毕业设计（论文）-电热水壶结构设计及装配仿真

本科生毕业论文（设计）题目电热水壶结构设计及装配仿真学生姓名指导教师学院机电工程学院专业班级完成时间20XX年6月8日第1章绪论1.1电热水壶行业发展现状电热水壶由于烧水快速、高效方便等特点而深受消费者的喜欢，是一个非常符合中国人饮用水消费习惯的西式小家电产品，在国内市场中上升比较快。最初欧洲知名厂家，出于降低生产成本的目的，在中国采用OEM方式生产电热水壶。一些知名厂家通过技术转化，提供外型设计、结构设计，并对产品进行测试等将电水壶的制造经验带到了国内的OEM企业，使国内电水壶的企业生产水平得到很大的提升。目前全球90%以上的电水壶生产都已经移到中国。2003年开始，国内一些知名小家电品牌的介入到电热水壶市场，使这一产品在国内市场的占有率快速上升。2005年开始中国成为全球最大的电热水壶市场，市场容量已经在1000万台左右，2006年至少还会有20%的增长量，可以说目前已经是处于高速增长的状态去年电热水壶的销售额以达到20个亿，销量在一千万台左右。[1]况且，目前中国家庭电热水壶的拥有率还不到百分之五，市场发展的空间非常大。目前市场中的电热水壶主要是不绣钢与塑料两大系列，外观在电热壶的市场推广有着决定作用。在主流零售渠道，电热水壶产品价格大至可以分为三档，基本是以不锈钢产品为主：国际品牌的产品基本保持在300～400元间；东菱凯琴，美的、艾美特等国内知名小家电品牌的产品价格在100～300元之间；一些区域性强势品牌的产品价格也都在100元左右。但在批发渠道，也可以看到30元以下的电热水壶。[1]目前国内电热水壶发展的主要障碍有：1.标准研发之后2.工业设计水平不高3.产品附加价值低4.产品质量良莠不齐5.核心技术受制于人。[2]由于电热水壶行业进入门槛低，核心技术受制于人等原因。目前行业的发展的规范性程度不够。导致产品质量良莠不齐。目前，在苏宁、国美等大型家电商场销售的产品价格多在100元~500元，而在小商品批发市场则可以买到30元至50元、60元不等的产品，这些低价产品存在温控器失灵、漏电、壶身漏水、底座溶胶、壶盖变形等安全问题。大量不规范的小厂商以其低廉的价格极大地冲击着知名厂家的进一步的发展。而一些不法厂商为降低成本使用非食物级劣质塑料，其所含有的超标重金属在受热后会产生有毒的物质，从而对人体的健康造成损害。[3]电热水壶核心的部件就是温控器，温控器的好坏及使用寿命决定了水壶的好坏及使用寿命，直接关系到用户使用安全，可以说，如果温控器不过关，那么整个产品都是不安全的。电热水器水壶用的温控器因型号与质量不同，其价格差别非常大，国内一些厂家生产的低端产品有的仅售2～3元左右，高端产品售价在10元左右，国际知名品牌的产品售价可以达到国内产品的3～5倍，价格差距还是非常大的。而这一零售件在整个电热水壶的零售件采购成本中可以占到20～40%，一些企业出于降低成本的原因而选择一些低价低质的产品，使产品的安全性能和使用寿命受到很大的影响。2005年7月国家质检总局对电热水壶产品质量的国家监督抽查报告显示，抽查的广东、浙江、山东、北京、上海等5个省、直辖市25家企业生产的25种产品，合格的18种，产品抽查合格率为72.0%。而造成不合格的主要原因中就包括企业选用的热断路器等元件较差。[4]所以目前市场上的知名电热水壶品牌通常都会在产品的外面贴上本产品采用英国进口著名“STRIX”温控器的标签。STRIX公司在电热水壶温控器的市场占有率高达70%，剩下的30%大部分由总部在中国的分公司(包括仿制商)和英国公司OtterControls分享。