基于Moldflow的车门把手熔接痕消除优化设计

常州信息职业技术学院 毕业设计报告毕业设计（论文）报告系 别： 机电工程系 专 业： 模具设计与制造 班 号： 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设计（论文）题目：基于Moldflow的车门把手熔接痕消除优化设计 指 导 教 师： 设 计 地 点： 起 迄 日 期： 13毕业设计（论文）任务书专业 模具设计与制造 班级 姓名 一、课题名称： 基于Moldflow的车门把手熔接痕消除优化设计 二、主要技术指标： 1、STL模型网格密度小于2.0 2、模型材料选择Kumho公司的ABS+PC材料，牌号为HAC8250 3、模具表面温度40 4、熔体温度230 三、工作内容和要求：1、对Moldflow在注塑模中的应用要有广泛的介绍，并指出其对模具设计与制造的指导作用； 2、模型网格划分，最大纵横比不超过20，网格匹配率大于85%，联通域应为1； 3、原始方案的填充分析，对所得结果要有缺陷说明； 4、增加加热系统后的分析，对所得结果要有缺陷说明； 5、改变浇口形式后的分析，对所得结果要有优化说明； 6、分析后处理工作，对分析结果要有较详细的优化对比说明，完成论文写作。 四、主要参考文献：1王刚,单岩.Mold flow模具分析技术基础M.北京：清华大学出版社，2005 2余卫东，陈健.Mold flow技术在注塑成型过程中的应用J.软件世界，2001 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目基于Moldflow的车门把手熔接痕消除优化设计一、 选题的背景和意义：在日益竞争的现代社会中，对于注塑成型产品来说，公司不单单是在低成本、高效益上极力要求达到预期目标，而对成型产品的精度及质量要求也越来越高，所以模具公司的双赢体制对模具的设计人员提出了更高的要求。众所周知，传统的注塑成型产品生产在由模具设计人员通过简单的产品预估后，进行模具的装配，然后进行必要的几次试模后，一般会出现一些不同程度的缺陷，如产品生产后的熔接痕问题，这在实际应用中是严重的缺陷，这让产品易断裂，严重影响了产品的质量与寿命。在发现此类问题后不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要对产品设计和模具设计的初步方案进行修改，这势必增加产品的生产成本，延长产品的开发周期。 二、 课题研究的主要内容：对于车门把手这样的产品，在产品的初步设计没有经过Moldflow的分析验证，在生产试模中发现，车门把手表面出现了比较严重的熔接痕的缺陷，而且通过调整工艺参数的方法不易清除，因此需要修改和调整模具的设计方案。它包括：（1）原始方案的充填分析 ，采用普通的普通的浇注系统进行分析，初步了解熔接痕的产生问题。（2）增加加热系统后的分析，即希望通过加热系统，保证熔体前锋汇合。三、 主要研究（设计）方法论述：1）、简化处理过的STL格式的车门把手色塑料模型导入Modeflow；2）、网格模型的建立；3）、型腔的布局；4）、一般浇注系统的创建；5）、材料选择和工艺过程参数的设定四、设计（论文）进度安排：2009.8.1-2009-8.30时间（迄止日期）工 作 内 容8月2日5日确定题目阶段8月7日9日研究设计阶段8月10日14日收集资料阶段8月15日16日整理和分析资料阶段8月17日20日报告的写作和发表阶段8月21日29日报告的整理和定稿阶段8月30日答辩阶段五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日 目 录一、引言1二、概述32.1 产品模型的简化-建模32.2 划分车门把手的网格模型32.3 注塑成型材料选择及其参数5三. 