基于Moldflow的車門把手熔接痕消除優(yōu)化設計

1、畢業(yè)設計（論文）報告系 別： 機電工程系 專 業(yè)： 模具設計與制造 班 號： 學 生 姓 名： 學 生 學 號： 設計（論文）題目：基于moldflow的車門把手熔接痕消除優(yōu)化設計 指 導 教 師： 設 計 地 點： 起 迄 日 期： 畢業(yè)設計（論文）任務書專業(yè) 模具設計與制造 班級 姓名 一、課題名稱： 基于moldflow的車門把手熔接痕消除優(yōu)化設計 二、主要技術(shù)指標： 1、stl模型網(wǎng)格密度小于2.0 2、模型材料選擇kumho公司的abs+pc材料，牌號為hac8250 3、模具表面溫度40 4、熔體溫度230 三、工作內(nèi)容和要求：1、對moldflow在注塑模中的應用要有廣泛的介紹，

2、并指出其對模具設計與制造的指導作用； 2、模型網(wǎng)格劃分，最大縱橫比不超過20，網(wǎng)格匹配率大于85%，聯(lián)通域應為1； 3、原始方案的填充分析，對所得結(jié)果要有缺陷說明； 4、增加加熱系統(tǒng)后的分析，對所得結(jié)果要有缺陷說明； 5、改變澆口形式后的分析，對所得結(jié)果要有優(yōu)化說明； 6、分析后處理工作，對分析結(jié)果要有較詳細的優(yōu)化對比說明，完成論文寫作。 四、主要參考文獻：1王剛,單巖.mold flow模具分析技術(shù)基礎m.北京：清華大學出版社，2005 2余衛(wèi)東，陳健.mold flow技術(shù)在注塑成型過程中的應用j.軟件世界，2001 學 生（簽名） 年 月 日 指 導 教師（簽名） 年 月 日 教研室主任

3、（簽名） 年 月 日 系 主 任（簽名） 年 月 日畢業(yè)設計（論文）開題報告設計（論文）題目基于moldflow的車門把手熔接痕消除優(yōu)化設計一、 選題的背景和意義：在日益競爭的現(xiàn)代社會中，對于注塑成型產(chǎn)品來說，公司不單單是在低成本、高效益上極力要求達到預期目標，而對成型產(chǎn)品的精度及質(zhì)量要求也越來越高，所以模具公司的雙贏體制對模具的設計人員提出了更高的要求。眾所周知，傳統(tǒng)的注塑成型產(chǎn)品生產(chǎn)在由模具設計人員通過簡單的產(chǎn)品預估后，進行模具的裝配，然后進行必要的幾次試模后，一般會出現(xiàn)一些不同程度的缺陷，如產(chǎn)品生產(chǎn)后的熔接痕問題，這在實際應用中是嚴重的缺陷，這讓產(chǎn)品易斷裂，嚴重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量與壽命。在

4、發(fā)現(xiàn)此類問題后不僅需要重新設置工藝參數(shù)，甚至還需要對產(chǎn)品設計和模具設計的初步方案進行修改，這勢必增加產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品的開發(fā)周期。 二、 課題研究的主要內(nèi)容：對于車門把手這樣的產(chǎn)品，在產(chǎn)品的初步設計沒有經(jīng)過moldflow的分析驗證，在生產(chǎn)試模中發(fā)現(xiàn)，車門把手表面出現(xiàn)了比較嚴重的熔接痕的缺陷，而且通過調(diào)整工藝參數(shù)的方法不易清除，因此需要修改和調(diào)整模具的設計方案。它包括：（1）原始方案的充填分析 ，采用普通的普通的澆注系統(tǒng)進行分析，初步了解熔接痕的產(chǎn)生問題。（2）增加加熱系統(tǒng)后的分析，即希望通過加熱系統(tǒng)，保證熔體前鋒匯合。三、 主要研究（設計）方法論述：1）、簡化處理過的stl格式的車門把

