ZUK Z1手机壳模流分析设计说明书

ZUK Z1手机壳模流分析摘 要通过使用Moldflow软件对ZUK Z1手机壳进行模流分析所得到的结果，可作为塑件注射模和加工流程的参考，通过该软件还可以计算机模拟注射过程中填充；保压；冷却等过程中产生的问题，可以帮助设计人员进行分析和改进，以减少研发时的成本浪费。对于注塑件来说，不同的塑料流动方式，会产生许多不同的问题比如：气穴；溶解痕 等许多问题。通过模流分析可以吧将这些影响塑件的一系列问题降低到最小，通过该软件可以分析理论上最佳的浇口位置以及冷却方案。以获得高等质量的塑件。关键词：模流分析；高质量；浇口位置目 录前 言11 Moldflow 软件介绍21.1 主要特征和优点21.2 分析功能简介21.3. 模流分析的作用22 零件工艺性分析32.1 零件图样与工艺性32.1.1 零件图32.1.2 零件工艺性32.2 材料33 分析流程53.1 新建工程53.2 导入塑件53.3 生成网格53.4 材料设置63.5 浇口位置73.5.1 最佳浇口位置73.5.2 浇口匹配特性84 单个零件分析94.1 总体温度94.2 剪切速率、体积94.3 充填时间104.4 气穴105 一模两腔分析125.1气穴125.2 总体温度125.3 剪切速率、体积135.4 充填时间135.5 熔接线135.6 锁模力145.7 注射位置压力xy图146 分析报告166.1 注射机要求166.2 温度166.3 注射设置166.4 流动结果166.4.1 单个零件流动分析166.4.2 一模两腔零件流动分析166.5 冷却回路压力166.6 回路热去除效率176.7 冷却分析报告186.7.1 冷却186.7.2 冷却液196.7.2 型腔温度结果196.8 最终分析结果20总 结21致 谢22附 录23参考文献24 前 言内容这学期我们学习了塑料模的设计与加工，在生活中注塑产品处处可见，所占比例相当大。起初学习还是使用UG进行简单的注塑件绘制，然后进行模具的设计，对注塑模有了基本的结构了解后使用现在非常大众的胡波外挂进行快速的绘制。然而这些软件都只能大致看出来总体造型，后来老师教我们使用了Moldflow 软件进行简单的注塑流程分析，帮助我们进行设计分析。在没有学习该软件时，我们设计注塑模只是想当然的选择自己觉得合适的交口位置以及冷却方式，而忽略了实际生产过程中可能会产生的问题，易导致多次的试模而无法达到客户所要求的质量要求。通过Moldflow了解到不同的材料即使在同一浇注方式下也会产生截然不同的结果。手机作为现在重要的通讯工具，因为现在大多数都是大屏手机，相应的就是易碎，所以手机保护壳就成为必不可少的，并且手机保护壳价格不高，所以大多数人都会常换。这也带动了很多的产业。通过进行注塑件的分析可以节约时间成本，也可以减少试模次数，这也降低了行业的门槛，以前都是老师傅来确定加工工艺，然而现在可以通过软件使的年轻人也更加准确的确定加工工艺和加工方式。据统计2015年模具产值达到了2500亿，这是国家制造业重要的一部分。现在制造行业发展迅速，为了适应大时代的需求就必须要学会使用软件来进行设计制造，以提高设计的效率。通过软件的分析我们可以达到理论上最合适的方案，以得到质量较高的零件。并且通过软件来与国际先进的设计方案减少差距。1 Moldflow 软件介绍1.1 主要特征和优点该软件可以进行最佳交口位置分析也可以自行选择交口位置来进行选择，为我们提供了数据和图样上的参考，在浇口位置完成之后可以设置流道的样式以及尺寸通过分析得到的数据图样来选择不同的浇口，以及流道方式，在确定流道后可以通过冷却系统来对加工模具提供参考，以达到最佳的冷却方案。Moldflow还可以分析验证模具的合理性对生产过程中会产生的一些问题比如熔接缝；气穴等等缺陷进行分析，以此来对产品结构进行优化，通过修改得到最佳的塑件1.2 分析功能简介Moldflow软件的分析功能十分强大，我们可以通过该软件对塑件进行完整的分析，其中的材料选择十分重要，该功能可以为制造商提供在不同材料时的不同分析数据，一次为制造商在不同的需求下选择不同的材料，以此来控制加工的成本，也可以分析得到需要什么样的注塑机和需要注塑多长时间，来达到想要的塑件要求控制成本。1.3. 