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积木
moldflow
分析
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拼插积木Moldflow分析,积木,moldflow,分析
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摘 要对一种拼插积木进行了注射分析，通过分析软件Moldflow对充填时间、注射压力、气穴、熔接痕和翘曲变形量进行了模拟分析，进而优化设计方案。减少开发时间和开发成本。关键词：拼插积木；模流分析；熔接痕目 录前 言11 塑件结构分析与材料的选择21.1塑件结构21.1.1 塑件结构图样21.1.2 塑件的详细数据21.1.3塑件细节31.2塑件的材料特性31.2.1 物理性能31.2.2力学性能31.2.3热性能41.3材料数据42浇口位置的选择62.1浇注点62.1.1 方案一62.1.2 方案二82.2充填结果比较102.2.1 方案一102.1.2 方案二113 流道系统的构建133.1 流道创建133.2 流道系统充填过程摘要133.2.1方案一133.2.2方案二143.3 流道系统充填结果摘要143.3.1 方案一143.3.2 方案二164冷却分析194.1水路创建194.1.1 水路194.2创建步骤204.3充填对比204.3.1方案一204.3.2方案二20总 结22致 谢23参考文献24前 言模具是制造业的一种基本工艺装备，它能通过控制和限制固态或液态材料的流动，使原材料形成所需要的形体。用模具制造零件具有效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低等优点所以被广泛应用于制造业中。本次使用的Moldflow仿真软件具有注塑成型仿真工具，能够帮助我们验证和优化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程。该软件通过仿真设置来分析产品的壁厚、浇口位置、材料、几何形状变化等，为我们的设计方案进行设计参考，从而优化设计方案。 1 塑件结构分析与材料的选择1.1塑件结构1.1.1 塑件结构图样图1-1 积木立体图1.1.2 塑件的详细数据图1-2 积木2D图 塑件名称：品插积木 塑件材料：聚丙烯 塑件批量：大批量生产 1.1.3塑件细节图1-3 积木网格划分 网格类型 = 双层面 网格匹配百分比 = 89.9 % 相互网格匹配百分比 = 87.6 % 节点总数 = 4544 注射位置节点总数 = 1 注射位置节点标签是: 308461.2塑件的材料特性该积木是由聚丙烯制成，而聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。按甲基排列位置分为等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯三种。1.2.1 物理性能聚丙烯是一种无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物。它对水特别稳定，在水中的吸水率仅为0.01%，分子量约8万一15万。成型性好，但因收缩率大(为1%2.5%），厚壁制品易凹陷，对一些尺寸精度较高零件，很难于达到要求，制品表面光泽好。1.2.2力学性能聚丙烯因为结晶度高，结构规整，所以具有优良的力学性能。聚丙烯力学性能的绝对值高于聚乙烯，但在塑料材料中仍属于偏低的品种，其拉伸强度仅可达到30MPa或稍高的水平。1.2.3热性能聚丙烯具有良好的耐热性，制品能在100以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150也不变形。脆化温度为-35，在低于-35会发生脆化，耐寒性不如聚乙烯。通过对材料的物理性能、力学性能和热性能的对比得出聚丙烯优于聚乙烯，因此将聚丙烯作为这件产品的生产材料。1.3材料数据 材料在实验过程中温度对材料比热的影响，见表1-1 。表1-1 材料比热温度T(K)比热Cp(J/kg-K)305.15001786.0000347.15002130.0000381.15002531.0000392.15003033.0000395.15003704.0000399.15001.1723E+004402.15001.9706E+004404.15005834.0000407.15002614.0000415.15002547.0000436.15002622.0000533.15002887.0000 在实验过程中温度对材料热传导率的影响，如表1-2。 表1-2 热传导率温度T(K)热传导率K(W/m-K)309.95000.1889319.95000.1898339.95000.1915温度T(K)热传导率K(W/m-K)360.15000.1901380.35000.1894400.65000.1886439.65000.1717458.85000.1731478.55000.1726498.65000.1726518.95000.1759539.15000.1752通过以上数据分析得出，该材料的比热随温度的上升逐渐提高，热传导率随温度的上升先逐步上升，当温度达到一定程度时开始下降。