5、手色塑料模型導入modeflow；2）、網(wǎng)格模型的建立；3）、型腔的布局；4）、一般澆注系統(tǒng)的創(chuàng)建；5）、材料選擇和工藝過程參數(shù)的設定四、設計（論文）進度安排：2009.8.1-2009-8.30時間（迄止日期）工 作 內(nèi) 容8月2日5日確定題目階段8月7日9日研究設計階段8月10日14日收集資料階段8月15日16日整理和分析資料階段8月17日20日報告的寫作和發(fā)表階段8月21日29日報告的整理和定稿階段8月30日答辯階段五、指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日六、系部意見： 系主任簽名： 年 月 日 目 錄一、引言1二、概述32.1 產(chǎn)品模型的簡化-建模32.2 劃分車門把手的網(wǎng)格模型

6、32.3 注塑成型材料選擇及其參數(shù)5三. 初步設計方案及其結(jié)果分析53.1 一般澆注系統(tǒng)的建立53.2 weld lines熔接痕63.3 平均速度73.4 表面分子取向8四、優(yōu)化設計方案及其結(jié)果分析84.1 增加加熱系統(tǒng)后的分析84.2 改變澆口形式后的分析11五、結(jié)論11六、結(jié)束語11答謝辭12參考文獻13 基于三維數(shù)字化設計軟件的注塑模具設計應用提要：基于moldflow的車門把手一模兩腔的流動平衡設計以及在產(chǎn)品產(chǎn)生熔接痕后，進行mpi分析，首先經(jīng)零件的填充分析，找出出現(xiàn)熔接痕缺陷的主要原因及其產(chǎn)生位置，然后通過增加加熱系統(tǒng)改善熔接痕的缺陷問題，通過上述分析，最終采用改變澆口形式進行分析

7、，分析結(jié)果表明，采用此設計方案，可以從根本上達到消除熔接痕缺陷的問題，從而消除產(chǎn)品的表面缺陷，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。關(guān)鍵詞：moldflow；加熱系統(tǒng)；澆口位置；熔接痕based on moldflows car door handles to optimize the design to eliminate weld marksabstract: based on moldflows car door handles of a two-mode cavity design and balance the flow of products weld marks in the following an

8、alysis for mpi, first of all filled by the components analysis to identify defects occur weld marks the location of the main reasons for their produce, and then by increasing the heating system to improve the weld marks the defects, by the above analysis, the final form used to change the gate under

9、 analysis and the results showed that this design can be fundamental to achieve the elimination of welding defects in the issue of marks, in order to eliminate surface defects, and ensure product quality. key words: moldflow, heating system, gate marks, the location of weld 一、引言近年來，模具行業(yè)發(fā)展迅猛，現(xiàn)代制造業(yè)中的產(chǎn)

10、品構(gòu)件成型加工，幾乎都需要使用模具來完成。顯然，模具設計在生產(chǎn)中有很大的重要性，因此，模具的設計對于模具設計師的要求是十分苛刻的，他不僅要具有結(jié)構(gòu)設計的經(jīng)驗，還要具有成型材料、成型工藝方面的諸多知識，或者說，設計的成敗在很大程度上依賴于模具設計者的經(jīng)驗。但他仍然面臨許多新的問題，因為實際中的產(chǎn)品往往是千變?nèi)f化的。有時候一個細微的變化或者特定的產(chǎn)品要求可能使得已有經(jīng)驗不可用，或者即使可用但在實際試模之前，也無法進行有效的驗證。這導致了模具設計過程具有明顯的設計修正再設計的特點。就目前來看，注塑產(chǎn)品中常見的質(zhì)量問題是存在熔接痕。熔接痕的存在不僅影響塑料制品的外觀質(zhì)量。而且對制品的力學性能影響也很大

11、，將嚴重影響到制品的壽命，因此必須盡量消除熔接痕。實踐表明，適當?shù)奶岣呷廴谒芰蠝囟?、模具溫度及注塑壓力都能減少熔接痕的數(shù)量和長度，但減少澆口位置對熔接痕的影響，目前還很大程度上依賴模具設計人員的經(jīng)驗，找到合適的澆口位置，往往需要通過試模、修改、再試模、直至合格，如何減少該過程中的循環(huán)次數(shù)，使初始設計應達到或者逼近合用的結(jié)果，這在實踐中具有重要意義。moldflow分析正是解決上述問題的理想工具軟件。moldflow是當前國際上最著名的注塑成型模擬分析軟件，利用該軟件進行注塑分析，可以直觀的演示注射成型的過程，如澆口位置分析，顯示熔接痕的形成過程等。該工具軟件建立在相對準確的數(shù)學模型基礎之上，從

