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基于 moldflow 鼠标 外壳 成型 分析

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任 务 书一、课题来源、目标及意义随着模具行业的飞速发展，模具种类也越来越多，工欲善其事必先利其器，所以做模具前的工艺分析显得有尤为重要，因为她让整个模具制造变得更加有效率，同时也节省了成本。于是我对Moldflow 产生了兴趣，学习研究软件。对比各种工艺之间的好坏区别，分别对比浇口类型、型腔数目、冷却排布等等。Moldflow 分析让模具制造更有效率，同时因为节省了很多成本。二、毕业设计（论文）内容及要求1. 培养学生综合运用所学知识的能力及绘图能力等。 2. 查阅有关模具方面的资料。 3. 利用 Moldflow 进行有限元分析，针对不同工艺设计方案进行分析优化，选择最佳工艺方案。 4. 制定工艺及模具设计方案，绘制装配图、零件图。5. 按照格式正确撰写设计论文一份，不少于 3000 字。三、毕业设计（论文）进程安排序号 设计（论文）各阶段名称 计划时间1 毕业设计辅导，学生进行相关准备工作，选题并审批。2 教师下发任务书，学生完成开题报告，教师审核。3 学生上交开题报告，开始设计。教师指导4 学生完成毕业设计，并上报周记 5 次，教师指导 5 学生提交毕业设计材料（电子稿与纸质稿） 。6 毕业设计答辩。四、参考书及参考文献1 陈艳霞 . Moldflow2015 模流分析入门到精通. 电子工业出版社 ，2015.2 洪慎章. 实用注塑模设计与制造. 机械出版社 ，2010 .3 文根保. 现代注塑模结构设计实用技术. 机械工业出版社 ，2014.4 宋满仓. 注塑模具设计. 电子工业出版社 ，2010.5 石世铫. 注塑模具图样画法及正误对比图例. 机械工业出版社 ，2015.6 王静. 注塑模具设计基础 . 电子工业出版社，2013.7 张维合注塑模具设计实用教程化学工业出版社 ，20078 付伟现代注塑模具设计实用技术手册机械工业出版社 ，20139 李厚佳，王浩注塑模具课程设计指导书机械工业出版社 ，2011指导教师（签字）: 院（系）主任（签字）: 摘要Moldflow 的产品用于优化制件和模具设计的整个过程，提供了一个整体解决方案。为了了解塑料制品流动分析的流程、方法及操作技巧，本文通过导入模型、划分网格及网格处理、浇注系统与冷却系统设计、选择分析类型和材料、设置工艺参数、结果分析及优化等方面的内容，结和实际详细介绍了充填分析。流动分析、冷却分析、翘曲分析、收缩分析流道平衡分析等。本课题以实际用的塑料旋钮为研究对象可以培养学生对有限元软件的了解，能通过注塑模拟软件对塑件成型过程进行模拟分析，从而熟悉模流分析的方法，更重要的是让学生学会自己去分析塑料件，从分析结果中查找出现各种缺陷的原因，并且找到解决问题的思路及方法。 关键词：塑料旋钮；Moldflow；模流分析；优化目录前言 .11 基本信息 .11.1 设计的基本要求 .21.2 塑料的形状 .21.3 塑料材料的选择 .22 模型导入 .43 网格划分 .53.1 网格类型 .53.2 网格划分 .54 网格的修复与诊断 .74.1 网格诊断 .74.2 网格修复 .75 型腔布局 .95.1 型腔数目的选择 .95.2 型腔数目的确定及排布 .96 最佳浇口位置分析 .106.1 浇口位置及特点 .106.2 浇口位置的分析 .106.2.1 选择分析类型 .106.2.2 选择材料 .106.2.3 分析处理 .116.2.4 最佳浇口点位置查询 .127 浇注系统的创建 .137.1 浇注系统的介绍 .137.2 