材料成型过程计算机辅助分析模拟综合实验报告

综合实验课程名称： 材料成型过程计算机辅助分析模拟综合实验 学 院： 机械工程学院 专 业：材料成形及控制工程姓 名： Mr.Li 学 号： 1308030000 年 级： 2013级 任课教师： 梅益 2017 年 3 月 8 日目 录第一章 CAD建模与塑件分析1一、 三维零件建模1二、 计算塑件体积2三、计算塑件质量2第二章 塑件注塑成形CAE分析与模拟2一、注射机的选择2二、 确定型腔数目3三、 分型面的选择4四、浇注系统的设计41.主流道的设计42.分流道的设计53.浇口的设计5五、Moldflow有限元分析5第三章 模具结构CAD结构设计8一、初始化项目8二、模具坐标系确定8三、工件毛坯设置8四、多型腔布局设计9五、模具分型9六、添加模架10七、浇注系统建模11八、设计推杆11九、设计定位环11十、设计浇口套11十一、绘制冷却水道11第四章 模具关键零件CAM制造12一、模具型芯的加工12二、模具型腔的加工13第五章 模具成本核算15总结16附录 第四小组综合实验讨论剪影18附录 第四小组综合实验讨论会议记录20第1章 CAD建模与塑件分析1、 三维零件建模对老师给出的IGS文件进行尺寸测量，单位为英寸，零件主要特征均为圆弧，测量完成后对零件进行UG建模，建模主要步骤如下图所示。首先进行主体的拉伸，拉伸曲线和结果如下图所示。拉伸完成后，对零件进行打孔操作。第三步需要进行的是上下两个凹槽的去除，同样用拉伸工具，拉伸出实体就差即可，操作结果如下图。最后一步为本零件建模难点，需切去零件的一角，因缺角的位置和尺寸较特殊，所以应用回转命令，回转出实体后求差，得到切角的效果。最终结果如下图所示。2、 计算塑件体积利用UG NX8.5中测量体积工具，可测出，零件的实际体积为。两个塑件及浇注系统凝料的总体积大约为三、计算塑件质量通过查找资料，确定 ABS塑件的密度为1.05g/cm，结合测出的塑件体积，计算可得塑件的质量为第2章 塑件注塑成形CAE分析与模拟一、注射机的选择注射成型机的实际注射量应在额定注射量的20%80%之间，因此注射机的额定注射量为：，初选卧式注射成型机SZ-1000/300，该设备的具体技术参数见表2-1所示。注射方式螺杆式螺杆直径70 螺杆转速/0150 理论注射容量1000注射压力150 注射速率325 塑化能力180锁模力300移模行程650拉杆间距760700最大模厚650最小模厚340定位孔直径250定位孔深度40合模方式肘杆顶出行程/mm140顶出力70喷嘴伸出量30喷嘴球半径20喷嘴口孔径3.5油泵电动机功率37加热功率24.5机器质量15外形尺寸6.7X1.9X2.32、 确定型腔数目型腔数目的确定： 式中 V注塑机的最大注射量 cm V1浇注系统凝料量 cm V2单个产品的体积或质量 cm 通常情况下，浇注系统凝料量为产品的0.5倍 根据设计需要和生产效率及经济性要求可知，为满足塑件的使用要求，即要大批量生产，在同一次的注射成型中，一次成型塑件的数目为两个，也就是采用一模两腔的方式。3、 分型面的选择模具闭合时，型芯与型腔相接触的表面称之为分型面。为了便于脱模，分型面的位置应该设置在塑件断面尺寸最大的地方，还要不影响制品的外观。此外，分型面顶的选择还要遵守以下原则：1.分型面的选择应考虑塑件的技术要求。当塑件的表面有同轴度、平行度等要求时，应尽可能将其置于同一半模内。2.分型面应尽量选择在不影响塑件外观的位置，并使其产生的飞边易于清理和修整。3.分型面的选择应有利于排气。4.分型面的选择应便于模具的加工分型面的选择应考虑注射机的技术参数。5.分型面的选择应便于模具的加工6.分型面的选择应考虑注射机的技术参数。根据该塑件的结构特征，分型面的选择的具体为零件底面即可。四、浇注系统的设计浇注系统是指模具中塑料熔体有注射机碰嘴至型腔之间的进料通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密、轮廓清晰、表面光洁、尺寸精确的塑件。浇注系统可分为普通浇注系统和无流道凝料浇注系统。此塑件采用普通浇筑系统。1.主流道的设计主流道是连接注射机喷嘴与分流道或型腔的进料通道。其作用是将塑料熔体引入模具，其形状、大小会直接影响塑料熔体的流速和填充时间。在模具中，主流道垂直于分型面，其形状一般设计成圆锥形，其圆锥角一般为24，便于将冷凝料从主流道中拔出。内壁表面粗糙度为。主流道上端直径2.