12、而可以近似獲得實際指導生產(chǎn)實踐的結(jié)果，此外，計算的快捷性使得在實際試模前，可以對于多個澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進行評估直至優(yōu)化，從而達到縮短設計和制造周期，提高質(zhì)量的目的。以下就moldflow分析作一些介紹，并給出一些事例進行說明：(1)明確分析要求和重點。不同的制品，進行moldflow分析的目的是不同的。對于外觀件，不允許在表面上出現(xiàn)影響外觀的注塑缺陷，如熔結(jié)痕等；對于非外觀件，燒結(jié)痕的位置并不重要，但是如果制品具有嚴格的裝配關(guān)系，則允許的翹曲和變形量成為追求的主要目標。此外，所有的制品一般都要求能夠滿足平衡流動、均勻填充的要求。實踐中，同時滿足多種要求是困難的，多數(shù)情況下是以滿足一個主要的要

13、求為主，在此前提下，再滿足別的要求。因此在明確分析要求的基礎上，還要分清楚哪些是本次分析的主要要求。確定了分析的要求和重點后，還要初步認定修改或者變動哪些參數(shù)。比如說，影響熔結(jié)痕位置的主要因素是澆口的位置和制品的形狀特點，而制品的形狀一般是不允許變動的；影響翹曲和變形量的因素則主要是制品的形狀，從工藝的角度看，注射壓力過大、保壓時間過長和冷卻不均勻都可以導致翹曲變型過大。除了制品結(jié)構(gòu)本身的特點外，澆口、流道的尺寸都可以直接影響到型腔內(nèi)的注射壓力，冷卻水道的尺寸和布置情況則直接影響到冷卻的均勻程度。這些因素又間接地影響到了制品的變形和翹曲。(2)分析制品結(jié)構(gòu)的特點。使用專業(yè)的moldflow分析

14、軟件進行注塑流動模擬，首先都要進行幾何建模，一般來說，這一過程要花費很長的時間。為此，要對幾何模型作適當程度的簡化以縮短建模時間，提高計算效率。目前，一些moldflow軟件已經(jīng)具有從專業(yè)化的cad軟件中直接輸入實體模型，再使用該軟件中特定的中性面抽取工具提取中性面進行計算的功能，但是在制品的結(jié)構(gòu)較為復雜時會產(chǎn)生諸多問題。因此，簡化對計算結(jié)果影響不顯著的細節(jié)仍然具有很大的意義。 簡化的方法可以根據(jù)專業(yè)化軟件提供的不同功能進行。簡化的原則是與整個制品的尺度相比較可以忽略的細微結(jié)構(gòu)，距離澆口較遠或與料流方向相互平行的細節(jié)也可以忽略。至于網(wǎng)格的劃分，最好根據(jù)制品的不同結(jié)構(gòu)，在不同的區(qū)域采用不同尺度的

15、網(wǎng)格，以獲得計算精度較高的結(jié)果，在計算翹曲和變形時尤其如此。 (3)選用恰當?shù)淖⑺懿牧稀oldflow分析結(jié)果的可信程度取決于三個方面：一是計算時采用的熔融狀態(tài)流體的數(shù)學模型的準確程度如何；二是計算時間的幾何模型同實際制品的差異大?。蝗撬捎玫淖⑺懿牧系臄?shù)據(jù)來源是否準確、可靠。一般來說，由數(shù)學模型來的誤差在實踐中是可以接受的，商業(yè)化的moldflow分析軟件多年的實踐考驗證明了這一點。實踐證明，只要按照模型簡化原則對模型作適當簡化，則由此帶來的對計算誤差也是可以接受的。相反，如果采用的材料數(shù)據(jù)不準確，即使幾何模型精確程度再高，則計算結(jié)果也相差甚遠。為此，必須明確用戶選用的制品材料的名稱、牌