初步设计方案及其结果分析53.1 一般浇注系统的建立53.2 Weld lines熔接痕63.3 平均速度73.4 表面分子取向8四、优化设计方案及其结果分析84.1 增加加热系统后的分析84.2 改变浇口形式后的分析11五、结论11六、结束语11答谢辞12参考文献13 基于三维数字化设计软件的注塑模具设计应用提要：基于Moldflow的车门把手一模两腔的流动平衡设计以及在产品产生熔接痕后，进行MPI分析，首先经零件的填充分析，找出出现熔接痕缺陷的主要原因及其产生位置，然后通过增加加热系统改善熔接痕的缺陷问题，通过上述分析，最终采用改变浇口形式进行分析，分析结果表明，采用此设计方案，可以从根本上达到消除熔接痕缺陷的问题，从而消除产品的表面缺陷，保证产品的质量。关键词：Moldflow；加热系统；浇口位置；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 analysis 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 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、引言近年来，模具行业发展迅猛，现代制造业中的产品构件成型加工，几乎都需要使用模具来完成。显然，模具设计在生产中有很大的重要性，因此，模具的设计对于模具设计师的要求是十分苛刻的，他不仅要具有结构设计的经验，还要具有成型材料、成型工艺方面的诸多知识，或者说，设计的成败在很大程度上依赖于模具设计者的经验。但他仍然面临许多新的问题，因为实际中的产品往往是千变万化的。有时候一个细微的变化或者特定的产品要求可能使得已有经验不可用，或者即使可用但在实际试模之前，也无法进行有效的验证。这导致了模具设计过程具有明显的设计修正再设计的特点。就目前来看，注塑产品中常见的质量问题是存在熔接痕。熔接痕的存在不仅影响塑料制品的外观质量。而且对制品的力学性能影响也很大，将严重影响到制品的寿命，因此必须尽量消除熔接痕。实践表明，适当的提高熔融塑料温度、模具温度及注塑压力都能减少熔接痕的数量和长度，但减少浇口位置对熔接痕的影响，目前还很大程度上依赖模具设计人员的经验，找到合适的浇口位置，往往需要通过试模、修改、再试模、直至合格，如何减少该过程中的循环次数，使初始设计应达到或者逼近合用的结果，这在实践中具有重要意义。Moldflow分析正是解决上述问题的理想工具软件。Moldflow是当前国际上最著名的注塑成型模拟分析软件，利用该软件进行注塑分析，可以直观的演示注射成型的过程，如浇口位置分析，显示熔接痕的形成过程等。该工具软件建立在相对准确的数学模型基础之上，从而可以近似获得实际指导生产实践的结果，此外，计算的快捷性使得在实际试模前，可以对于多个浇注系统和冷却系统进行评估直至优化，从而达到缩短设计和制造周期，提高质量的目的。以下就Moldflow分析作一些介绍，并给出一些事例进行说明：(1)明确分析要求和重点。不同的制品，进行Moldflow分析的目的是不同的。对于外观件，不允许在表面上出现影响外观的注塑缺陷，如熔结痕等；对于非外观件，烧结痕的位置并不重要，但是如果制品具有严格的装配关系，则允许的翘曲和变形量成为追求的主要目标。此外，所有的制品一般都要求能够满足平衡流动、均匀填充的要求。实践中，同时满足多种要求是困难的，多数情况下是以满足一个主要的要求为主，在此前提下，再满足别的要求。因此在明确分析要求的基础上，还要分清楚哪些是本次分析的主要要求。确定了分析的要求和重点后，还要初步认定修改或者变动哪些参数。比如说，影响熔结痕位置的主要因素是浇口的位置和制品的形状特点，而制品的形状一般是不允许变动的；影响翘曲和变形量的因素则主要是制品的形状，从工艺的角度看，注射压力过大、保压时间过长和冷却不均匀都可以导致翘曲变型过大。除了制品结构本身的特点外，浇口、流道的尺寸都可以直接影响到型腔内的注射压力，冷却水道的尺寸和布置情况则直接影响到冷却的均匀程度。这些因素又间接地影响到了制品的变形和翘曲。(2)分析制品结构的特点。使用专业的Moldflow分析软件进行注塑流动模拟，首先都要进行几何建模，一般来说，这一过程要花费很长的时间。为此，要对几何模型作适当程度的简化以缩短建模时间，提高计算效率。目前，一些Moldflow软件已经具有从专业化的CAD软件中直接输入实体模型，再使用该软件中特定的中性面抽取工具提取中性面进行计算的功能，但是在制品的结构较为复杂时会产生诸多问题。