模流分析的作用1）验证模具的正确性与合理性；2）对产品结构的优化与分析；2 零件工艺性分析2.1 零件图样与工艺性2.1.1 零件图现如今手机越来越多样化，相应的就产生了各式各样的手机壳，常见的材料有：硅胶，硬塑，软塑，皮革等。如图2-1所示ZUK Z1塑料手机壳零件图。图1-1 零件2.1.2 零件工艺性该零件采用注塑加工的方式进行加工，生产批量为大批量。 手机使用过程中会产生一定的热量，所以在选取材料的时候要选取具有耐热性的材料，鉴于塑件使用直接接触人体所以选择无毒性耐热性能较好的材料。2.2 材料PC/ABS是由PC和ABS的混合物所产生的热塑性材料， 该材料具有抗冲击强度高，化学性能稳定耐惹等等一系列的优点，所以该材料现在广泛应用于汽车内饰以及手机保护壳和汽车保险杠，家用塑料产品和大灯等等一系列塑料产品上。现在许许多多的塑料件都会采用PA/ABS该材料。材料性能：1）该材料综合性能好,抗冲击强度高,化学性能较稳定；2）表面可以镀铬,喷漆处理；3）有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别；4）流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好；5）机械性能的卓越平衡；6）低温时也具备高冲击强度；7）室内紫外线稳定性；8）较高的热变形温度(80125)；9）耐燃性(UL945VB)；10）色彩范围广泛；11） 易于注塑和挤塑，吹塑加工；12）良好的电镀性；13）一般密度在1.05-1.20间；3 分析流程3.1 新建工程打开Moldflow synergy选择文件中新建工程如图3-1所示。图3-1新建工程3.2 导入塑件鼠标左键选择菜单栏中的导入选项，导入在三维软件中绘制完成的注塑件如图3-2所示，可以导入零件。图3-2导入塑件3.3 生成网格鼠标点击菜单栏中的创建网格，在子菜单中选择生成网格如图3-3所示，可以选择调整曲面上的全局边长大小来调整划分的网格的细密程度。划分完成后的零件图如图3-4所示。图3-3生成网格图3-4零件图3.4 材料设置在左侧任务栏中，有一个材料选择项，通过搜索找到我所需求的材料PC+ABS，选择确定将该材料设置为我们所需要的材料如图3-5所示。图3-5材料选择3.5 浇口位置如图3-6所示选择任务栏中的分析序列，选择浇口位置，点击确定，开始分析最佳浇口位置。图3-6 浇口分析3.5.1 最佳浇口位置根据Moldflow软件分析结果如图所示图3-7为Moldflow软件自行得到的最佳浇口位置。该浇口位置的各项数据均较好。图3-7最佳浇口位置3.5.2 浇口匹配特性浇口匹配特性表示浇口位置合理性的因子分布图，因子值越小，浇口位于这个位置的成型合理性越小。图3-8浇口匹配特性根据图片的结果分析浇口位置与Moldflow分析的最佳浇口位置基本相同，所以可以选择自动分析的浇口位置作为最终的浇口位置。4 单个零件分析4.1 总体温度总体温度是一个中间数据在为注射的时候，是注塑件的平均温度，在注射时是液体流动的平均温度。温度分布应该均匀，防止引起翘曲。 图4-1总体温度 塑件温度分布应该相对均匀，防止产生翘曲现象，塑件总体的温度不应该超过塑料的降解温度。通过图4-1可知温差较小不会引起翘曲。4.2 剪切速率、体积实质上的整个截面的剪切速率和体积，是一个中间数据结果，模具设计者可以通过动画的形式查看随着时间变化而变化的剪切速率和体积。因为如果该图剪切速率和体积结果过大的时候，熔体会有可能发生降解缺陷。图4-2剪切速率和体积4.3 充填时间指塑料充填满形芯型腔所需要的时间。填充时间短了，产品密度小，易出现不满，或 满了但尺寸小，时间长了，则相反，还可能造成顶出困难。图4-3充填时间填充时间表达了熔体跟随时间变化而变化，该零件两端一基本同时到达，注塑效果非常好。4.4 气穴在塑料熔料填充型腔的时候会有多股熔料前端包裹空穴或熔料填充至末端由于气体无法排除导致填充不完全所产生的现象叫作气穴。气穴的产生主要会有三种情况，第一种是注塑工艺不当、第二种是模具缺陷、第三种就是注塑原料与注塑件的材料需求不符合。减少气穴的方法一就是让塑料高温度融化，方法二是加入一些酒精，在高温下利用导流或者沿壁留下的方法就可以减少气穴。图4-4气穴5 一模两腔分析5.1气穴图5-1是一模两腔的塑件气穴分析图图5-1 一模两腔气穴5.2 总体温度温度分布应该均匀，防止引起翘曲，总体温度不应超过塑料降解温度。