16、號、生產(chǎn)廠商甚至生產(chǎn)批次。實際中，同種材料生產(chǎn)批次不同帶來的數(shù)據(jù)誤差是可以忽略的，不同廠商生產(chǎn)的同種材料由于配方、工藝等方面的差異，其材料數(shù)據(jù)可能差別很大。同種材料不同牌號的數(shù)據(jù)相差應更大了。目前，國外商業(yè)化的moldflow分析軟件都建立了一定數(shù)量的材料數(shù)據(jù)庫，但其中幾乎不涉及國產(chǎn)材料。顯然，采用國外的材料數(shù)據(jù)進行計算只能得到相當粗略的計算結(jié)果。因此有條件的用戶，可以根據(jù)自己的產(chǎn)品特點，篩選一些常用的材料進行流變參數(shù)實驗，在此基礎上可以得到moldflow分析的輸入?yún)?shù)，建立起適合本企業(yè)的常用材料數(shù)據(jù)庫。(4)分析結(jié)果的分析與評價。分析結(jié)果的評估一定要結(jié)合分析的具體要求來進行。即是否達到了本

17、次分析的主要目標，如果沒有達到要根據(jù)模擬結(jié)果尋求新的方案，包括調(diào)整某些參數(shù)、位置等，然后再進行新的模擬。在尋求新的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)方案前，一定要仔細分析改善方案或者修正什么參數(shù)才可以使得計算結(jié)果逐步接近分析要求，而不是偏離分析目標。(5)正確認識moldflow分析在模具設計中的作用。注塑流動的moldflow分析可以幫助工程師事先對多個可能的方案進行評估，從而獲得相對好的澆注系統(tǒng)方案和冷卻系統(tǒng)方案。但是，不能期望計算結(jié)果和實際情況吻合的很好，原因是在進行模擬計算時，由材料數(shù)據(jù)帶來的誤差、由計算的數(shù)學模型帶來的誤差以及由幾何模型簡化帶來的誤差使得計算結(jié)果同實際注塑過程存在一定程度的差異，這種

18、差異隨著上述誤差的增大而顯著增加。再加上實際注射過程的復雜性，使獲得確定性的分析結(jié)果較為困難。如果材料數(shù)據(jù)準確，模型簡化得當，獲得比較可信的分析結(jié)果是完全可能的。此時使用獲得的數(shù)據(jù)作為指導實際生產(chǎn)的工藝數(shù)據(jù)也是有意義的。二、實驗部分 本文結(jié)合車門把手的實例，通過moldflow工具軟件對制件模擬分析驗證，對車門把手熔接痕消除進行優(yōu)化設計。該塑件要求：1、產(chǎn)品表面光滑度高2、表面精度高，平整3、避免產(chǎn)生熔接痕4、模型材料選擇kumho公司的abs+pc材料，牌號為hac8250。 2.1 產(chǎn)品模型的簡化-建模在進行modeflow分析之前，需要對被分析的產(chǎn)品模型在cad系統(tǒng)中進行必要的簡化和合理

19、的修改。 2.2 劃分車門把手的網(wǎng)格模型首先將簡化處理過的stl格式的車門把手色塑料模型導入modeflow三維實體在modeflow中經(jīng)網(wǎng)格自動劃分后的網(wǎng)格模型圖見圖（1）圖（1）手機外殼正面圖形分析中采用中性面網(wǎng)格，有限元分析得出模型數(shù)據(jù)以下：本注塑件的厚度為1 mm,比較薄,故可采用中性面網(wǎng)格。平均邊長為3 mm, iges合并公差為0. 1mm,生成網(wǎng)格后,對原始網(wǎng)格進行縱橫比、交叉單元、自由邊等修正。最后的理想網(wǎng)格文件見圖。有限元網(wǎng)格劃分結(jié)果的數(shù)據(jù)如下所示, 三角形 11978 節(jié)點 5967 柱體 0 連通區(qū)域 1 網(wǎng)格體積 59.8398 cm3 網(wǎng)格面積 369.326 cm2