分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的进料通道，在多型腔模中，一般均设置分流道，为了便于模具的制造，降低生产成本，本模具的分流道设计为圆形，分流道直径与主流道的直径一致，取，长度。3.浇口的设计浇口是连接分流道与型腔的通道。浇口通过截面积的突然变化，使分流道送来的塑料熔体迅速均衡地充满型腔。浇口的设计应遵循以下原则：1. 应避免引起熔体的破裂。2. 浇口应设置在塑件最大壁厚处。3. 应有利于排气。4. 有利于减少熔接痕和提高熔接痕强度。5. 防止型芯变形。 根据塑件的特点及简化模具设计的原则，此塑件选择点浇口。点浇口对于小型塑件浇口可从以下范围内取值，浇口厚度，浇口宽度，浇口长度，所以，选取浇口尺寸为。五、Moldflow有限元分析 1.导入零件三维模型，将IGS文件直接导入MoldFlow即可，避免了导入UG建模STL文件产生的测量误差。2. 网格划分，根据题目要求，网格数量在6000个以上，定义网格密度为适当值使网格数量满足要求，最终划分网格数量为7662个。3. 进行网格缺陷诊断及修复，修复较大的纵横比，自由边、重叠单元等，直至满足分析需求。4. 创建浇注系统，根据上文计算尺寸，首先绘制节点，然后连线并定义曲线属性为流道和浇口，最后进行浇注系统的网格划分。建模结果如下图所示。5. 生成冷却系统，因零件结构简单，上下均为平面，所以应用自动生成的冷却系统冷却水路即可，应用冷却水路向导，甚至相关参数生成冷却回路，满足冷却要求。最后生成结果如下图所示。6.成型窗口分析初步确定工艺参数，设置分析序列为成型窗口，设置相关参数，并开始分析，结果如下图所示。可以得到一个较为合适的产品注塑工艺方案，具体参数初步确定为：模具温度70，熔体温度235.8，注射时间1.245s。7.根据上文得出的初步工艺参数值以及绘制好的浇注系统和冷却系统，进行填充+保压+冷却+翘曲分析，经软件计算，结果如下图所示。熔接痕是塑件表面的一种线状痕迹，系由注射或挤出中若干股流料在模具中分流汇合，熔料在界面处未完全熔合，彼此不能熔接为一体，造成熔合印迹，影响塑件的外观质量及力学性能。因此在注塑过程中，应尽量避免熔接痕的产生。即使其无法避免是，也应尽力将其推至表面质量要求不高，不受力的区域，保证塑件质量，上图为熔接痕分析结果，可见熔接痕数量在理想范围之内，主要产生在三个小孔之中以及零件最后填充的一个面上。塑件的气穴经常出现在塑件的边缘位置，一般可通过合理的设计分型面以及适当的型芯配合间隙，排除气体，减少气穴。该塑件的气穴如上图所示。上图为缩痕和翘曲的分析结果，翘曲是注塑件常见的缺陷之一，它是指塑料塑件的形状偏离了模具型腔的形状所形成的质量缺陷。塑件产生翘曲变形的主要因素有收缩不均匀，冷却不均匀，分子取向不一致，边角效应等问题。通过对注塑件的翘曲变形分析，可以得出影响翘曲变形的主要因素，并通过优化成型工艺参数，降低塑件的翘曲变形，使其达到产品质量要求规定的范围内。通过对塑件的填充保压冷却翘曲分析，最终翘曲变形结果如上所示，该注塑件的最大翘曲值为1.1mm，结果并不是很理想，需要对塑件的翘曲变形进行优化。8. DOE优化分析，以初步确定的工艺参数为中间值，上下扩展一定的空间。设置模具温度和熔体温度两个变量，模具表面温度分别取87、104、121，熔体温度分别取271、282、293。对上述六个参数进行DOE分析，采用正交试验法，共得出九种试验方案，分析结果下图所示。 将分析出的结果设置为最终工艺参数，再次进行填充保压冷却翘曲分析，结果如下图所示。第3章 模具结构CAD结构设计一、初始化项目 打开注塑模向导，将零件初始化设置为注塑模用零件，并确定好零件的材料和收缩率。根据题目要求，材料为ABS，收缩率设定为1.006。二、模具坐标系确定 重新定义零件的坐标系，根据零件特性，将坐标系X、Y房方向放置于零件体心，Z方向的零点位于零件底面即可。三、工件毛坯设置 插入工件毛坯，开始和结束尺寸分别设置为-1和1.5英寸。其余参数默认即可，确定并插入工件。四、多型腔布局设计由上文可知，模具为一模两腔，应用型腔布局工具，在现有工件的左侧再设置一个工件，并自动对称到坐标中心，完成一模两腔布局，结果如下图所示。五、模具分型打开模具分型工具，应用检查区域选项，对模具各面进行计算，并人工甚至未定义的区域的类型。完成区域定义后，进行曲面补片，封住零件上表面三个空，以便构成完整的分型面。补片结果如下图所示。补片完成后，定义区域，选择所有面，自动创建区域创建分型线。