因此，简化对计算结果影响不显著的细节仍然具有很大的意义。 简化的方法可以根据专业化软件提供的不同功能进行。简化的原则是与整个制品的尺度相比较可以忽略的细微结构，距离浇口较远或与料流方向相互平行的细节也可以忽略。至于网格的划分，最好根据制品的不同结构，在不同的区域采用不同尺度的网格，以获得计算精度较高的结果，在计算翘曲和变形时尤其如此。 (3)选用恰当的注塑材料。Moldflow分析结果的可信程度取决于三个方面：一是计算时采用的熔融状态流体的数学模型的准确程度如何；二是计算时间的几何模型同实际制品的差异大小；三是所采用的注塑材料的数据来源是否准确、可靠。一般来说，由数学模型来的误差在实践中是可以接受的，商业化的Moldflow分析软件多年的实践考验证明了这一点。实践证明，只要按照模型简化原则对模型作适当简化，则由此带来的对计算误差也是可以接受的。相反，如果采用的材料数据不准确，即使几何模型精确程度再高，则计算结果也相差甚远。为此，必须明确用户选用的制品材料的名称、牌号、生产厂商甚至生产批次。实际中，同种材料生产批次不同带来的数据误差是可以忽略的，不同厂商生产的同种材料由于配方、工艺等方面的差异，其材料数据可能差别很大。同种材料不同牌号的数据相差应更大了。目前，国外商业化的Moldflow分析软件都建立了一定数量的材料数据库，但其中几乎不涉及国产材料。显然，采用国外的材料数据进行计算只能得到相当粗略的计算结果。因此有条件的用户，可以根据自己的产品特点，筛选一些常用的材料进行流变参数实验，在此基础上可以得到Moldflow分析的输入参数，建立起适合本企业的常用材料数据库。(4)分析结果的分析与评价。分析结果的评估一定要结合分析的具体要求来进行。即是否达到了本次分析的主要目标，如果没有达到要根据模拟结果寻求新的方案，包括调整某些参数、位置等，然后再进行新的模拟。在寻求新的浇注系统、冷却系统方案前，一定要仔细分析改善方案或者修正什么参数才可以使得计算结果逐步接近分析要求，而不是偏离分析目标。(5)正确认识Moldflow分析在模具设计中的作用。注塑流动的Moldflow分析可以帮助工程师事先对多个可能的方案进行评估，从而获得相对好的浇注系统方案和冷却系统方案。但是，不能期望计算结果和实际情况吻合的很好，原因是在进行模拟计算时，由材料数据带来的误差、由计算的数学模型带来的误差以及由几何模型简化带来的误差使得计算结果同实际注塑过程存在一定程度的差异，这种差异随着上述误差的增大而显著增加。再加上实际注射过程的复杂性，使获得确定性的分析结果较为困难。如果材料数据准确，模型简化得当，获得比较可信的分析结果是完全可能的。此时使用获得的数据作为指导实际生产的工艺数据也是有意义的。二、实验部分 本文结合车门把手的实例，通过Moldflow工具软件对制件模拟分析验证，对车门把手熔接痕消除进行优化设计。该塑件要求：1、产品表面光滑度高2、表面精度高，平整3、避免产生熔接痕4、模型材料选择Kumho公司的ABS+PC材料，牌号为HAC8250。 2.1 产品模型的简化-建模在进行Modeflow分析之前，需要对被分析的产品模型在CAD系统中进行必要的简化和合理的修改。 2.2 划分车门把手的网格模型首先将简化处理过的STL格式的车门把手色塑料模型导入Modeflow三维实体在Modeflow中经网格自动划分后的网格模型图见图（1）图（1）手机外壳正面图形分析中采用中性面网格，有限元分析得出模型数据以下：本注塑件的厚度为1 mm,比较薄,故可采用中性面网格。平均边长为3 mm, IGES合并公差为0. 1mm,生成网格后,对原始网格进行纵横比、交叉单元、自由边等修正。最后的理想网格文件见图。有限元网格划分结果的数据如下所示, 三角形 11978 节点 5967 柱体 0 连通区域 1 网格体积 59.8398 cm3 网格面积 369.326 cm2边详细信息- 自由边 0 共用边 17967 交叉边 0配向详细信息- 配向不正确的单元 0相交详细信息- 相交单元 0 完全重叠单元 0 复制柱体 0三角形纵横比- 最小纵横比 1.158000 最大纵横比 11.648000 平均纵横比 2.212 000匹配百分比- 匹配百分比 85.8% 相互百分比 81.3%匹配率为76.4%，此时已经可以得到较为可靠的分析。