2浇口位置的选择浇口位置的选择直接关系到熔体在型腔内的流动，是决定产品质量的最重要因素之一，因此确定合理的浇口位置是合格产品的必要条件。使用“浇口位置分析”是为了从几何角度确定一个较为理想的浇口位置范围。但这只是一个参考，并不能起到决定性作用。因为浇口位置的确定还要考虑到很多其它因素。2.1浇注点2.1.1 方案一图2-1 方案一浇点位置图方案一在充填阶段不同时间熔体的体积、压力、锁模力和流动速率都会发生变化，见表2-1。 表2-1 充填状态时间 (s)体积 (%)压力(MPa)锁模力 (tonne)流动速率 (cm3/s)状态0.0154.083.000.027.02V0.0308.614.420.056.95V0.04613.505.460.107.13V0.06118.096.300.157.15V0.07622.997.140.227.18V 0.09027.327.730.277.19V0.10632.408.390.34 7.20V 0.12036.838.910.407.23V 时间(s)体积 (%)压力(MPa)锁模力 (tonne)流动速率 (cm3/s)状态0.13641.609.400.467.22V0.15146.419.850.537.24V0.16751.4510.300.597.25V0.18155.6410.680.657.25V0.19560.1911.060.717.26V0.21365.8311.540.797.26V0.22770.1911.910.857.26V0.24074.1412.270.927.27V0.25578.8312.831.027.27V0.27183.6813.571.177.28V0.28788.4814.581.397.28V0.30192.7716.041.747.28V0.31596.6818.732.417.28V0.32398.8320.632.857.10V/P0.32799.6718.922.883.23P0.328100.0018.612.893.23已填充注: V=速度控制 P=压力控制 V/P=速度/压力切换方案一在充填过程中最大注射压力为0.3229s的20.6305 MPa，最大锁模力为2.8888 tonne。充填结束的时间为0.3278 s，总重量(零件 + 流道) 为1.7364g。图2-2 方案一充填结果图 注塑机的推荐螺杆速度 (相对)，见表2-2。表2-2 螺杆速度%射出体积%流动速率0.000013.663710.000030.051920.000044.784130.000062.197240.000081.404750.000096.102060.0000100.000070.000089.676580.000072.156990.000040.7044100.000013.26292.1.2 方案二图2-3 方案二浇点位置图方案二在充填阶段不同时间熔体的体积、压力、锁模力和流动速率都会发生变化，见表2-3。表2-3 充填状态时间(s)体积(%)压力(MPa)锁模力(tonne)流动速率(cm3/s)状态0.0154.422.770.017.05V时间(s)体积(%)压力(MPa)锁模力(tonne)流动速率(cm3/s)状态0.0309.174.010.036.97V0.04513.645.810.067.00V0.06118.407.200.117.12V0.07522.918.290.167.11V0.09027.519.250.217.13V0.10632.4410.080.277.18V0.12136.9810.920.347.18V0.13641.7311.950.437.16V0.15146.1113.370.577.17V0.16650.6014.630.717.13V0.18155.1916.150.897.20V0.19659.8817.231.047.22V0.21164.2918.211.197.22V0.22568.7119.301.367.23V0.24173.4020.631.587.22V0.25677.7622.911.977.24V0.27182.2724.312.247.26V0.28686.9425.472.477.28V0.30191.4026.592.697.29V0.31595.6627.982.987.28V0.32598.4430.583.607.17V/P0.33099.5227.603.493.80P0.33399.8925.763.382.50P0.334100.0025.483.372.50已填充 注: V=速度控制 P=压力控制 V/P=速度/压力切换方案二在充填过程中最大注射压力为0.3252s的30.5823MPa，最大锁模力为3.6048 tonne。充填结束的时间为0.3336 s，总重量(零件 + 流道) 为1.7389g。图2-4 方案二充填结果图 注塑机的推荐螺杆速度 (相对)，见表2-4。