20、邊詳細信息- 自由邊 0 共用邊 17967 交叉邊 0配向詳細信息- 配向不正確的單元 0相交詳細信息- 相交單元 0 完全重疊單元 0 復制柱體 0三角形縱橫比- 最小縱橫比 1.158000 最大縱橫比 11.648000 平均縱橫比 2.212 000匹配百分比- 匹配百分比 85.8% 相互百分比 81.3%匹配率為76.4%，此時已經(jīng)可以得到較為可靠的分析。2.3 注塑成型材料選擇及其參數(shù)車門內(nèi)把手的注塑成型材料kumho公司abs+pc材料，其牌號為hac8250。此材料成型收縮率小，成型時流動性好，比容低，熔體密度為1.0887g/cm固體密度為1.02032g/cm，塑化效果

21、好，在模具中凝固快，冷卻周期短，在模具產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應用。其主要的一些材料信息如下圖（2）：材料pvt特性圖（2）三. 初步設計方案及其結(jié)果分析3.1 一般澆注系統(tǒng)的建立根據(jù)實際情況的需要采用了澆注系統(tǒng)的流動分析，建立澆注系統(tǒng)如圖（3）所示，具體的尺寸是：主流道為錐形，上下端口分別為4mm和9mm，截面為圓形，長度為60mm；分流道截面為方形，邊長為5mm，每條分流道長度均為13mm；側(cè)澆口的截面為矩形，矩形長邊為5mm，短邊為3mm，澆口長度為2mm 圖（3）3.2 weld lines熔接痕 由圖（4）可以看出，車門把手的熔接痕很多，這與產(chǎn)品的復雜結(jié)構(gòu)有著一定的關(guān)系，除此之外，熔接痕主要出

22、現(xiàn)在了產(chǎn)品的表面部位，這極大的影響了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量與要求，因為熔接痕容易使產(chǎn)品的強度降低，特別是在產(chǎn)品可能受力的部位產(chǎn)生的熔接痕會造成產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上的缺陷。圖（4）單獨產(chǎn)品的熔接痕結(jié)果不容易觀察熔接痕缺陷的具體情況，將熔接痕結(jié)果疊加在充填時間的結(jié)果上可以觀察到熔接痕，而且可以分析熔接痕產(chǎn)生的機理，觀察結(jié)果如下圖（5）所示圖（5）由圖（6）可清楚地看到，產(chǎn)品外觀表面僅有1和2處存在熔接痕現(xiàn)象，區(qū)域2處所出現(xiàn)的熔接痕與實際試模生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的問題是一致的。圖（6）產(chǎn)品表面熔接痕3.3 平均速度 產(chǎn)品的充填分析中的平均速度分析可以反映熔接痕產(chǎn)生的問題，從澆注系統(tǒng)和產(chǎn)品底面的部分，箭頭的指向以及分布相對一致

23、，說明產(chǎn)品的這些部分熔接痕產(chǎn)生較少，質(zhì)量得到了保證。 反觀，平均速度的箭頭指標在孔的周圍，產(chǎn)品的拐角以及產(chǎn)品的一些表面部分不能達到要求，分布的比較雜亂，這就表明產(chǎn)品熔接痕的產(chǎn)生在這些地方出現(xiàn)的頻率比較高，產(chǎn)品的質(zhì)量則也得不到相應的保證。圖（7）3.4 表面分子取向 通過產(chǎn)品表面的分子取向結(jié)果表示，也可以觀察熔接痕的情況，如圖（8）所示。圖（8）據(jù)圖所知，產(chǎn)品在孔的周圍分子取向雜亂，也反映了熔接痕在此區(qū)域會出現(xiàn)的較多，發(fā)生的頻率高等。 四、優(yōu)化設計方案及其結(jié)果分析4.1 增加加熱系統(tǒng)后的分析4.1.1加熱系統(tǒng)的建立通過初步方案的分析，我們了解熔接痕產(chǎn)生的原因，為了改善熔接痕的情況，希望通過增加加

