附图二。图20 流道的布置图流道布置要求D来料段=D分值段N1/3 材料为PVC流道的尺寸最小值为6mm。流到为锥形，顶端为7mm，拔模角度6deg，长度为50mm；分流道为梯形，高度为6倾角为15deg；竖直流道底部直径为4mm，拔模角度设为3deg；顶部浇口的始端直径与竖直流道的底部相连，所以尺寸同样取4mm，其为点浇口，末端直径为1mm，长度取1mm。设置完参数通过自动创建的到了初定的流道尺寸，为了满足流道布置要求，通过属性将主流到修改为顶部为7mm，底部直径为9.5mm的的椎体。同时将将一级分流道的高度修改为7.5mm。通过对所布置的流道结构可以看出，该流道为分布对称的平衡流道，各型腔在相同温度下同时充模。浇口平衡防止模具胀开力不平衡 ，浇口在型腔的几何中心线上，模具力平衡，即注射压力中心与主流道中心重合，有效的防止飞边。构建好流道后，对其做充填分析验证其平衡性，充填时间图如下。图21充填时间图熔体到达制件腔体的时间都在0.37s，给腔为同时充填，流道的平衡性十分的好。所以不需要对起进行流道的平衡优化。四 冷却分析及优化1. 冷却系统构建与分析由于零件上表面有突起结构，很难用冷却回路向导构建冷却水流道，所以冷却水流道采用手动构建的方法进行构建，流道的以串联的方式连接。PVC是非结晶性材料。两种冷却方案参数设置一致：模具表面温度（即目标模温）为73，料温为196，IPC时间10s，冷却液入口温度均为35，且雷诺数都设为10000。方案一和方案二的冷却水路布置分别如图22 （a）和22（ b）所示。方案一的冷却水路通过手动由点构线之后修改属性的方式构建，上下各一条串联水路，考虑到制件上表面有突起板件结构，所以在零件的上表面弯折冷却水路使其沿着突起板件排布一段。方案二的冷却水路同样通过手动方式构建，上下各一条串联水路，分布在上下两个层面上，分布在上下两个层面上，的冷却水路同样通过手动方式构建，结构简单易于加工。图22（a）冷却水流道布置方案一图22（a）冷却水流道布置方案二用前面选定的参数分别对两种方案进行冷却分析，据分析日志及分析图解（如图23和图24）中的结果来看，两种方案获得的模具型腔表面平均温度分别为53.5度和53.6度，制品表面温度平均值分别为47.6度和47.7度，两种方案整体冷却效果近似。但是分析结果中制品最高温度方案一比方案二要高4C，将其分析结果中的模具温度及制件温度拿出来进行对比，其他部位都十分的相近，但是在上表面突起板的边侧达到冷却效果有明显的不同，在此处弯折的方案一冷却效果要比方案二具有的优势。综合来看两方案冷却上各有优势，但方案二结构相对简单，可以节省成本，现优先选择方案二的排布方式。图（a）制件温度 图（b）模具温度图23 冷却水流道布置方案一的分析结果 图（a）制件温度 图（b）模具温度图24冷却水流道布置方案二分析结果（a）方案一（b）方案二图25两种冷却方案模具及制品温度分析结果现在对冷却水流道方案二进一步进行分析，制品的平均温度为53C，离目标制件材料的顶出温度90C具有一定的差距，模具温度大部分在47C左右与目标模具温度73C同样具有一定的差距。从分析日志里来看，上下水路的介质温升都在2.0C以上，超出了允许范围。回路管壁的温度升高量为5.41C也已经超过了5C。图25冷却介质温度升高量图26 回路管壁温度分析结果同时得出制件达到顶出温度时时间几乎都在3.7秒附近。图27达到顶出温度的时间查看制件厚度方向温度曲线，从选择的几个位置来看最大的上下表面温差在15C以内，其他的基本是在10C以内，这是在可以接受的温度范围。所以这一项不需要进行优化。图28制品厚度方向上温度XY图2. 冷却系统优化针对前面所选的流道系统布置方案出现在问题一一做优化调整。首先模具温度低于目标温度约25C和制件温低于目标温度约37C的问题，通过提高冷却介质的温度或自动分析优化IPC时间来实现。该材料为非结晶型的材料，对此种材料，模具表面温度差异应在目标温度+/-10C 范围内。将冷却水温度调整为60 C，并且把IPC时间设置为“自动”对于冷却介质温升超过2 C，及回路管壁的温度升高量超过了5C的问题可以将冷却介质的流速提高，由分析日志中查看到，之前的冷却液流速为2.73（lit/min）如图（29）所示，可以将冷却液的流速增加到5（lit/min）。图29冷却液流速利用以上的解决方法重新设置参数进行冷却分析:冷却液温度： 60 C冷却液流速：5（lit/min）IPC时间设置： 自动模具表面温度、熔体温度等不变。重新分析后，查看分析报告图像（如图30），模具温度大部分在67 C左右，绝大部分在目标模具温度73C的+/-10C 范围内，所以通过优化，模具温度已经符合要求。分析日志里查看到，制品表面温度平均值73.7136 C在顶出温度90 C以下。自动分析优化得到的IPC时间为10s。图30优化后模具温度从分析日志里来看，上下水路的介质温升分别为0.9C和0.7C，在允许的2C范围以内（如图31），达到了优化的效果。回路管壁温度的变化量也在5C以内，符合要求。 图31优化后冷却液升高量图32优化后冷却回路管壁温度再次通过查看制件厚度方向温度的XY图，检查温度差是否合格。各位置的厚度方向温度差在10C 以内，符合要求。图33优化后制件厚度方向温度XY图五 保压分析及优化1. 