表2-4螺杆速度%射出体积%流动速率0.000036.874010.000054.835620.000072.365430.0000100.000040.000091.675550.000082.528260.000092.288270.000081.879680.000079.175690.000083.7956100.000031.56612.2充填结果比较2.2.1 方案一 总体温度 - 最大值 = 219.6817 C 总体温度 - 第 95 个百分数 = 212.2055 C 总体温度 - 第 5 个百分数 = 168.1793 C 总体温度 - 最小值 = 149.7005 C 总体温度 - 平均值 = 186.4419 C 总体温度 - 标准差 = 13.5732 C 剪切应力 - 最大值 = 0.2348 MPa 剪切应力 - 第 95 个百分数 = 0.1291 MPa 剪切应力 - 平均值 = 0.0584 MPa 剪切应力 - 标准差 = 0.0359 MPa 冻结层因子 - 最大值 = 0.4412 冻结层因子 - 第 95 个百分数 = 0.3209 冻结层因子 - 第 5 个百分数 = 0.1013 冻结层因子 - 最小值 = 0.0000 冻结层因子 - 平均值 = 0.2318 冻结层因子 - 标准差 = 0.0661 剪切速率 - 最大值 = 6550.7422 1/s 剪切速率 - 第 95 个百分数 = 1208.9164 1/s 剪切速率 - 平均值 = 250.5766 1/s 剪切速率 - 标准差 = 508.3740 1/s2.1.2 方案二 总体温度 - 最大值 = 220.3509 C 总体温度 - 第 95 个百分数 = 211.2053 C 总体温度 - 第 5 个百分数 = 156.8473 C 总体温度 - 最小值 = 138.4826 C 总体温度 - 平均值 = 184.7913 C 总体温度 - 标准差 = 15.6706 C 剪切应力 - 最大值 = 0.2082 MPa 剪切应力 - 第 95 个百分数 = 0.1280 MPa 剪切应力 - 平均值 = 0.0711 MPa 剪切应力 - 标准差 = 0.0375 MPa 冻结层因子 - 最大值 = 0.6295 冻结层因子 - 第 95 个百分数 = 0.3989 冻结层因子 - 第 5 个百分数 = 0.1060 冻结层因子 - 最小值 = 0.0000 冻结层因子 - 平均值 = 0.2377 冻结层因子 - 标准差 = 0.0846 剪切速率 - 最大值 = 6867.5664 1/s 剪切速率 - 第 95 个百分数 = 1210.1982 1/s 剪切速率 - 平均值 = 359.9854 1/s 剪切速率 - 标准差 = 547.3615 1/s通过对两种方案的填充结果进行比较得出方案一的填充效果优于方案二，因此浇点位置选择方案一。3 流道系统的构建流道系统分为主流道、分流道和浇口，是熔体流经的通道。流道系统创建的合理与否对制件质量有很大影响。 本次拼插积木模具设计为一模两腔。主流道在中间，经分流道，通过点浇口进入型腔。3.1 流道创建其中一模两腔是通过手动镜像创建的。流道则是先创建节点，由节点创建线，再对线进行属性定义，设定属性和几何尺寸，最后划分网格得到如图3-1图3-1方案一流道位置图图3-2方案二流道位置图3.2 流道系统充填过程摘要3.2.1方案一总体温度 - 最大值 (在0.591 s) = 224.0438 C总体温度 - 第 95 个百分数 (在0.591 s) = 223.9043 C总体温度 - 第 5 个百分数 (在0.251 s) = 219.9130 C总体温度 - 最小值 (在0.251 s) = 219.9130 C剪切应力 - 最大值 (在0.551 s) = 0.1554 MPa剪切应力 - 第 95 个百分数 (在0.251 s) = 0.0960 MPa剪切速率 - 最大值 (在0.551 s) = 8088.1226 1/s剪切速率 - 第 95 个百分数 (在0.551 s) = 2092.2903 1/s3.2.2方案二总体温度 - 最大值 (在0.588 s) = 222.3897 C总体温度 - 第 95 个百分数 (在0.274 s) = 219.9303 C总体温度 - 第 5 个百分数 (在0.626 s) = 156.8144 C总体温度 - 最小值(在0.626 s) = 138.4676 C剪切应力 - 最大值 (在0.576 s) = 0.2876 MPa剪切应力 - 第 95 个百分数 (在0.274 s) = 0.1777 MPa剪切速率 - 最大值 (在0.385 s) = 2.8288E+004 1/s剪切速率 - 第 95 个百分数 (在0.274 s) = 1.5101E+004 1/s3.3 流道系统充填结果摘要3.3.1 方案一 1）总体温度如图3-3所示：图3-3总体温度图 主流道/流道/浇口总重量 = 1.5001 g 总体温度 - 最大值 = 223.1863 C 总体温度 - 第 95 个百分数 = 223.0574 C 总体温度 - 第 5 个百分数 = 221.9609 C 总体温度 - 最小值 = 221.4482 C 总体温度 - 平均值 = 222.2522 C 总体温度 - 标准差 = 0.4160 C 2）剪切应力如图3-4所示：图3-4剪切应力图 剪切应力 - 最大值 = 0.1033 MPa 剪切应力 - 第 95 个百分数 = 