肥皂盒模流分析.docx

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肥皂盒模流分析

华东交通大学

肥皂盒模流分析实训报告

院系：

机电工程学院

专业：

材料成型及控制工程

班级：

（模具）12-1班

姓名：

刘文波

学号：

20

指导老师：

匡唐清

第一章三维造型……………………………………1

第二章CADdoctor修复和简化……………………2

第三章网络划分和网络修复………………………3

第四章材料选择和浇口位置分析…………………5

第五章填充分析……………………………………8

第六章浇注系统统和填充分析……………………14

第七章冷却系统分析和优化………………………16

第八章保压分析和优化……………………………20

第九章翘曲分析和优化……………………………23

第十章总结…………………………………………25

第十一章心得体会与课堂建议……………………27

第一章三维造型

、造型CAD图纸

利用UG制作零件的三维造型，外观主要尺寸为长宽高（130*90*25mm），零件厚度为2mm，大部分壁厚比较均匀，如图1-1所示。

图1-1零件三视图

、三维建模

通过建立草图、拉伸、扫略、抽壳、替换面、修剪提、分割面、倒圆角等工具生成肥皂盒三维造型，如图1-2所示。

图1-2肥皂盒三维造型

、导出模型

将制作好的造型以igs格式文件导出，准备导入到CADdoctor修复和简化。

第二章CADdoctor修复和简化

、导入模型

把从UG导出的igs格式文件导入到CADdoctor中，切换到Translation状态，然后对零件进行检测。

修补之前的模型如图2-1所示。

其中自由边316条，自由边环路71条。

图2-1CAD修复之前模型

、修复模型

对多余的面和边进行删除，缺漏的边和面进行修补。

对自由边、自由边环路、自相交等进行修复简化，修复之后的三维模型如图2-2所示。

其中自由边0条，自由边环路0条。

图2-2CAD修复之后模型

、导出制件

将修复之后的模型以udm格式导出，准备下一步的网格划分。

第三章网格划分和网格修复

、网格划分

根据零件的形状和厚度，设置全局边长，一般来说，网格单元边长为壁厚的2~3倍。

通过三种方案对比，选出比较合理的方案。

方案1.全局网格边长为，弦高；

方案2.全局网格边长为，弦高；

方案3.全局网格边长为，弦高。

图3-1三角形网格划分

、网格统计

方案一经过分析得出，纵横比较大，需要调整。

匹配率为%，连通区域为1，自由边、重叠单元为0，多重边为109。

结果如图3-2所示。

方案二匹配率为%，最大纵横比，自由边，重叠单元为0，比较适合。

方案三最大纵横比为%，匹配率有所下降，故这里选择方案二。

图3-2方案1

诊断结果

图3-3方案2

诊断结果

图3-4方案3

诊断结果

、网格修复

通过各网格的划分比较，得出方案二的效果较好，选择方案二做修复和简化处理如下，再经过缝合、交换边、插入节点等命令对产品进行修复。

修复完成的结果如图3-6所示。

其中三角形个数为6404个，纵横比最大，平均值，满足要求。

图3-5网格修复

图3-6修复完成结果

、厚度诊断及修改

结果如图所示，平均厚度2mm，最厚处达到，最薄处为。

需要对局部区域进行厚度修改。

图3-7网格厚度诊断

第四章材料选择和浇口位置分析

、材料选择

根据制件的结构、性能、用途等因素，参考模具设计与制造课本选择材料。

制件为壳体件肥皂盒，一般可以采用的材料有PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）等。