该图温差不超过20度，相对均匀。图5-2 一模两腔总体温度5.3 剪切速率、体积 图5-3剪切速率和体积5.4 充填时间图5-4充填时间填充时间表达了熔体跟随时间变化而变化，该零件如图5-4所示两端一个为0.9238s还有一个为1.232s差距为0.3，效果较为理想。5.5 熔接线 熔接缝就是融化的塑料在注射机的压力下进入到型腔中在不同的地方多股塑料没有完全的融合在一起导致产生的缝隙，熔接缝所在的地方塑件强度很差容易断裂通过降低锁模力，方便排气。可以减少熔接缝的产生注射压力不应该过高过快，由图可知该零件只有一条熔接线图5-5一模两腔溶接线5.6 锁模力模具的锁模力是指在注射的时侯为克服型腔体内熔体对模具所产生的涨力，而通过注射机施加给模具的力被称为锁紧力 。当融化的塑料以很高的高压注入时会相应的产生一个撑开模具的力量。因此注塑机的锁模部件必须提供足够的锁模力来保证模具不会被该力量撑开。A.锁模力计算：撑模的力量=成品的开关模方向的投影面积模穴数模内压力B.怎样选择合适的注塑机 ：1MPa=9.8kg/cm25.7 注射位置压力xy图XY图是一个以时间为横坐标压力位纵坐标的图，可以观察伴随着时间的改变塑件的压力的改变数值。该塑件在最高点是接近4000Mpa。图5-6注射位置压力xy图6 分析报告6.1 注射机要求最大压力: 180.0000 MPa螺杆增强比率: 10.0000注塑机响应时间: 0.010 s注塑机最大锁模力: 7000.2198 tonne6.2 温度熔体温度: 220.0000 C模具型腔侧温度: 50.0000 C模具型芯侧温度: 50.0000 C6.3 注射设置注射控制方法: 注射时间 注射时间: 1.4040 s 名义流动速率: 22.2656 cm3/s保压压力曲线 持续时间 压力(s) (MPa) 0.0000 24.790810.0000 24.7908冷却时间: 20.0000 s6.4 流动结果6.4.1 单个零件流动分析零件和冷流道的总体积: 31.2599 cm3切换压力: 30.9885 MPa6.4.2 一模两腔零件流动分析零件和冷流道总体积: 64.6734 cm3切换压力: 42.2043 MPa6.5 冷却回路压力如图所示6-1为水管直径10，水管与零件件距离25，管道数量5，管道中心间距30， 零件之外的距离为120的一模两腔回路压力分析图。图6-1冷却回路压力图6-2为水管直径15，水管与零件件距离15，管道数量6，管道中心间距25，零件之外的距离120的，一模两腔冷却回路压力图。图6-2冷却回路压力6.6 回路热去除效率图6-3为水管直径10，水管与零件件距离25，管道数量5，管道中心间距30，零件之外的距离120，的回路热去除效率图。图6-3回路热去除效率图6-4为水管直径15，水管与零件件距离15，管道数量6，管道中心间距25，零件之外的距离120的回路热去除效率图。图6-4回路热去除效率6.7 冷却分析报告6.7.1 冷却网格类型 = 双层面节点数 = 4680 柱体单元数 = 319 三角形单元数 = 8744四面体单元数 = 0计算几何体影响的方法 = 理想 冷却分析类型 = 手工零件单元总数 = 8847流道单元总数 = 103模具单元总数 = 564回路单元总数 = 216零件末端的坐标:X Y Z最大值 239.99999 mm 160.00000 mm 60.00000 mm最小值 -0.00000 mm -0.54223 mm 30.00000 mm取向 479.99999 mm 320.54222 mm 90.00000 mm模具末端的坐标:X Y Z中心 120.00000 mm 79.72889 mm 45.00000 mm右角 600.00002 mm 559.72892 mm 525.00004 mm左角 -360.00001 mm -400.27115 mm -435.00003 mm入口 流动速率 雷诺数 压力降 泵送 节点 进/出 范围 超 功率超过 回路 回路 (lit/min) (MPa) (kW) 31169 4.23 10000.0 - 10000.0 0.0075 5.298E-004 31278 4.23 10000.0 - 10000.0 0.0075 5.298E-0046.7.2 冷却液入口 