《畢業(yè)設計(論文)CAE在游戲手柄上蓋注塑成型中的應用》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《畢業(yè)設計(論文)CAE在游戲手柄上蓋注塑成型中的應用(24頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、畢 業(yè) 設 計 正 文 第23頁
摘 要
注塑CAE技術是注塑產(chǎn)品設計與工藝分析中一個重要的應用技術,它是根據(jù)塑料加工流變學和傳熱學的基本理論,建立塑料熔體在模具型腔中流動、傳熱的物理和數(shù)學模型,利用計算機圖形學技術直觀地模擬成型中熔體的動態(tài)填充、冷卻等過程,定量地給出成型過程中的狀態(tài)參數(shù)。
論文首先深入研究了注射成型過程的流動及冷卻數(shù)學模型及其分析理論基礎,并應用CAE軟件進行了相關的計算和分析,通過CAE數(shù)值模擬驗證了在注塑模具設計及制造方面的相關關鍵參數(shù)。
論文以游戲手柄上蓋為研究對象,應用CAE分析軟件,
2、探討了有限元模型建立、塑料材料選擇、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設計等方面應用CAE的方法。通過對游戲手柄上蓋注塑成型過程的數(shù)值模擬,論證了澆口最佳位置以及塑料熔體的流動分析、冷卻分析、翹曲分析、收縮分析和成型工藝條件。通過理論和模擬實驗全面分析了各種工藝參數(shù)例如溫度、澆口數(shù)量及位置、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對塑質(zhì)量的影響。針對零件質(zhì)量缺陷或問題產(chǎn)生的原因,合理設計了模具的澆注系統(tǒng)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。獲得了塑料在熔料溫度、模具溫度、保壓壓力、保壓時間、冷卻時間五因素。通過塑料CAE模擬計算。可最大 消除產(chǎn)品設計、 模具設計及產(chǎn)品制造成型過程中可能出現(xiàn)的不足,取代傳統(tǒng)的反復試模、修模等過程,從而降低產(chǎn)成本,縮短產(chǎn)品開發(fā)周
3、期。
關鍵詞:注塑成型;CAE;注塑產(chǎn)品
CAE在游戲手柄上蓋注塑成型中的應用
緒 論
模具工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門發(fā)展的重要基礎,公認為:“模具工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基石”,“模具是促進社會繁榮富裕的動力”。據(jù)國際生產(chǎn)協(xié)會統(tǒng)計,近年來工業(yè)品。零件粗加工的70%精加工的50%是由模具成型來完成的。這些年來,我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大的發(fā)展,提高了模具的質(zhì)量和生產(chǎn)的效益。但是遺憾的是,由于諸多原因,模具CAD/CAE/CAM技術在中國普及不夠,尤其是跨多學科的CAE技術更是應用較少。目前我國模具標準化和商品化程度在30%以下,和國外工業(yè)先進
4、國家70%-80%相比,差距是明顯的。
近年來,隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展,通用與工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高,,工業(yè)產(chǎn)品和日用產(chǎn)品塑料化明顯,逐漸形成了以塑代鋼、以塑代木的趨勢。塑料制品的強勁發(fā)展勢頭,極大地帶動了整個塑料模具工業(yè)的發(fā)展。由于高效率、高精度和低成本的顯著特點,注塑成型成為批量生產(chǎn)塑料制品的首選方法。但是,注塑成型常常出現(xiàn)各種質(zhì)量問題,例如,短射、飛邊、翹曲、熔接痕和尺寸誤差等。CAE軟件能準確的分析模具的性能,從而不必像過去試?!弈!嚹V钡竭_到要求的過程,省下了很多人力物力,縮短了生產(chǎn)周期,大大提高了生產(chǎn)效率。