由外光可以看出，外光比较好，且制品成型需要的流动性相对较高，综合选择GenericPP：

GenericDefault作为本壳体材料。

材料的推荐工艺如图4-1所示。

图4-1材料选择

、浇口位置分析

浇口位置分析有两种方式，运用高级浇口定位器和浇口区域定位器找到合适的地方确定浇口位置。

通过观察与分析找到了最佳浇口区域为蓝色和淡蓝色处。

图4-2最佳浇口位置

图4-3浇口匹配

根据流动阻力分析和结构分析，上图浇口位置区域的流动阻力在填充时阻力较小，暂时确定浇口形式为点浇口和侧浇口，后面再分析得出结论。

方案一为直浇口，如图4-4所示；方案二为侧浇口，如图4-5所示。

图4-4直浇口

图4-5侧浇口

、快速填充

图4-6充填时间

图4-7速度压力切换时的压力

图4-8流动前沿温度

图4-9达到顶出温度的时间

图4-10气穴对比

图4-11填充末端压力

图4-12熔接痕

通过以上详细的对比，方案一气穴相比方案二多三处，方案一末端压力较方案二高6MPa，方案一有五处熔接痕，且在同一直线上。

由此初步判断方案二稍好一些。

第五章成型窗口和充填分析

、成型窗口

直浇口分析：

图5-1参数设置

图5-2质量成型窗口

成型质量最大值为，此刻的时间为,工艺设计参数除了注射机压力改为140MPa,其余均采用默认参数，模具温度区间为20-60℃，熔体温度区间为220-260℃。

先参考日志参数再调节得出上图的质量与温度。

模具/熔体

温度为40/240℃，如下图所示。

图5-3模具/熔体温度

注射时间最大为，最小为，这里取值。

图5-4最大压力降

由图线可知直浇口方案最大压力降为，值比较小，满足要求。

图5-5最低流动前沿温度

最低流动前沿温度为℃，温度的下降小于20℃，能保证良好的流动性能。

图5-6最大剪切速率

直浇口的最大剪切速率为s，小于材料的允许剪切速率100000/s，符合允许要求。

图5-7最大剪切应力

从图中看出，直浇口方案的最大剪切应力为，处于比较小的值，材料所允许的最大应力值为MPa,方案符合所需条件。

图5-8最长冷却时间

直浇口的最长冷却时间为，符合要求。

侧浇口分析：

图5-9质量成型窗口

成型质量最大值为，此刻的时间为,工艺设计参数除了注射机压力改为140MPa,其余均采用默认参数，模具温度区间为20-60℃，熔体温度区间为220-260℃。

先参考日志参数再调节得出上图的质量与温度。

模具/熔体

温度为45/240℃。

注射时间最大为，最小为，这里取值。

图5-10区域成型窗口

注射时间最大为，最小为，这里取值。

图5-11最大压力降

由图线可知直浇口方案最大压力降为，值比较小，满足要求。

图5-12最低流动前沿温度

最低流动前沿温度为℃，温度的下降小于20℃，能保证良好的流动性能。

图5-13最大剪切速率

侧浇口的最大剪切速率为s，小于材料的允许剪切速率100000/s，比直浇口具有更小的剪切速率，符合允许要求。

图5-14最大剪切应力

从图中看出，侧浇口方案的最大剪切应力为，处于非常小的值，材料所允许的最大应力值为MPa,方案符合所需条件。

图5-15最长冷却时间

直浇口的最长冷却时间为，符合要求。

总结：

根据以上快速充填分析和成型窗口分析，为了使制件获得更小的残余应力和跟高的强度硬度，我们选择侧浇口方案，后面的分析都将以侧浇口为分析对象。

、充填分析

工艺参数充填时间模具温度熔体温度

方案46℃240℃

其余参数均采用默认值，别进行分析，再找出差别比较大的参数图组，得出下图：

a:

填充时间b：

温度压力切换时的压力c：

到达顶出温度的时间

d：

总体温度e：

壁上剪切应力f：

熔接痕

a.

b.

c.

d.

e.

f.