浇注系统的设计 .137.2.1 浇口的作用： .137.2.2 浇口的类型和选择 .137.2.3 最佳浇口类型分析对比 .137.3 最佳浇注系统 .158 Moldflow 的流动分析 .168.1 流动+翘曲分析 .168.2 工艺设置向导-流动设置 .168.3 进行分析 .178.3.1 充填分析进度及部分结果 .178.3.2 保压分析进度及部分结果 .178.3.3 初始流动分析结果解读 .189 Moldflow 的翘曲分析 .259.1 翘曲的介绍 .259.1.1 翘曲产生的原因 .259.1.2 翘曲分析的目的 .259.2 翘曲结果分析解读 .259.2.1 所有因素引起的变形 .259.2.2 冷却不均引起的变形 .259.2.3 不同收缩引起的变形 .259.2.4 取向因素引起的变形 .269.3 翘曲总结 .2810 Moldflow 冷却系统分析 .2910.1 选择分析的类型 .2910.2 冷却回路设置 .2910.3 创建冷却系统 .3010.4 分析结果 .3010.5 冷却分析对比 .3110.6 冷却总结 .3211 结论 .33致谢 .34参考文献 .341前言Moldflow 是一款模具分析的软件，这次设计想分析一款和生活息息相关的塑料件，所以我选择了平时我们经常要用到的鼠标，现在社会飞速发展，鼠标的造型和功能都已经发生了千变万化，这次就分析最最触碰到的办公鼠标的外壳。鼠标是工业化的产品，不是工艺品，所以我们要从工业化的角度去分析这款塑件，工业化的产品它必须要有生产效率、经济利益和符合日常使用需要。Moldflow 是对塑件的工艺仿真，学会软件的基本使用，设置好了需要的参数，将会对比塑件的流动、翘曲、充填、冷却。通过软件的分析对比，分析方案的优劣势，进而选择最佳的制造方案。通过分析可以找出其他方案的缺陷，取长补短，找到解决问题的方法和思路，自己也会对塑件的分析更佳熟练。21 基本信息1.1 设计的基本要求这次设计的是身边常用的鼠标，鼠标是要有很强的人体工学结构的，要和人的手掌很舒服的贴合，鼠标的材料和表面处理也是至关重要的，所以用专业的软件进行分析是必不可少的。1.2 塑料的形状 为如下实物塑料零件造型、成型分析并设计适当模具结构。3零件名称：塑料小起子 材料：PC 图号：料厚：2.5mm 精度：MT6 生产批量：大批量1.3 塑料材料的选择聚碳酸酯(PC)：分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物 4图 1-1 材料的性能，推荐工艺图 1-2 材料的热属性，机械属性材料的性能，推荐工艺，热属性，机械属性 如图 1.1 1.252 模型导入63 网格划分3.1 网格类型共分为 3 种：中面网格(MIdplane)，表面网格(Fusion)，实体网格(3D)根据题目的要求我们这次选用 表面网格(Fusion)3.2 网格划分用“网格”工具栏里的“生成网格”然后“立刻划分网格”，得出需要用到的图形网格。如图(3.1 3.2 3.3)7图 3-1 “生成网格”任务栏 图 3-3 网格统计信息图 3-2 所生成的网格84 网格修复与诊断4.1 网格诊断通常情况下，网格划分后，可以用网格统计查看网格属性，网格或多或少会有些缺陷，网格质量直接影响网格后面分析的步骤，所以必须修复好网格，才能让下面的分析进行下去，才能准确的完成分析，要严谨。网格的纵横比诊断是网格三角形中最长的边和他的高的比值，纵横比越大，说明网格越不符合要求。在模流分析是不允许的，所以需要去修复和改正那鞋比值比较大的三角形。9图 4-1“纵横比诊断”任务栏 图 4-2 纵横比显示结果4.2 网格修复通过前面的“纵横比诊断”我们能得知网格有一点的缺陷，我们可以用“插入节点”“合并节点”的网格命令来是网格修复，最终可以得到我们需要的正确纵横比的网格。