2.3 注塑成型材料选择及其参数车门内把手的注塑成型材料Kumho公司ABS+PC材料，其牌号为HAC8250。此材料成型收缩率小，成型时流动性好，比容低，熔体密度为1.0887g/cm固体密度为1.02032g/cm，塑化效果好，在模具中凝固快，冷却周期短，在模具产业中得到广泛应用。其主要的一些材料信息如下图（2）：材料PVT特性图（2）三. 初步设计方案及其结果分析3.1 一般浇注系统的建立根据实际情况的需要采用了浇注系统的流动分析，建立浇注系统如图（3）所示，具体的尺寸是：主流道为锥形，上下端口分别为4mm和9mm，截面为圆形，长度为60mm；分流道截面为方形，边长为5mm，每条分流道长度均为13mm；侧浇口的截面为矩形，矩形长边为5mm，短边为3mm，浇口长度为2mm 图（3）3.2 Weld lines熔接痕 由图（4）可以看出，车门把手的熔接痕很多，这与产品的复杂结构有着一定的关系，除此之外，熔接痕主要出现在了产品的表面部位，这极大的影响了产品的外观质量与要求，因为熔接痕容易使产品的强度降低，特别是在产品可能受力的部位产生的熔接痕会造成产品在结构上的缺陷。图（4）单独产品的熔接痕结果不容易观察熔接痕缺陷的具体情况，将熔接痕结果叠加在充填时间的结果上可以观察到熔接痕，而且可以分析熔接痕产生的机理，观察结果如下图（5）所示图（5）由图（6）可清楚地看到，产品外观表面仅有1和2处存在熔接痕现象，区域2处所出现的熔接痕与实际试模生产中发现的问题是一致的。图（6）产品表面熔接痕3.3 平均速度 产品的充填分析中的平均速度分析可以反映熔接痕产生的问题，从浇注系统和产品底面的部分，箭头的指向以及分布相对一致，说明产品的这些部分熔接痕产生较少，质量得到了保证。 反观，平均速度的箭头指标在孔的周围，产品的拐角以及产品的一些表面部分不能达到要求，分布的比较杂乱，这就表明产品熔接痕的产生在这些地方出现的频率比较高，产品的质量则也得不到相应的保证。图（7）3.4 表面分子取向 通过产品表面的分子取向结果表示，也可以观察熔接痕的情况，如图（8）所示。图（8）据图所知，产品在孔的周围分子取向杂乱，也反映了熔接痕在此区域会出现的较多，发生的频率高等。 四、优化设计方案及其结果分析4.1 增加加热系统后的分析4.1.1加热系统的建立通过初步方案的分析，我们了解熔接痕产生的原因，为了改善熔接痕的情况，希望通过增加加热系统，保证熔体前锋在汇合部位保持一定的温度，从而消除产品在外观面上的熔接痕缺陷。增加后的加热系统如图（9）所示： 图（9）浇注系统它的大致位置位于产品表面熔接痕的上方，加热系统距离产品表面大致为45mm，加热管道的直径为8mm。4.1.2增加加热系统后的一些分析结果，如图图（10）图（11）图（12）分析结论如下:1）由图（10）可以看出车门把手的熔接痕的数量较初步方案有所减少，而且熔接痕所产生的位置有所转移，多数集中在产品的下层，从而使车门把手表面的质量有所改善。2）由图（11）与图相比较可以看出，产品的孔周围区域2处的熔接痕消失了，而型腔下侧区域1处的熔接痕仍然存在，未能消除。，3）从图（12）可以看出，产品表面的分子取向有所改观，但孔的周围以及一些棱角区域的分子取向仍然表明该位置容易产生熔接痕现象。4.1.3Cool冷却分析结果如图（13）所示，加热管道通过的区域，温度较高，对于熔接痕的消除有一定的作用图（13）4.2 改变浇口形式后的分析 在前面提出的设计方案中，在前面提出的设计方案中，始终采用的是侧浇口的形式，对于车门把手上的圆孔形状的结构，在溶体充模的过程中回出现溶体前锋饶过圆孔后汇合的情况，从而难以避免地出现熔接痕缺陷，而采用了盘形浇口，从圆孔位置进料，避免了熔体前锋在产品表面交汇的情况。浇注系统（盘形浇口）的创建。浇注系统的详细情况如图（14）所示，其中，主流道为锥形，上、下端口分别为4mm和9mm，截面为圆形，长度为30mm，分流道截面为方形，边长为5mm，与盘形浇口直接相连的浇口为锥形，小端口直径为1.5mm，锥角为4度，长度为30mm.