图5-16充填分析结果

从流动前沿温度图中可以看出温度最高为245℃，从图看出达到顶出温度时间为，与设定时间20s足够了。

从图中看出，存在有四处熔接痕，但数目不多，因此不会影响零件的整体质量，因此方案可行。

第六章浇注系统和填充分析

、浇注系统

根据制品的结构和特征，如果为了提高生产效率，采取一模两腔设计，如图所示：

图6-1一模两腔侧浇口

主流道尺寸：

圆锥形形状始端直径为3mm，末端直径为6mm,长度为50mm，属性类型为冷主流道。

分流道尺寸：

圆形尺寸直径为4mm，长度为60mm，属性类型为冷流道。

浇口尺寸为矩形，长度为，宽度为2mm，高度为1mm，两腔之间浇口的距离为60mm，属性为冷浇口。

、浇注系统填充分析

由网格统计得制品的体积为：

cm³，由成型窗口分析得充填时间：

。

得出流率为³/s。

模具的温度为45℃，熔体由于浇口会有剪切升温的影响，所以温度应该由原来的245℃降低几度，取240℃。

进行分析如下：

图6-2流动前沿温度

流动前沿温度变化不大，仍然在240℃左右，其他参数也比较合理，说明此流道系统比较好，可以采用进行后续的分析。

图6-3填充时间

图6-4速度压力切换时的压力

图6-5填充末端压力

图6-6注射位置处压力

、浇注系统流道平衡分析

设置如图的参数，之后进行分析

图6-7参数设置

浇注系统总结：

流动前沿温度变化不大，仍然在240℃左右，其他参数也比较合理，说明此流道系统比较好，可以采用进行后续的分析。

第七章冷却系统分析和优化

、冷却系统构建

冷却系统可以采用两种方法进行设计：

方案一采用建模里面的冷却系统向导直接构建。

方案二采用手动设计，采用平移/复制节点→节点构线→网格

划分→冷却管→镜像来构建。

图7-1水管参数设计

方案1：

冷却回路向导生成管路

图7-2冷却系统向导生成水管

方案2：

手动设计冷却管路

图7-3手动生成管道

冷却水管采用多段循环进水，水管直径取10mm,外部采用软管连接。

、冷却系统比较和选择

1）回路冷却液温度比较

方案一：

向导生成管道取IPC：

20s、冷却液：

25℃

方案二：

手动生成管道取IPC：

20s、冷却液：

25℃

图7-4方案一回路冷却液温度

图7-5方案二回路冷却液温度

从图中看出两种方案冷却液温升均不大，方案二效果较好一些。

2）回路管壁温度比较

图7-6方案一回路管壁温度

图7-6方案二回路管壁温度

从以上图中看出，两种方案的回路管壁温度均升高的不是很多，方案1差值为℃，方案2差值为3℃，均在5℃以内。

3）冷却液温度情况比较

方案1

冷却液通过回路，两个水管冷却液升高分别为℃、℃，值比较小，冷却水路设计比较合理。

方案2

冷却液通过回路，四个水管冷却液升高度，差值已经很小了，冷却水路设计很合理。

通过上面两个方案比较可知，虽然方案1的冷却效果也不错，而方案2是经过自行设计优化之后的冷却方案，冷却效果更佳，这里我们选择方案二。

、冷却系统的优化

a.

b.

c.图7-7模具型芯温表面度比较

d.

e.

图7-8模具型腔表面温度比较

从上面的模具表面温度图7-7和图7-8看，优化前的方案：

模具温度基本都在36℃以上，而由成型窗口得出的模具温度为45℃，加上浮动温度为36±5℃，则通过改变冷却水的温度改善。

从优化方案看，模具温度大部分处于45±5℃内，且动定模两侧温度相差不大，符合制品的要求。

图7-9冷却液温度比较

通过图可知，优化后的冷却液温度升高℃，远低于优化前。

图7-10零件温度曲线比较

从零件温度曲线图7-10看，从名义厚度-1到+1看，优化前方案温度从45℃左右成直线比例上升到50℃左右，上下表面温差不大。

而从优化后的温度曲线看，在-1到+1区间的温度变化都是在很小的范围，两者制品冷却效果都比较好，但优化后更佳。

图7-11回路热去除效率比较

从回路热去除效率图7-11看，优化前后方案相差不大。

图7-12达到顶出温度时流道时间比较

从达到顶出温度时流道时间图7-12看，优化前时间最大为，优化后时间为，优化后方案可以接受。

总结：

根据以上多项比较得出优化后方案更符合制造的要求，且各方面的效果都较高，利用其进行后面的分析。

第八章保压分析和优化

、保压分析

工艺设置如下：

图8-1优化前冷却+充填+保压参数

图8-2优化前保压曲线

图8-3优化前保压曲线

由查材料收缩属性，由厚度得出材料的收缩范围为:

%~%。

图8-4材料体积收缩率

优化前方案

优化后方案

图8-5保压后收缩率比较

由图得知优化后体积收缩率大部分都在%到%之间。

优化前图组得出所需数据图如下：

图8-6压力X\Y图

图8-7浇口达到冻结时间图

总结：

由上面的图8-6得出压力在达到最大的，在16s时降为0MPa,取9s作为保压时间，由图8-7看出浇口到达凝固时间为，所以得压力降时间为。

但经过后续多次优化之后各个时间调整为的保压时间，5s卸压到30MPa，6s卸压到0MPa，保压曲线调整如下：

到达最大保压值40MPa，→保压时间→5s卸压到30MPa,6s卸压到0MPa。

从而得到保压曲线如下图所示：

图8-8保压压力-时间

保压总结：

经过保压曲线调整后得出图8-8结果图。

可以看出调整后的收缩几乎都在材料允许范围内（%%），相比没有优化要更好。

第九章翘曲分析和优化

、翘曲分析

保压完毕后进行最后一项分析：

冷却+充填+保压+翘曲。

设计翘曲分析的参数如下：

图9-1冷却+充填+保压+翘曲参数

设置好参数后进行分析，得出的结果如下：

图9-2变形，所有因素：

变形

从图中看出总的翘曲变形量为，变形量比较小，再来分析产生变形的主要原因有哪些。

图9-3变形，所有因素：

三维方向

从图中，由X/Y/Z三个方向比较分析来看，引起变形的方向为X/Y，而Z向影响很小，可以忽略。

图9-4变形，所有因素：

不同因素

从图中来看，经过（冷却不均、收缩不均、取向因素）分析比较，可以得出结论，产生变形的主要因素是收缩不均，其他两方面影响很小，可以忽略。

总结：

通过翘曲变形分析可知，产生变形的主导因素为X/Y轴向，而引起变形的原因为收缩不均，然而收缩不均产生于保压阶段，可以通过优化保压曲线来改善。

、翘曲优化

通过调整保压曲线进行优化，但由于此塑件翘曲变形量，变形量比较小，在可接受的范围以内，是比较好的分析结果，虽然可以优化，但改善的量也不多，所以就不必再做优化，以此作为最优方案。

第十章总结

该模型为壳体类零件，其尺寸信息为外观主要尺寸为长宽高（130*90*25mm），主体壁厚为，壁厚均匀，产品不是很大,制成一模两腔。

材料选用GenericPP：

GenericDefault材料。

根据Moldflow分析，其工艺设置为模具温度选用45℃，熔体温度选用240℃，注射时间为，IPC时间为20s。

图10-1零件三视图

浇注系统设置如图所示：

图10-2浇注系统

主流道尺寸：

圆锥形形状始端直径为3mm，末端直径为6mm,长度为50mm，属性类型为冷主流道。

分流道尺寸：

圆形尺寸直径为4mm，长度为60mm，属性类型为冷流道。

浇口尺寸为矩形，长度为，宽度为2mm，高度为1mm，两腔之间浇口的距离为60mm，属性为冷浇口。

冷却系统设置如下所示，管道直径为10mm，水路温度为25℃,速率为min，其余设为默认。

图10-3冷却液管道

保压翘曲优化曲线如下：

图10-4保压翘曲优化曲线

到达最大保压值40MPa，→保压时间→5s卸压到30MPa,6s卸压到0MPa。

最终得到的收缩（%%）和翘曲（以下）都在此材料制品的允许范围内，达到要求。

第十一章心得体会与课堂建议

自己动手作分析是一件富有成就的体验，这次作业的收获远大于前面几周学习所获的总和，在自学方面，充分加强了自己动脑、自己查阅资料的积极性。

完整的做完这次分析，真正体会Moldflow软件的强悍。

在导入CADdoctor中对产品做修复和简化的时候，出现了很多的问题，这使我认识到，严禁的思维是非常重要的，而这种思维，必须从造型就开始，利用UG造型完后，应该以igs格式文件导出，可以将曲面和曲线不勾选，这样导入CADdoctor做修复的时候会简单很多。

修复完成后的产品最后导入Moldflow进行网格划分，选择合适的全局网格边长，由于要进行翘曲分析，使其相互匹配率大于90%，连通性为1，无自由边、折叠面、取向的问题，并利用合并节点、插入节点、交换边等工具使最大纵横比大部分在6以下，平均值在3以下。