冷却液温度 冷却液温度升高 热量排除节点 范围 通过回路 通过回路31169 25.0 - 26.2 1.2 C 0.359 kW31278 25.0 - 26.2 1.2 C 0.344 kW6.7.2 型腔温度结果零件表面温度 - 最大值 = 45.4026 C零件表面温度 - 最小值 = 35.2150 C零件表面温度 - 平均值 = 41.4405 C型腔表面温度 - 最大值 = 41.3734 C型腔表面温度 - 最小值 = 30.9813 C型腔表面温度 - 平均值 = 37.0332 C平均模具外部温度 = 26.0817 C通过外边界的热量排除 = 0.0598 kW周期时间 = 35.0000 s最高温度 = 200.0000 C最低温度 = 25.0000 C6.8 最终分析结果选择一模两腔作为加工方式有以下优点：1）可以极大的提升注塑产品的产能； 2）可以降低生产成本；3）提高生产效率4）塑件较小，可以顺利走胶改善塑件品质浇口位置选择在浇口分析的位置，使得充填到两端的时间机泵相同。冷却方案选择：水管直径15水管与零件件距离15 管道数量6 管道中心间距25 零件之外的距离120。这一套方案可以使得模具冷却效率更高更快以此来提升生产效率，延长模具的使用寿命，降低成本。总 结这次毕业我的设计的题目是ZUK Z1手机保护壳的模流分析。 首先在这次设计中遇到了许多的问题，例如：由于UG中没有认真的检测材料和加工后的成品。导致在Moldflow中分析时常出错，直接卡在这一环节好久，后来通过百度寻找到了答案。然后回头重新绘制UG图终于可以分析完成。在这分析中知道了许多新名词，也通过查询资料，大概的了解了一下这些名词。不同的交口位置和流到也会带来巨大的差异。其次在Moldflow分析的过程中，对与浇口位置的确定并不是做的非常的完整，也是一个不好的地方，以前对于模具的设计只是简单的分析，而并没有思考在注塑的流程中会产生一系列的问题，例如溶解线，气穴等一系列的问题，这些问题会大大的影响产品的品质。注塑件的产品由于材料的力学性能以及加工工艺的局限性，所以产品的精度相对于冲压件较差，这就要求在设计模具以及产品结构优化的时候力求完美。最后对于Moldflow的熟练使用是对模流分析最基本的要求，毕业设计也算是对我们在校三年的一次总结和检验，也算是在为我们进入社会前的最后一期考试，只是这次考试与平时的考试不太一致所以显得格外的重视。这次的毕业设计遇到了许多问题，在拉适合同学的帮助下一一解决，非常感谢他们的帮助。只有在不断的学习中才能不段的进步。这可能也是我们同学间的最后一次合作，也令我十分的珍惜致 谢三年的学习生涯就这样要结束了，心中有许多的话想说但有不知从何说起。其次通过这次毕业设计，发现了一点点小小的改动有时候也会使得最后的结果有着巨大的不同。对自己的细心耐心有着巨大的锻炼。首先要感谢我的指导老师。做毕业设计的时候遇到了许多的问题，在老师帮助下一一的解决了，没有他的帮助我没有办法顺利的完成毕业论文。在这次的设计过程中借鉴了许许多多学长学姐的论文，谢谢你们的帮助。也要感谢这三年里陪我一起走过的老师们，正是有你们的辛勤指导，才让我度过了愉快的三年生活。同时也要感谢和我一起度过这三年的同学们，正是有你们才让我这三年过的你那么孤独，无聊，是你们教会了我怎么与人相处。祝愿即将和我一起走向社会的同学们找到心仪的工作，工作顺利，拥有一个精彩美好的未来。附 录 附录A产品效果图参考文献1 刘琼. 塑料注塑Moldflow实用教程 . 北京:机械工业出版社，2008 2 谢鹏程. 高分子材料成型CAE理论及应用. 北京:化学工业出版社,2010. 3张珑. Moldflow模流分析实用教程. 北京: 电子工业出版社, 20134 邹继强. 塑料制品及其成型模具设计. 北京：清华大学出版社，2005.5 洪慎章. 实用注塑成型及模具设计. 北京：机械工业出版社，2006.6 宋玉恒塑料注塑模具设计手册北京：航空工业出版社，19947 单岩, 王蓓，王刚. Moldflow模具分析技术基础. 北京: 清华大学出版社, 2004.8 高佩福实用模具制造技术北京：中国轻工业出版社，19999 李代树Moldflow模流分析从入门到精通北京清华大学出版社，201210 王刚单岩Moldlow模具分析应用实例 北京：清华大学出版社，200523