图（14）五、结论通过以上实例的分析，我们可以看出，优化后的设计方案比初始的方案在填充时间，气穴，熔接痕等方面都有很大的改进。通过对浇注系统的设计，可以使浇注达到很好的平衡，使得熔体基本上可以一致充满型腔，克服了熔接痕所引起的产品质量缺陷，从而提高了效率，保证了产品的质量。六、结束语忙忙碌碌了一个月，我的毕业设计也终将告一段落。但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方，譬如分析所截的图不是很全、外观粗糙、Moldflow所做的分析不是很到位数不胜数。可是，我又会不断地安慰自己：做一件事情，不必过于在乎最终的结果，重要的是过程中的收获。以此安抚我尚没平复的心。毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。大学生活即将匆匆忙忙地过去，但我却无悔，大学三年，它给我树立了很好的人生坐标，这三年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我一起走过的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷的。答谢辞在毕业论文即将完成之际，我想向曾经给我帮助和支持的人们表示衷心的感谢！首先要感谢我的毕业设计指导老师李老师，他在毕业设计方面给了我大量的指导，不仅多次对我们进行当面指导，而且每天长时间在网上与我们讨论、交流，为我们的毕业设计进行指导与修正，让我学到了知识，掌握了科研的方法，也获得了实践锻炼的机会。他严谨的治学态度、对我们的严格要求以及为人处世的坦荡将使我终身受益。在此祝愿他身体健康，全家幸福！感谢我们同一小组的所有成员，没有你们，我也无法顺利的完成我的毕业设计，是你们不断的和我交流讨论给我毕业设计上的建议，感谢你们，祝愿你们都有一个美好的未来！感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们消除了我初到陌生环境的紧张，两年多的时间，我们如同兄弟一般，相互帮助，相互尊重，让我度过了一段愉快的大学生活。如今，各奔前程，兄弟们珍重。感谢生我养我的父母，他们给了我他们所有，我知道他们为我上学所付出的巨大牺牲和努力，而我至今仍无以为报。祝福我的父母，以及那些给予我支撑的长辈，祝他们幸福、安康！毕业设计即将完成，我的心情无法平静，从开始确定题目到毕业设计的顺利完成，这之中，我遇到了许多困难，但困难不可能阻拦我，只要有恒心，不懈的努力，任何事情都将变的不那么难！ 最后，衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本毕业设计的老师！参考文献1赵灵.注塑模冷却系统的CAE分析与优化D.南京理工大学,2006年2王刚,单岩. Moldflow模具分析应用实例M .北京:清华大学出版社,2005.3于同敏.刘铁山.注塑制品的熔接痕及控J.模具工业, 20027:334皮赳燕.塑料椅子的注射成型参数优化D.湖南大学;2007年5鈡皓东,徐灵杰，邓益民.基于Moldflow流动分析的薄壁塑件成型工艺设计J.塑料工业,2005,33（1）：32毕业设计（论文）成绩评定表一、指导教师评分表（总分为70分）序 号考 核 项 目满 分评 分1工作态度与纪律102调研论证103外文翻译54设计（论文）报告文字质量105技术水平与实际能力156基础理论、专业知识与成果价值157思想与方法创新5合计70指导教师综合评语： 指导教师签名： 年 月 日 二、答辩小组评分表（总分为30分）序 号考 核 项 目满 分评 分1技术水平与实际能力52基础理论、专业知识与成果价值53设计思想与实验方法创新54设计（论文）报告内容的讲述55回答问题的正确性10合计30答辩小组评价意见（建议等第）： 答辩小组组长教师签名： 年 月 日三、系答辩委员会审定表1 审定意见2审定成绩（等第）_ _ 系主任签字： 年 月 日