保压分析的目标确定由于才moldflow里查找不到所选材料的收缩范围值，并且一般要求制件的主体区域的体积收缩率差异尽量控制在2%以内，在此选择一般收缩范围值3%-5%以内。如果超出此范围将会造成较大的翘曲变形。2. 初始保压力及保压时间的确定 初始保压力：一般取熔体充模压力的80%100%，这里先取80%。初始保压时间：以IPC时间扣除充填时间后的时间长度作为初始保压时间，前面自动获得的IPC时间为10.4 S，减去充填时间1 S得到初始保压时间取整数9 S。3. 恒压保压结果分析及调整 进行首次保压分析，分析序列为冷却+充填+保压，工艺参数为：模温73、料温196、开模时间5s，IPC时间10.4s，充填控制为1.3s的注射时间，速度/压力切换方式为自动，100%充填压力，9s恒压保压。制件主体顶出时的体积收缩率如图34所示。由图可见制件的体积收缩率从浇口处的1.719%到充填末端的7.213%变化，差异达到6%以上。相对目标体积收缩范围而言，浇口处体积收缩率过小，说明该处过保压；远浇口处收缩率过大，说明保压补缩不够，还需提高保压力。图34初步保压时体积收缩率 图35 保压压力为105mpa时体积收缩率将保压力增大到105MPa，其他参数不变，再次分析。分析得到制件主体顶出时的体积收缩率如图35所示，由图可见制件充填末端的体积收缩率减小到5.0%，已经处在合适范围内，但浇口处的体积收缩率也下降至0.46%，说明过保压加剧。通过该分析确定恒压保压的压力为105MPa。接下来考虑创建保压曲线并优化，以缩小制件主体上体积收缩率的差异，实现尽可能均匀的体积收缩。4保压曲线优化基于上优化方案的分析结果来优化保压曲线。查看从主流道入口、浇口到充填末端多个位置的压力XY图（如图36所示），充填末端在2s压力达到最大，5.6s时降至0，取中间值3.8s作为恒压/降压转换点。查看其分析日志，速度/压力切换时间为1.3s，由此确定第一段恒压保压时长为2.5s。查看冻结层因子结果（如图37所示），发现浇口在8.7s时冻结。图36充填末端压力XY图图37浇口冻结时间基于以上问题，保压曲线如表一设置，保压曲线如图18-48所示表一 保压曲线参数经历时间s压力Mpa说明0.1105经过0.1s的设备响应（速度/压力切换）时间，压力由充填压力变化到105MPa2.41052.4s的105MPa恒压保压，2.4为恒压保压时长2.5s减去设备响应时间0.1s而得4.90经5.6s保压力逐步降至0，5.6为浇口冻结时间减去恒压/降压转折点4s而得。图38保压曲线通过保压曲线调整之后，从分析结果中得到制件主体顶出时的体积收缩率如图39所示。由图可见制件主体的体积收缩率从0.46%到5.0%变化，绝大部分体积收缩率在0.94%到5.0%之间，而且制件要求较高的上表面完全在2%-5%的范围内，只在质量要求不高的下表面极小部位出现了低于2%的情况，总体来说基本达到保压要求。查看冻结层因子结果（如图40所示），发现浇口在8 s时冻结，比恒压保压要稍快些。到此达到保压要求，保压优化环节结束，进行下一步分析。图39保压曲线优化后的收缩率（左边为制件背面、右边为上表面）图40保压曲线优化后的浇口冻结时间六 翘曲分析及优化在前面做完保压及其优化之后，现在接着进行冷却+充填+保压+翘曲分析，其他的工艺参数直接继承前面所设定的参数，最后勾选分离翘曲原因，继续分析。所有因素引起的变形结果如图18-55 所示。可见其总变形量最大0.0.828mm，主要发生在x方向（0.768mm），Y方向和Z方向上分别有0.55mm和0.40mm的变形。图41制件在各个方向上的变形量图42反映的是造成变形的各种因素，从图像上可以看出，冷却不均匀引起的变形量为0.12mm而取向因素并未引起的制件变形，可以说没有影响。所有变形基本上是由收缩不均引起的，对此可以通过改变保压条件进一步优化。但是该制件为台灯底座夹的一部分，没有装配关系，所以对制件的精度没有过多的要求，且制件收缩变形相对较均匀，变形量在1mm内，对于一个128*85的制件来说，外观影响比较小，综上所述，可以不对其添加翘曲变形的优化。到此经过制件CAD模型准备充填分析及优化流道平衡与尺寸优化冷却分析及优化保压分析及优化翘曲分析及优化六个过程完成了台灯底座夹的 MOLDFLOW 分析整个过程。工艺参数（模温、料温、注射时间、保压参数、冷却时间等），这部分内容在分析报告最后综合给出。图42所有变形因素附录附表一 分析获得的主要工艺参数列表模温料温注射时间冷却时间73 196 1.3 S9 S保压参数保压压力压力曲线时间压力0.1 S105 Mpa105 Mpa2.4 S105 Mpa4.9 S0 Mpa附图一 型腔布局尺寸图附图二 冷却水管回路图（图A回路左视图、图B图C分别为上下表面回路俯视图）附图二 流道布置图（图A和图B分别为流道布置左视图和俯视图）图A图B课程设计心得刚听说Moldflow 这东西的时候，头脑里第一反映就“高科技”这个词，对于注塑过程的分析功能十分强大，那时想这样一个软件是不是很复杂特难学，其实心底面已经产生了逃辟的念头。课程学习的中途老师就将题目布置下来了，但是直到现在才完成，这也是原因之一。前一段老师一直在讲如何看分析的结果及分析的要求，当时也是懵懂不知其中意，以至于,到理论课结束时，模流分析到底怎么一回事都不