如图(4.3 4.4)4-3 需要修复的网格104-4 修复完成的网格5 型腔布局5.1 型腔数目的选择型腔数目确定原则：型腔数目确定受到很多影响的，合理的数目可以让成本降低、确保塑件的质量、提高生产效率等等。115.2 型腔数目的确定及排布已知的体积和质量，又因为这个产品是中小型塑件，综合考虑生产率和生产成本等因素，以及注塑机的型号选择，所有这次产品用一模两腔的模具形式，对称式排布。产品排布如图 5.1图 5-1 产品型腔布局6 最佳浇口位置分析6.1 浇口位置及特点浇口位置主要的要求：浇口的设置的出发点，考虑产品的外观，产品的功能，模具的加工要求和精度，产品的翘曲变形以及浇口的去除。126.2 浇口位置的分析6.2.1 选择分析类型双击任务栏中的“充填”，选择其中的“浇口位置”，进而开始分析，完成我们分析的第一步。如图 6.1图 6-1 浇口位置任务栏6.2.2 选择材料选择的材料是 PC 如图 6.213图 6-2 选择的材料 (PC)6.2.3 分析处理通过软件进行分析计算，计算结果图 6.3，图中显示浇口的合理性，蓝色的位置表示合理性强，适合做浇口位置，而红色的刚好相反，不适合做浇口位置，则不予考虑。图 6-3 最佳浇口分析结果146.2.4 最佳浇口点位置查询通过查看分析日志可以得知最佳的浇口点，为 N452 如图 6.4，记下最佳的浇口位置，以便下面的使用图 6-4 最佳浇口点分析日志157 浇注系统的创建7.1 浇注系统的介绍浇注系统是将塑件的熔料填充进型腔的流道。将熔料流进型腔，然后获得外形完整，品质优良的塑件。浇注系统几个部分：主流道、分流道、浇口，冷料井，分流道和冷料井不常用。浇注系统部分的作用：1.主流道：将原材料引入分型面2.分流道：将原材料分流，引入型腔的各个部分163.浇口：将原材料引入型腔的通道7.2 浇注系统的设计7.2.1 浇口的作用浇口也是进料口，是在分型面和型腔之间的通道。作用为利用狭小的通道从而使加速的流动，使得进料达到加速效果，进而使进料有良好的流动性，加热升温有提高料温降低粘度的用途。在成型完成时，应该最先固化封闭封口，防止进料回流及防止型腔压力下降导致的成型产品收缩凹陷。成型后也方便剪除分离流道系统及型件。7.2.2 浇口的类型和选择根据塑件加工工艺的分析，有两种浇口比较合适：侧浇口、点浇口 7.2.3 最佳浇口类型分析对比侧浇口位置是两型腔相对的中心位置来选取点浇口位置是单个型腔的最佳浇口位置分析出的最佳浇口位置来选取主要对比充填时间、注射处压力、充填结束时的压力、锁模力这几项，通过它们的数据从而得出最佳的浇口类型。17图 7-1 充填时间的对比分析图 7-2 注射位置处压力的对比分析18图 7-3 锁模力的对比分析图 7-4 充填结束时的压力的对比数据与图片的对比，进行分析对比分析 侧浇口 点浇口 胜出充填时间 1.199 1.204 侧浇口注射处压力 50 53 点浇口19锁模力 34 40 点浇口充填结束时压力 50.30 52.72 点浇口7.3 最佳浇注系统通过上面的分析对比，我们可以清楚的知道点浇口比侧浇口更合适我们的塑件，所以我们选择点浇口。8 Moldflow 的流动分析8.1 流动 +翘曲分析双击任务栏中的“浇口位置”，选择“流动+翘曲”，进而开始分析，进入分析的第一步。如图 6.1图 8-1 任务栏“流动+ 翘曲”208.2 工艺设置向导-流动设置更改工艺设置，本次的产品材料是 PC，由上面的材料分析，我们知道材料的性能等等情况，我们可以通过更正工艺设置，使得模具的填充在可控范围之内，提高其工艺完美及成品率。