最后一定要进行厚度诊断，保证与实体厚度差别不是很大。

在网格质量得到较高保证的情况下，之后的分析才能顺利进行。

对厚度不均的区域，可以进行适当的修改，但要保证产品不能变形。

网格划分完成后，再进行浇筑系统分析，利用浇口位置分析可以找出浇口位置，参照最佳浇口和结构得出合理的浇口。

浇口可以选取几种方案，最后进行比较，选出较为合适的浇口。

利用成型窗口分析得出制品质量和充填时间，再由充填分析得出制品的熔接痕、剪切应力、模具温度等因素，制作多个方案进行对比选择最佳方案。

由前面的浇口位置创建创建浇注系统，浇注系统设计时由主流道、分流道、浇口组成，并且采用平衡流道分析得出优化的浇口尺寸。

使每个型腔都能同一时间冲满和保压。

这项分析也可以选择几种方案进行一一比较，得出合理的选择。

浇口位置的选定，需要进行多轮的对比，分析，最后得出结论。

选定浇口位置后，选择材料，进行充填分析。

若料流前锋的速度不一致，即流动不平衡，则需更改浇口位置，并保证剪切速率和剪应力小于材料所允许值。

此分析可确定最大注射压力及最大锁模力，为选择注塑机提供依据。

浇口位置选定后，合理选择浇口类型，建立浇注系统。

之后进行流道平衡分析。

对于流道平衡分析，不仅可以让不平衡的流道系统平衡，也可设定目标压力，改变流道尺寸，达到所需压力值。

进行流动分析前必须进行冷却分析，因为冷却系统对保压有很大的影响。

根据模型的形状、厚度，选定几种方案的冷却水路，从中选取最佳冷却系统。

最佳冷却结果应使模具温度与目标温度相差在正负10℃以内，冷却水路不宜过长，离型芯、型腔的距离也不应过小，保证冷却液升温在2℃以内。

设计冷却水路时不应只考虑分析结果的最优化，同时应考虑实际情况，例如冷却水路与零件之间的距离，及冷却水路不应在分型面上。

在模具制作过程中，从流道设计中找到流动平衡的位置是相当重要的，也是相当困难的一部份。

在过去往往需要透过经验来设计流道已达到流动平衡的目的，因此需要经过不断的修模与试模才能找到解决方案，往往造成产品开发时间拉长以及成本上的浪费。

透过模流分析的方式可以辅助流道设计，使产品开发时间缩短并且容易发现产品潜在性问题，因此提升产品质量以及达到降低成本的目的。

浇注系统构建完成后要对其进行优化，之后进行冷却系统的构建以及优化。

冷却系统可以采用手动创建和冷却系统向导构建，冷却系统的尺寸为10mm,管道与管道之间的连接采用软管，设计不同方案的冷却系统，比较哪一种冷却效果更好，冷却水的温度一般比模具目的温度低，冷却液一般采用水。

本次分析冷却系统采用手动构建方案，效果明显好于冷却系统向导构建方案。

冷却系统优化后，对其进行保压分析保压分析是采用调整注射压力曲线，可以从前面得锁模力图、压力图得出模具在上面时候压力需要最大，由冻结因子得出上面时候浇口位置冷却到了1，而确定保压及卸压时间，从而保证收缩不均匀。

前面分析完浇注系统，冷却系统，保压之后，就可以进行翘曲分析，翘曲分析是模流分析的最终结果。

翘曲分析是对前面所有分析的总体检验，若翘曲量超出允许值，则需返回前面相应的流程重新进行优化分析。

翘曲变形一般由冷却不均、收缩不均及取向问题引起，若主要由冷却不均引起，则应修改冷却水路，若主要由收缩不均引起，则应优化保压曲线。

通过Moldflow课程及软件的学习，让我们对于塑件成型分析与质量考虑方面有了更深刻的影响，对这门课程有了一定的了解，对这款软件产生了浓厚的兴趣。

最后对提出自己的一点建议：

老师的教学方法是比较成功的，尤其是他那种对学生负责的态度，赢得了广大学生的赞赏。

个人觉得理论课安排太少，老师如果能在课堂中现场操作软件的话，可能效果会更好一些。