一、游戲手柄上蓋成型工藝分析
(一)塑料
5、制品工藝分析
本次分析的塑料件,是一個對稱的曲面較多的零件,X方向長度約為121mm,Y方向約為170mm,Z方向約為20mm。平均厚度為1.5mm.外表面質(zhì)量要求較高。材料為ABS塑料。
ABS塑料的性能為:優(yōu)良的韌性、耐沖擊和耐寒性,優(yōu)良的剛性、光澤、電性能和加工性能,另外還有良好的阻燃性和通用性。ABS塑料由于具有較好的綜合性能,沖擊性能又十分突出,因而被大量使用代替金屬材料。廣泛應用于家電、電子電器、辦公設備、汽車、機械等領域。 由于此制品表面質(zhì)量要求較高,又有較多的曲面,因此在設計模具時應注意溶解痕的位置及填充效果。
(二)游戲手柄上蓋成品圖
圖1
6、游戲手柄上蓋成品圖
二、選擇注塑成型設備
圖2 注塑成型設備
三、游戲手柄上蓋的CAE分析
(一)外殼模型前處理
1.制品網(wǎng)格劃分
為了使CAE分析結(jié)果更加準確,制品在導入CAE前必須在網(wǎng)格分析軟件中進行網(wǎng)格劃分.網(wǎng)格分析可以說是工作中最簡單的工作,繁瑣而且技術性不高,但是它卻是CAE分析的基礎。
首先,將用UG制作的三位造型的零件圖在UG環(huán)境中導出STL格式。
然后,打開華塑網(wǎng)格管理器,將STL格式的三維模型導入,選擇合適網(wǎng)格精度點擊生成網(wǎng)格,如下圖
圖3
圖4
(1) 進行相交單元檢查
若檢查結(jié)果相交單元數(shù)量不為
7、0,則需要利用刪除單元,新建單元的命令進行修改,直到數(shù)量為0為止。
(2) 孤立元素檢查
若數(shù)量不為0,則用刪除命令將孤立元素刪除到,直到數(shù)量為0。
(3) 零面積單元檢查。
(4) 自由邊界檢查
若數(shù)量不為0,則可利用如圖所示的自動修復的命令進行修改。
圖5
(5) 長高比檢查。
若檢查數(shù)量不為0,可利用“合并節(jié)點”和“添加節(jié)點”的命令進行修改。
(6) 單元配對類型檢查。
(7) 連通性檢查。
(8) 網(wǎng)格評估:若全部通過則完畢,若有未通過的,在進行針對性修改。如圖
圖6
(二) 制品初始方案確定
圖7方 案 一
圖8方 案 二 (潛伏
8、澆口)
基于此制品的性質(zhì)和外殼質(zhì)量要求,經(jīng)討論初步?jīng)Q定采用方案二。
(三) CAE設計過程
圖8
1.充模設計
(1) 定義進料點,根據(jù)我們的設計點擊確定澆口的位置。
(2)設置流道參數(shù)。(澆口,分流道,主流道。)如下圖:
圖9
(3) 設置成型工藝參數(shù)。如下圖
圖10
2.冷卻設計
(1) 設計虛擬型腔。如下圖:
圖11
(2) 設計參考平面。如圖:
圖12
(3) 新建直線。
(4) 完成回路,選定新建的直線,設置冷卻水路直徑為8,如下圖:
圖13
(5) 設置冷卻工藝條件,如下圖:
圖14
3.翹曲設計。
9、
4.開始分析,如下圖:
圖15
(四)制品方案分析及比較
方案二 充模分析結(jié)果
數(shù)據(jù)項
數(shù)據(jù)
充模時間(s)
0.51
澆口數(shù)量(個)
2
最大澆口進料差(%)
0.01206
熔體最大溫差(℃)
1.1e+002
最大注射壓力(MPa)
62
表2
1.充模分析及方案比較
方案一充模分析結(jié)果
數(shù)據(jù)項
數(shù)據(jù)
充模時間(s)
0.41
澆口數(shù)量(個)
2
最大澆口進料差(%)
0.01215
熔體最大溫差(℃)
84
最大注射壓力(MPa)
61
表1
方案一分
10、析圖片
方案二分析圖片
圖16
流動前沿(最后時刻)
圖17
流動前沿(最后時刻)
圖18
流動結(jié)束時溫度場
圖19
流動結(jié)束時溫度場
圖20
流動結(jié)束時壓力場
圖21
流動結(jié)束時壓力場
充填過程的模擬分析可以顯示熔體從澆口逐漸充滿型腔的動態(tài)過程,由此可判斷熔體的流動形態(tài)是否理想,各個流動路徑是否同時充滿型腔的各個末端( 流動是否平衡)。
經(jīng)過比較方案一沖模時間比方案二短,最大注射壓力小,最大剪切力小。
2.熔接痕分析及方案比較(紅色線為熔接痕)