如图 8.28-2 流动设置的更改8.3 进行分析通过“分析日志”可以得到充填分析信息和保压分析信息8.3.1 充填分析进度及部分结果 在分析日志中可以知道，时间、体积、压力、锁模力、流动速率和信息状态。在图 6.4中，可以知道充填时间为 1.20s，速度和压力的切换发生在型腔充填至 99.88%的时候，当时的压力是 62.87MPa。如图 8.321图 8-3 充填分析信息8.3.2 保压分析进度及部分结果 在分析日志中可以知道，时间、体积、压力、锁模力、流动速率和信息状态。在图 6.5中可以知道，保压阶段从 1.61s 到 10.61s 是恒定的压力状态，然后从 12.09s 后，保压压力降至 0，压力释放，直到 31.34s 保压结束。根据保压曲线知道，保压压力为 50.30MPa。 如图 8.422图 8-4 保压分析信息8.3.3 初始流动分析结果解读流动分析的结果有：充填时间、速度/压力的切换时间、流动前沿的温度、注射位置处压力、XY 图、顶出时压力体积收缩率、冻结层因子、锁模力曲线图、压力等。主要分析充填时间，注射位置处压力 XY，顶出的体积收缩率，冻结层因子，气穴，压力。231 充填时间：充填时间为 1.203s，速度十分快，比较顺利，浇口点很合理。充填时间效果图如 8.5图 8-5 充填时间242.注射位置处压力:XY注射点位置曲线表达了注射点处压力在注射、保压、冷却整个过程中的变化，从图中可以看出在速度/压力切换点前，压力为 62.20Mpa,在速度/压力切换时，压力为62.87Mpa，然后过了 10s，压力维持在 0MPa，再对比注射级的型号与参数，此项参数合格。如图 8.625图 8-6 注射位置处压力： XY3.顶出时的体积收缩率在通常的情况下，顶出时的体积收缩率应是均匀的，控制在 3%以内。图中可以看出1.987%4.371%,完美达到要求。如图 8.726图 8-7 顶出时的体积收缩率4.气穴通过查阅资料可知，气穴一般会在工件的交界处和边缘处。从图上可以看出，在工件的边缘处，有很小的四处气穴，故不影响工件的质量，所以参数是合格的。如图 8.827图 8-8 气穴6.冻结层因子有图可知冻结层因子的最大值是 1.000，而且工件的冻结层十分均匀，再加上会有冷却系统的冷却，所以该参数合理。如图 8.928图 8-9 冻结层因子297.压力压力可以通过图像更清晰的看出 如图 8.10图 8-10 压力309 Moldflow 的翘曲分析9.1 翘曲的介绍9.1.1 翘曲产生的原因翘曲是不均匀的内部应力导致的逐渐变形缺陷。其原因在于收缩不均，制件不同区域收缩不均匀、厚度方向的收缩不均匀或者与材料分子取向和垂直方向的收缩不均匀优惠导致翘曲的产生。9.1.2 翘曲分析的目的进行翘曲分析的目的主要目的是无额定制品翘曲变形的结果是否满足设计要求，如果不能满足要求则给出产生翘曲变形的主要原因。9.2 翘曲结果分析解读9.2.1 所有因素引起的变形由图 9.1 可知，所有因素影响下的塑件总变形量为 0.6112mm，X 、Y、Z 三个方向的总变形量分别为 0.2751mm，0.2899mm，0.1258mm。9.2.2 冷却不均引起的变形由图 9.2 可知，所有因素影响下的塑件总变形量为 3.726E-06mm，X 、Y、Z 三个方向的总变形量分别为 3.726E-06mm，3.726E-06mm，2.634E-06mm，这说明冷却不均是对翘曲变形的主要影响因素。9.2.3 不同收缩引起的变形31由图 9.3 可知，所有因素影响下的塑件总变形量为 0.1258mm，X 、Y、Z 三个方向的总变形量分别为 0.2899mm，0.6112mm，0.2751mm，这说明虽然冷却不均对塑件的变形有一定的影响，但是影响并不大。