0.0626 MPa 剪切应力 - 平均值 = 0.0385 MPa 剪切应力 - 标准差 = 0.0163 MPa 3）冻结层因子如图3-5所示：图3-5冻结层因子图 冻结层因子 - 最大值 = 0.1449 冻结层因子 - 第 95 个百分数 = 0.1430 冻结层因子 - 第 5 个百分数 = 0.0887 冻结层因子 - 最小值 = 0.0616 冻结层因子 - 平均值 = 0.1087 冻结层因子 - 标准差 = 0.0179 4）剪切速率如图3-6所示：图3-6剪切速率图 剪切速率 - 最大值 = 2123.6267 1/s 剪切速率 - 第 95 个百分数 = 591.9053 1/s 剪切速率 - 平均值 = 215.1561 1/s 剪切速率 - 标准差 = 231.7699 1/s3.3.2 方案二 1）总体温度如图3-7所示：图3-7总体温度图主流道/流道/浇口总重量 = 1.4858 g总体温度 - 最大值 = 223.7672 C总体温度 - 第 95 个百分数 = 223.5689 C总体温度 - 第 5 个百分数 = 222.9728 C总体温度 - 最小值 = 222.3305 C总体温度 - 平均值 = 223.1736 C总体温度 - 标准差 = 0.2161 C2）剪切应力如图3-8所示：图3-8剪切应力图剪切应力 - 最大值 = 0.1007 MPa剪切应力 - 第 95 个百分数 = 0.0607 MPa剪切应力 - 平均值 = 0.0314 MPa剪切应力 - 标准差 = 0.0132 MPa3）冻结层因如图3-9所示：图3-9冻结层因子图冻结层因子 - 最大值 = 0.1194冻结层因子 - 第 95 个百分数 = 0.1189冻结层因子 - 第 5 个百分数 = 0.0903冻结层因子 - 最小值 = 0.0642冻结层因子 - 平均值 = 0.1021冻结层因子 - 标准差 = 0.01064）剪切速率如图3-10所示：图3-10剪切速率图剪切速率 - 最大值 = 2025.6293 1/s剪切速率 - 第 95 个百分数 = 542.0113 1/s剪切速率 - 平均值 = 143.5082 1/s剪切速率 - 标准差 = 200.3745 1/s通过对两种流道的重量以及填充时间和填充效果进行对比方案一比方案二更好，因此流道的设计选择方案一。4冷却分析在模具的设计中拥有一个良好的冷却系统可以缩短制件冷却时间，提高生产率；还可以均匀冷却制件，降低制件的内部残余应力，保持尺寸稳定，提高产品质量。4.1水路创建水路的创建与流道创建类似，都是创建节点然后连线，定义属性设定尺寸后再划分网格就好了。同时，水路设计时，还要定义进水口，并且可以设定水温、雷诺数等相关参数。4.1.1 水路图4-1 方案一水路图图4-2 方案二水路图4.2创建步骤Moldflow拥有自动排布冷却水路的功能。首先打开菜单栏创建冷却回路，冷却管道与X轴平行，点击下一步出现图4-2，输入管道的数量2.点击完成创建冷却回路。图4-2 “冷却回路向导”对话框第二页4.3充填对比4.3.1方案一总体温度 - 最大值 (在0.588 s) = 222.3897 C总体温度 - 第 95 个百分数 (在0.274 s) = 219.9303 C总体温度 - 第 5 个百分数 (在0.626 s) = 156.8144 C总体温度 - 最小值 (在0.626 s) = 138.4676 C剪切应力 - 最大值 (在0.576 s) = 0.2876 MPa剪切应力 - 第 95 个百分数 (在0.274 s) = 0.1777 MPa剪切速率 - 最大值 (在0.385 s) = 2.8288E+004 1/s剪切速率 - 第 95 个百分数 (在0.274 s) = 1.5101E+004 1/s4.3.2方案二总体温度 - 最大值 (在0.591 s) = 221.1063 C总体温度 - 第 95 个百分数 (在0.276 s) = 219.9239 C总体温度 - 第 5 个百分数 (在0.615 s) = 168.0345 C总体温度 - 最小值 (在0.615 s) = 149.6626 C剪切应力 - 最大值 (在0.591 s) = 0.2850 MPa剪切应力 - 第 95 个百分数 (在0.591 s)= 0.1652 MPa剪切速率 - 最大值 (在0.591 s) = 2.6579E+004 1/s剪切速率 - 第 95 个百分数 (在0.276 s) = 9863.5879 1/s通过两种方案的冷却结果的对比方案一要优于方案二，所以选择方案一。综合以上两种方案的浇点位置、流道系统和冷却分析的结果进行对比，方案一在浇注时注射压力、锁模力，流道系统模具重量浇注时间以及冷却时塑件的冷却时间、冷却效果均优于方案二，因此选择方案一。总 结Moldflow是一种具有注塑成型仿真工具的软件，能够帮助我们验证和优化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程。能够通过仿真设置和结果阐明来展示壁厚、浇口位置、材料、几何形状变化如何影响可制造性。从薄壁零件到厚壁、坚固
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