区域定义完成后，选择定义分型面，因为分型面较简单，系统自动一次生成即可。分型面结果如下图所示。 完成分型面创建之后，即可定义型芯型腔区域，系统自动输出型芯型腔要求的结果，如下图所示。模架库的选用；标准件选用；浇注系统设计；冷却系统设计；六、添加模架 打开标准模架库，选择DME系列A型模架，修改A、B板尺寸，是之符合模具镶块的尺寸范围。模架具体类型及主要尺寸见下图。单位为英寸。七、浇注系统建模首先是浇口的创建，在注塑模向导浇口库中选择点浇口样式，根据上文设计要求，修改浇口尺寸后插入浇口。完成浇口的创建。第二步是横浇道和直浇道的建模，在浇道选项中选择圆形浇道，首先在草图环境中绘制浇道中心线，甚至浇道直径后，自动生成两条浇道。八、设计推杆 因为零件属于平面类零件，应该在内表面设计推杆使塑件脱模时能够顺利脱模。打开标准件库，找到DME，Ejector Pin设计推杆参数。先应将设计的推杆长度预设地较长，之后使用顶杆后处理，将推杆剪短至分型面下表面。九、设计定位环 打开标准件库，找到DME，Injection，Locating Ring设计定位环参数。根据模架及零件，修改系统配置参数，将定位环生成。十、设计浇口套找到DME，Injection，Sprue Bushing设计浇口套参数。根据模架及零件和型腔上表面，修改系统配置参数，将浇口套生成。十一、绘制冷却水道先在A板与B板的冷却水道的起始面和终止面绘制水道的圆心定位草图。布局与MoldFlow中保持一致，根据冷却水路直径，应用扫掠命令，绘制管道，打开冷却回路向导，将建管道制定为冷却回路。上述步骤关键节点操作截图如下图所示。第4章 模具关键零件CAM制造一、模具型芯的加工1.进入UG加工环境，创建程序，选择加工环境为 mill contour。2.创建刀具，选择一把平头铣刀，一把圆头铣刀和一把T型铣刀，分别命名为“T1”、“T2”、“T3”，作为粗加工、半精加工和精加工所用刀具。3.创建几何体，制定需要加工的部件以及毛坯。毛坯选择用包容块的方法来创建，限制数值全部为零。4.创建加工方法，分别创建铣削粗加工、铣削半精加工和铣削精加工三种加工方法。部件余量及公查取默认值。 5.创建粗加工工序，工序子类型选择“型腔铣”，刀具选择“T1”，几何体为WORKPIECE,加工方法为粗加工（MILL_ROUGH）。切削模式选择往复，其他参数保持默认。确认刀轨。路径如下图所示。6. 创建半精加工工序，工序子类型选择“剩余铣”，刀具选择“T2”，几何体为WORKPIECE,加工方法为半精加工（MILL_SEMI_FINISH）。切削模式选择跟随部件，其他参数保持默认，生成刀轨，见下图。7.创建精加工工序1，工序子类型选择“固定轮廓铣”，刀具选择“T3”，几何体为WORKPIECE,加工方法为精加工（MILL_FINISH）。切削模式选择区域切削，模式为往复。生成刀轨，见下图。 8.创建精加工工序2，工序子类型选择“实体轮廓3D”，刀具选择“T3”，几何体为WORKPIECE,加工方法为精加工（MILL_FINISH）。切削模式为跟随壁的底部，生成刀轨，见下图。二、模具型腔的加工型腔加工方法与型芯类似，设置步骤基本一致，修改刀具类型及参数以及具体切削方式即可。1.型腔加工刀具为四把，分别为一把平头铣刀，一把圆型铣刀，一把T型铣刀和一把桶状铣刀。 2.选用底壁铣作为粗加工方式，铣削空间范围为底面。3.半精加工共两道工序，分别为型腔铣和非陡峭区域铣削。4.精加工工序也为两道，更换精加工刀具，进行非陡峭区域铣削和实体轮廓3D铣削。各工序刀路及最终切削结果如下图所示。19第5章 模具成本核算总结综合实验是大学最后的毕业设计之前的一次练习，也是对以前专业知识的一种复习。温故知新，在这次综合实验的过程中，我又重新翻开了塑料成型工艺、注塑有限元分析、模具制造工艺等相关的课本。当时所学的知识有全都浮现在了脑海里，虽然当初学的时候，对那些知识的印象并不是十分深刻，但是在这次的综合运用中，明白了各科课程之间丝丝缕缕的联系，明白了当时所学知识的重要性。每门课程都有自己的课程设计，但都只是针对该课程的知识所涉及的题目。这次综合实验是一次全面的检测。从图纸入手，到最终的模具成本核算，整个模具的研发周期全都包含在内。让我们对大学专业知识有了综合的认识和应用。通过本次综合实验的设计与分析过程，我的收获颇丰，也学到了很多知识。从通过塑件的工程图进行建模，到材料的性能分析、塑件的工艺分析，再到模具的设计与计算。在整个设计的过程中，我对注塑模具的结构与设计