9.2.4 取向因素引起的变形由图 9.4 可知，所有因素影响下的塑件总变形量为 12.731E-10mm，X 、Y、Z 三个方向的总变形量分别为 0mm，0mm，3.638E-06mm，这说明虽然冷却不均对塑件的变形有一定的影响，但是影响并不大。图 9-1 所有因素引起的变形32图 9-2 不同的冷却引起的变形图 9-3 不同的收缩引起的变形33图 9-4 取向因素引起的变形9.3 翘曲总结由上面的翘曲分析可知，塑件的翘曲主要是因为冷却不均匀，需要找出相应的解决方案，要在塑件上再加个冷却系统，有了冷却系统，主要原因冷却不均匀应会完美解决。3410 Moldflow 冷却系统分析10.1 选择分析的类型双击任务栏中的“充填”，选择其中的“冷却”，进而分析，开始分析的第一步。如图 10.1图 10-1 冷却任务栏10.2 冷却回路设置通过冷却回路设置，设置“产品尺寸”“指定水管直径”“水管与制品之间的距离”“水管与制品的排列方式”“管道数量”“管道中心之间的间距”“制品之外的距离”。设置的数据如图所示，图 7.2图 10-2 冷却回路的设置3510.3 创建冷却系统冷却系统创建成功，如图 10.3图 10-3 冷却系统：Y 轴图 10-4 冷却系统：X 轴3610.4 分析结果双击任务栏中的“立刻分析”，通过“分析日志”可以得知表面温度，外部温度，循环时间等主要信息。10.5 冷却分析对比有两组冷却回路可以供我们选择，我们通过图片和数据进行分析对比，选择一个最佳的冷却回路。图 10-5 回路冷却介质温度的对比图 10-6 回路管壁温度的对比37图 10-7 最高温度.制品的对比图 10-8 回路热去除效率10.6 冷却总结冷却回路秃瓢和数据，进行分析对比X 轴 Y 轴 胜出回路介质温度 0.44 0.43 Y回路管壁温度 2.22 3.92 Y制品最高温度 58.57 57.47 Y38回路热去除效率 一般 较高 Y通过分析可以得知，Y 轴冷却系统明显比 X 轴冷却系统冷却效果更佳优越，所有我们选择 Y 轴冷却系统。11 结论这次模流分析我们得出了很多结论，这些结论是有数据有说明有分析，十分的有说服力，下面我们逐条的总结。网格修复与修复：网格为双面网格，将网格纵横比修复到 6。型腔布局：通过对比一模一腔和一模两腔的性能、优劣势的时候，最终结果是一模两腔更适合我们的塑件。最佳浇口、浇口类型、浇口系统：我们选择了两种浇注类型进行对比，分别是点浇口和侧浇口。点浇口的充填速度和充填压力等一些方面都优于侧浇口，所以点浇口更适合我们的塑件。Moldflow 流动和翘曲：用图片和数据进行了说明，该塑件的流动和翘曲的各方面是合格的，符合我们的塑件。Moldflow 冷却系统：我们选择了两种冷却系统进行对比，分别是 X 轴冷却系统和 Y轴冷却系统。Y 轴冷却系统的对比数据明显优于 X 轴的冷却系统，所以我们当仁不让选择了 Y 轴冷却系统。39致谢三年时光匆匆，我们要为毕业画上圆满的句号。这份毕业设计是这三年学习成果的见证，三年来所有的同学和老师一起走过风风雨雨，一起尝过酸甜苦辣；有时欢声大笑，有时唇枪舌战。这些都是成长中必不可少的经历，谢谢你们给了我。细节决定成败，刚开始做论文的时候，很多细节并没有注意到，甚至不屑一顾。是老师叫我们要注重细节，要做到态度第一，态度决定你最终的高度。在制作的过程中，遇到了很多的困难，这里同学也给了我很多的帮助，在相互讨论借鉴的时候，我们一同成长，一同进步。在这段时间里，我不仅仅学到了知识，我得到了比知识更加重要的东西，这段珍贵的记忆和友谊。我想说认识你们真好，有你们我的生活才这样精彩，感谢有你们。40参考文献1 陈艳霞 . Moldflow2015 模流分析入门到精通. 电子工业出版社 ，2015.2 洪慎章. 实用注塑模设计与制造. 机械出版社 ，2010 .3 文根保. 现代注塑模结构设计实用技术. 机械工业出版社 ，2014.4 宋满仓. 