肥皂盒模流分析

1、华东交通大学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：20120310040325指导老师：匡唐清目录第一章 三维造型1第二章 CAD doctor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1.1、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

2、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1.2、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1.3、导出模型将制作好的造型以igs格式文件导出，准备导入到CAD doctor修复和简化。第 1 页第二章 CAD doctor修复和简化2.1、导入模型把从UG导出的igs格式文件导入到CAD doctor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2-1 CAD修复之前模型2.2、修复模型对多余的

3、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2-2 CAD修复之后模型2.3、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 2 页第三章 网格划分和网格修复3.1、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23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4.0mm，弦高0.1mm；方案2. 全局网格边长为5.0mm，弦高0.1mm；方案3. 全局网格边长为6.0mm，弦高0.1mm。图3-1 三角形网格划分3.2、

4、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87.7%，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92.8%，最大纵横比7.1，自由边，重叠单元为0，比较适合。方案三最大纵横比为17.8%，匹配率有所下降，故这里选择方案二。第 5 页图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3.3、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6.0，平均值2.01，

5、满足要求。图3-5 网格修复图3-6 修复完成结果3.4、厚度诊断及修改结果如图所示，平均厚度2mm，最厚处达到2.928mm，最薄处为1.244mm。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4.1、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Generic PP：Generic Default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4.2、浇口位置分析浇口位置

6、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4.3、快速填充第 1 页第 5 页图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第 10 页图4-10 气穴对比图4-11 填充末端压力图4-12 熔接痕通

7、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5.1、成型窗口5.1.1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0.8823，此刻的时间为0.5265s,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2.200s，最小为0.2s，这里取值1.0s。

8、图5-4 最大压力降由图线可知直浇口方案最大压力降为12.46Mpa，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232.7，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5429.4/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0.1234MPa，处于比较小的值，材料所允许的最大应力值为0.25 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14.74s，符合要求。5.1.2 侧浇口分析：图5-9 质量成型窗口成型质量最大值为0.898

9、7，此刻的时间为0.6204s,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2.26s，最小为0.2s，这里取值1.0s。图5-10 区域成型窗口注射时间最大为2.26s，最小为0.2s，这里取值1.0s。图5-11 最大压力降由图线可知直浇口方案最大压力降为13.95Mpa，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232.2，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

10、剪切速率为1747.2/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0.0900MPa，处于非常小的值，材料所允许的最大应力值为0.25 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15.42s，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。5.2、充填分析工艺参数 充填时间 模具温度 熔体温度方案 1.303s 46 240其余参数均采用默认值，别进行分析，

11、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17.80s，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6.1、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

12、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1.5mm，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。6.2、浇注系统填充分析由网格统计得制品的体积为：76.5437 cm，由成型窗口分析得充填时间：1.0s。得出流率为76.5437cm/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

13、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6.3、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7.1、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

14、环进水，水管直径取10mm,外部采用软管连接。7.2、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2.76，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1.4、1.6，值比较小，冷却水路设

15、计比较合理。方案2冷却液通过回路，四个水管冷却液升高1.3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。7.3、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365，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455内，且动定模两侧温度相差不大，符合制品的要求。第 1 页图7-

16、9 冷却液温度比较通过图可知，优化后的冷却液温度升高0.7，远低于优化前。第 22 页图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29.56s，优化后时间为59.76s，优化后方案可以接受。总结：根据以上多项比较得

17、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8.1、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:1.38%4.98%。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1.38%到4.98%之间。优化前图组得出所需数据图如下： 图8-6 压力XY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2.274s达到最大的20.91MPa，在16s时降为0MPa,取9s作为保

18、压时间，由图8-7看出浇口到达凝固时间为18.6s，所以得压力降时间为10.1s。但经过后续多次优化之后各个时间调整为8.9s的保压时间，5s卸压到30MPa，6s卸压到0MPa，保压曲线调整如下：0.1到达最大保压值40MPa，8.9s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（1.38%-4.98%），相比没有优化要更好。第九章 翘曲分析和优化9.1、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

19、 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0.1927mm，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

20、过优化保压曲线来改善。9.2、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0.1927mm，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2.0mm，壁厚均匀，产品不是很大,制成一模两腔。材料选用Generic PP：Generic Default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1.0s，IPC时间为20s。 图10-1 零件三视图浇注系统设置如

21、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1.5mm，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4.2341it/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 0.1到达最大保压值40MPa，8.9s保压时间5s卸压到30MPa,6s卸压到0MPa。 最终得到的收缩（1.38%-4

22、.98%）和翘曲（0.5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Mold flow软件的强悍。在导入CAD doctor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CAD doctor做修复的时候会简单很多。修复完成后的产品最后导入Mold flow进行网格划

23、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

24、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