24、熱系統(tǒng)，保證熔體前鋒在匯合部位保持一定的溫度，從而消除產(chǎn)品在外觀面上的熔接痕缺陷。增加后的加熱系統(tǒng)如圖（9）所示： 圖（9）澆注系統(tǒng)它的大致位置位于產(chǎn)品表面熔接痕的上方，加熱系統(tǒng)距離產(chǎn)品表面大致為45mm，加熱管道的直徑為8mm。4.1.2增加加熱系統(tǒng)后的一些分析結(jié)果，如圖圖（10）圖（11）圖（12）分析結(jié)論如下:1）由圖（10）可以看出車門把手的熔接痕的數(shù)量較初步方案有所減少，而且熔接痕所產(chǎn)生的位置有所轉(zhuǎn)移，多數(shù)集中在產(chǎn)品的下層，從而使車門把手表面的質(zhì)量有所改善。2）由圖（11）與圖相比較可以看出，產(chǎn)品的孔周圍區(qū)域2處的熔接痕消失了，而型腔下側(cè)區(qū)域1處的熔接痕仍然存在，未能消除。，3）從圖

25、（12）可以看出，產(chǎn)品表面的分子取向有所改觀，但孔的周圍以及一些棱角區(qū)域的分子取向仍然表明該位置容易產(chǎn)生熔接痕現(xiàn)象。4.1.3cool冷卻分析結(jié)果如圖（13）所示，加熱管道通過的區(qū)域，溫度較高，對于熔接痕的消除有一定的作用圖（13）4.2 改變澆口形式后的分析 在前面提出的設計方案中，在前面提出的設計方案中，始終采用的是側(cè)澆口的形式，對于車門把手上的圓孔形狀的結(jié)構(gòu)，在溶體充模的過程中回出現(xiàn)溶體前鋒饒過圓孔后匯合的情況，從而難以避免地出現(xiàn)熔接痕缺陷，而采用了盤形澆口，從圓孔位置進料，避免了熔體前鋒在產(chǎn)品表面交匯的情況。澆注系統(tǒng)（盤形澆口）的創(chuàng)建。澆注系統(tǒng)的詳細情況如圖（14）所示，其中，主流道為

26、錐形，上、下端口分別為4mm和9mm，截面為圓形，長度為30mm，分流道截面為方形，邊長為5mm，與盤形澆口直接相連的澆口為錐形，小端口直徑為1.5mm，錐角為4度，長度為30mm.圖（14）五、結(jié)論通過以上實例的分析，我們可以看出，優(yōu)化后的設計方案比初始的方案在填充時間，氣穴，熔接痕等方面都有很大的改進。通過對澆注系統(tǒng)的設計，可以使?jié)沧⑦_到很好的平衡，使得熔體基本上可以一致充滿型腔，克服了熔接痕所引起的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，從而提高了效率，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。六、結(jié)束語忙忙碌碌了一個月，我的畢業(yè)設計也終將告一段落。但由于能力和時間的關(guān)系，總是覺得有很多不盡人意的地方，譬如分析所截的圖不是很全、外觀粗糙

27、、moldflow所做的分析不是很到位數(shù)不勝數(shù)?？墒牵矣謺粩嗟匕参孔约海鹤鲆患虑?，不必過于在乎最終的結(jié)果，重要的是過程中的收獲。以此安撫我尚沒平復的心。畢業(yè)設計，也許是我大學生涯交上的最后一個作業(yè)了。大學生活即將匆匆忙忙地過去，但我卻無悔，大學三年，它給我樹立了很好的人生坐標，這三年以來，經(jīng)歷過的所有事，所有人，都將是我以后生活回味的一部分，是我為人處事的指南針。就要離開學校，走上工作的崗位了，這是我人生歷程的又一個起點，在這里祝福大學里跟我一起走過的朋友們，一路走好，未來總會是絢爛繽紛的。答謝辭在畢業(yè)論文即將完成之際，我想向曾經(jīng)給我?guī)椭椭С值娜藗儽硎局孕牡母兄x！首先要感謝我的畢業(yè)設計指導老師李老師，他在畢業(yè)設計方面給了我大量的指導，不僅多次對我們進行當面指導，而且每天長時間在網(wǎng)上與我們討論、交流，為我們的畢業(yè)設計進行指導與修正，讓我學到了知識，掌握了科研的方法，也獲得了實踐鍛煉的機會。他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、對我們的嚴格要求以及為人處世的坦蕩將使我終身受