注塑模具设计. 电子工业出版社 ，2010.415 石世铫. 注塑模具图样画法及正误对比图例. 机械工业出版社 ，2015.6 王静. 注塑模具设计基础 . 电子工业出版社，2013.7 张维合注塑模具设计实用教程化学工业出版社 ，20078 付伟现代注塑模具设计实用技术手册机械工业出版社 ，20139 李厚佳，王浩注塑模具课程设计指导书机械工业出版社 ，201110 李金川 注塑模具技术入门与提高机械工业出版社 ，2008开题报告一、课题来源、选题依据、课题研究目的、应用价值课题来源于当今社会模具大背景下出现的质量好坏参差不一，而塑料模具行业已经发展成为模具行业中一个至关重要的角色，并且与我们的生活息息相关，因此如何确定一个好的塑料模具是一个不得不让人重视的问题。所以我打算使用 Moldflow 对塑件进行结构分析，Moldflow 软件是注塑成型仿真的工具，它能够帮助我们验证并且优化塑料模具的注塑成型的流程。它能够为设计人员、模具制作人员和工程师提供相关指导，通过仿真的设置和结果来阐明壁厚、浇口位置、材料以及产品几何形状的变化如何去影响产品制造的可行性。能够帮助工程人员较为轻松的去完成整个过程中各关键点的优化工作。我在里面会进行对网格纵横比的修改来调整塑料制件的质量、结构以及浇口位置的确定,充填时间的影响因素,以及翘曲变形的原因分析等等，然后对比浇注方式（点浇和侧浇） 、冷却回路的排列方式（X 和 Y）进行选择,从中选择最佳方案。以后的塑件制造加工将采用所选的最佳方案来进行。通过此种方案可以降低我们的生产成本费用和制造出结构完美，质量优秀的塑件制品。二、课题研究的基本思路、研究的关键问题和研究手段（途径）了解 Moldflow 软件是注塑成型仿真的工具，它能够帮助我们验证并且优化塑料模具的注塑成型的流程。它能够为设计人员、模具制作人员和工程师提供相关指导，通过仿真的设置和结果来阐明壁厚、浇口位置、材料以及产品几何形状的变化如何去影响产品制造的可行性。能够帮助工程人员较为轻松的去完成整个过程中各关键点的优化工作。先要使用 Moldflow 软件对塑件进行网格划分,网格模型中三角形单元的美观取决于其纵横比的数值的大小,自然而然网格跨越的宽度和长度较为接近最好,通过降低纵横可以提高产品的分析准确度,因此我们需要对最大纵横比来进行修改。优化它的网格结构,使其结构合理,然后进行数据分析, 确定它的浇口位置,了解充填时间的影响因素,以及翘曲变形的原因分析，再通过它的数据对比浇注方式（点浇和侧浇） 、冷却回路的排列方式（X 和 Y）进行选择，最后根据对比结果进行择优选择。关键问题在于我们对塑件制造所选择的浇注和冷却排列方式是否合理，是否能够通过对比的手段得到更好的数据，从中做出选择。三、论文的主体框架和主要内容概述本文主题框架：（1）塑件成型的数据优化（2）塑件的工艺分析（3）数据对比（浇注方式、冷却排列方式） （4）模架的选择。主要内容概述：本次设计是对塑料盖子的注塑成型的模流分析，根据塑件的成型结构，进行优化，进行对网格纵横比的修改来调整塑料制件的质量、结构以及浇口位置的确定,充填时间的影响因素,以及翘曲变形的原因分析等等，然后再通过结构优化够的塑件，对比浇注方式（点浇和侧浇） 、冷却回路的排列方式（X 和 Y）进行选择，从中选择更优秀有效的方式进行塑件的制造。以后的塑件制造加工将采用所选的最佳方案来进行。通过此种方案可以降低我们的生产成本费用和制造出结构完美，质量优秀的塑件制品。四、论文工作进度与安排起讫日期 工作内容 达到要求毕业设计辅导，学生进行相关准备工作，选题并审批。审批完成教师下发任务书，学生完成开题报告，教师审核。审核完成学生上交开题报告，开始设计。教师指导 初稿完成学生完成毕业设计，并上报周记 5 次，教师指导 定稿完成学生提交毕业设计材料（