方案一
方案二
圖22
圖23
上圖為熔接
11、痕分布位置。經(jīng)分析比較 方案二的熔接痕比方案一的少。
3. 氣穴分析及方案比較(黃色點為氣泡)
方案一
方案二
圖24
圖25
上圖為氣泡位置分布圖。經(jīng)分析比較 方案二的氣泡比方案一的少。
4. 鎖模力分析及方案比較
方案一分析圖片
方案二分析圖片
圖26
鎖模力曲線
圖27
鎖模力曲線
圖為鎖模力——時間曲線。從圖中得出最大鎖模力約為13t,故可根據(jù)此值選擇合適的注塑機以獲得足夠的鎖模力。經(jīng)分析比較方案一和方案二鎖模力大小相差不大。
5 .冷卻分析及方案比較
方案一分析圖片
方案二分析圖片
12、圖28
穩(wěn)態(tài)溫度場
圖29
穩(wěn)態(tài)溫度場
方案一分析圖片
方案二分析圖片
圖30
冷卻時間場
圖31
冷卻時間場
圖32
冷卻介質(zhì)溫度場
圖33
冷卻介質(zhì)溫度場
圖34
可頂出區(qū)域
圖35
可頂出區(qū)域
在注塑成型過程中,橫具的溫度直接影響到凝件成型的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同,模具的溫度也要求不同,一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200℃左右,而塑件固化后從模具型腔中取出對其溫度要低很多,這就需要在模具中通入冷卻水,使模具降溫?;诖酥破返墓に囂匦约百|(zhì)量要求,可
13、用如圖所示的冷卻管布置位置,由CAE分析此冷卻管布置用于方案二更合適。
6.應力翹曲分析及方案比較
翹曲交形是注塑成型中最主要的缺陷之一,它會影響產(chǎn)品的外觀和使用性能,翹曲程度嚴重的制品甚至無法使用,變成不合格品。因此,對翹曲變形缺陷的控制一直受到工程師們的重視。為了使制品的質(zhì)量更好,很有必要對產(chǎn)品進行翹曲分析。分析結(jié)果如下:
方案一分析圖片
方案二分析圖片
圖36
翹曲結(jié)果
圖37
翹曲結(jié)果
經(jīng)CAE翹曲分析,兩方案翹曲程度都不是很明顯。經(jīng)過以上各個階段的分析,方案一,雖然各個方面都很合理,從產(chǎn)品質(zhì)量要求,表面精度,生產(chǎn)成本,模具的制造
14、復雜程度等方面考慮,推薦使用方案二。
四、游戲手柄上蓋的模具設計
成型部分,作為塑件的幾何邊界,包容塑件,完成塑件的結(jié)構和尺寸的成型,是注塑模的核心部分。成型通常是由定模、動摸、鑲件、特殊成型零件及成型頂桿等組成。本制品采用一摸兩腔。
應用UG制圖軟件,單擊MoldWizard工具條中的模架圖標,出現(xiàn)如38圖所示的模架管理對話框。選用的模架是5050大水口,A類型,工字邊,定模板(A)厚度為40mm,動模板(B)厚度為70mm,動模墊板厚度為60mm,托板(C)厚度為110mm。并把對話框中相應的數(shù)據(jù)改成:AP_h=60,BP_h=40,U_h=60,CP_h=110。
模架具體
15、訂購代號為3225—AI—40—70—60—110。
圖38
(一)澆注系統(tǒng)設計
除兩個型芯外,隱藏所有文件。單擊MoldWizard工具條中的流道圖標,出現(xiàn)如圖39所示的對話框。
單擊點子功能,出現(xiàn)點構造器對話框,選擇兩個型芯最相近的點,單擊確定。又出現(xiàn)如圖40所示對話框,點選創(chuàng)建流道通道圖標,選擇圓型流道,橫截面A改為10,如圖41所示。單擊確定,完成主流道的建立,再按以上方法完成全部流道的建立。
點擊建模,利用草圖畫出一個扇形澆口,調(diào)整大小。以同樣的方法將另一個澆口加入。
圖39 圖40 圖41
(二
16、)推出系統(tǒng)設計
1.建立拉料桿
單擊MoldWizard工具條中的標準件圖標,出現(xiàn)如圖42所示的對話框。在分類里點選Ejection,在列表框中點選Ejector Pin[Straight],如圖43。
將下方的尺寸改為:
MATERIAL=NITRIDED;
CATALOG_DIA=8;
CATALOG_LENGTH=200;
HEAD_TYPE=1。
圖42 圖43
2加入頂桿
單擊MoldWizard工具條中的標準件圖標,出現(xiàn)如圖所示的對話框。在分類里點選Ejection,在列表框中點選Eject
17、or Pin[Straight]。
將下方的尺寸改為:
CATALOG_DIA=3;
CATALOG_LENGTH=250;
HEAD_TYPE=3。
圖44 圖45
(三)冷卻系統(tǒng)設計
普通的模具通入水進行冷卻,調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。這種冷卻方式可以用于流動性較好的低熔點塑料的成型。本套模具的冷卻水道的詳細布局可以從模具的俯視圖中看出。如下圖:
圖46
(四)模具總體結(jié)構
注塑模按照總體結(jié)
18、構可以分為單分型面注塑模、雙分型面注塑摸、和帶有活動鑲塊的注塑模和帶有側(cè)向分型抽芯的注塑模具等。此制品整體結(jié)構如圖47所示:
圖47總裝圖
結(jié) 論
隨著塑料產(chǎn)品不斷發(fā)展,人們對塑料產(chǎn)品要求也越來越高,很多注塑模的設計都是憑設計者的經(jīng)驗,缺乏科學依據(jù),有很大盲目性,不僅使模具的生產(chǎn)周期加長,成本變高,而且質(zhì)量也難以保證。針對生產(chǎn)中急需解決的問題,CAE軟件可以說是不錯的選擇。
本文是以游戲手柄上蓋的制品為研究的對象,,完成了從CAD建模、模型導入CAE、網(wǎng)格劃分、
19、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的建立,工藝參數(shù)的確定等完整的塑料件仿真模型建立過程。對塑件的注射.保壓.冷卻.翹曲變形進行了模擬仿真,
注塑制品的質(zhì)螢受多種因素的影響,成型工藝的非線性、多變量特性,使得制品質(zhì)量與各種影響因素之間的關系非常復雜。論文通過澆注系統(tǒng)數(shù)值模擬實驗及冷卻分析實驗驗證了澆注系統(tǒng)和溫度調(diào)一仃系統(tǒng)對塑件質(zhì)量、生產(chǎn)效率的重要性。
在模具產(chǎn)品設計開發(fā)過程中,如何降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量要求,使工藝流程能更加優(yōu)化、合理,促使企業(yè)在整個產(chǎn)品生命周期中更多地使用數(shù)字化仿真技術是擺在模具企業(yè)面前的一項艱巨的任務。引入模具CAE技術,無疑是加快產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本的上策。
20、
參考文獻
[1]陳立亮.材料加工:CAD/CAE/CAM技術基礎【M】.北京:機械l:業(yè)出版社,2007
[2]李名堯.模具CAD/CAM[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005
[3]楊寧.注塑成型過程的數(shù)值模擬【D】:[碩士學位論文].長沙:中南工業(yè)大學材料加工工程學院,2001
[4]李德群.注塑成型流動模擬技術的新進展[EB/oL】.http://www.55jx.com/Html/xjziliao/0855 17623.htm,2004—12.16
致謝
大學生活馬上就要結(jié)束了,我的人
21、生又進入了另一個階段,“事業(yè)”,人生四大階段,“學業(yè)”.“事業(yè)”.“婚姻”.“家庭”。我明白每個階段都不能停留太長時間。畢業(yè)論文是我結(jié)束學校生涯的標志,所以我必須認真對待,在這重要的時期,指導老師幫了我大忙。
首先,感謝我的指導老師宮老師,是您耐心的指導,指出我論文的不足之處,并細心幫我修改,查資料,我才能順利的完成我的畢業(yè)論文。
其次,感謝我大學的所有老師,你們不僅傳授了書本知識和經(jīng)驗,而且還教會了人生的道理。感謝我們親愛的張導,謝謝您給予的生活的上的幫助。您辛苦了。
最后,感謝我親愛的室友們,同學們,是你們讓我明白朋友最珍貴是,謝謝大家的幫助與照顧,謝謝你們帶給我的美好大學時光,我會記得你們一輩子的。
我的大學生涯已接近尾聲,我明白學無止境,需要學習的好有很多,人生的大課堂才剛剛開始,我會努力的。最后向我的老師們,室友們,同學們,衷心地說一聲謝謝。
哈爾濱職業(yè)技術學院印制