和大多数家电行业一样，由于核心技术掌握在外国公司手中，我国的企业必须为此支付巨额的专利费（指定品牌就等于向该品牌支持巨额专利费），我国的企业制造大量的热水壶，但只赚取微薄的加工费。[5]目前电热开水瓶，饮水机等饮水设备领域中也占据了不少的市场分额。相对电热开水瓶，饮水机，电热水壶虽然有着水100%沸腾干净卫生（喝多少烧多少，无隔夜开水），方便、快速、可以移动使用，造型美观，可以家庭装饰并可作为精美礼品等优点。但是由于中国人民长期的习惯和企业宣传程度不够等原因，电热水壶与电热开水瓶，饮水机之间的较量还将越来越激烈。6]1.2电热水壶发展趋势电热水壶未来的发展趋势在于更健康，更环保，更安全智能。在壶内设有进口过滤装置的电热水壶，所有的水只有通过滤芯才能进入壶体的加热部分，通过滤芯里的过滤装置，水中的对人体有害的物质如微生物细菌和漂白粉等将会被过滤掉。目前国内有过滤水壶的厂家如东菱、亿龙、三洋等都采用英国STRIX滤芯，该滤芯的主要物质为活性碳和离子交换树脂：活性炭可去除水中的悬浮杂质、氯、重金属及有害化合物，改善水的口味和气味；离子交换树脂减少钙、镁离子及碳酸根，降低水的硬度，减少水垢的产生。目前，市场上出现了一种新型加装四层过滤系统的电热水壶：第一步：精细滤网，去处大颗粒杂质，初步洁净水质；第二步：活性炭，驱除有害的有机化合物，比如杀虫剂，除草剂，化肥等，并降低水中氯的含量。第三步：离子交换树脂，通过减少水中含碱量和重金属来平衡PH值。第四步：超精细滤膜，去处小颗粒杂质，提高水的洁净度。[2]目前电热水壶盛水部件均采用了食物级塑料pp等材料制成。知名品牌大都通过了EMF（家用或类似用途器具电磁场测量及评估方法），Rosh（关于在电子电器设备中限制使用某些有害物质的指令），ISO，3C，UL，GS等一系列认证。另外，相对与饮水机等饮水设备，电热水壶烧水效率更高更节能，以后，随着科技的创新，电热水壶将更环保化。目前市面上的电热水壶多采用三重安全保护装置。第一重：蒸汽开关；第二重：干烧保护；第三重：熔断保护。[1]这三重安全保护措施已经能很好对电热水壶的安全使用进行保障。通过GS，UL等国外高级别认证的电热水壶更是安全耐用。未来，电热水壶的安全保护方面主要是在机械式温控器性能的提高和完善方面。未来，电热水壶会更人性化更美观。比如水开后自动保温，壶身底座分离，360度旋转，LED状态指示灯，精心设计的水位计，手柄处的防滑设计，开关置于手柄，外观采用多种活泼的颜色，光滑的流线造型壶身等等，都使电热水壶越来越受到人们的喜爱和青睐。1.3研究现状1.3.1电热水壶的基本结构零件项目及基本结构如下图：图1电热水壶的基本结构电热水壶大体包括五个部分：①壶身部分②壶盖部分③底座部分④控制状态部分⑤附加功能部分1.3.2电热水壶的基本工作原理利用水沸腾时产生的水蒸汽使蒸汽感温元件的双金属片变形，并利用变形通过杠杆原理推动电源开关，从而使电热水壶在水烧开后自动断电。其断电是不可自复位的，故断电后水壶不会自动再加热。1.3.3电水壶三重安全保护功能的工作原理①水沸自动切断电源功能：接通电源后，利用发热盘/管将电能转换为热能给壶中清水加热，待水沸腾时，温控器起作用，自动切断电源。②防干烧功能：干烧温控是通过硅脂（导热体）紧贴于发热管/盘，当发热管/盘的温度达到超高温时（即非正常工作状态，比如产品在无水状态下加热或者水沸自动切断电源失效），则自动切断电源，从而避免产品因温度不断上升引起火灾等灾难的发生。但需强调的是：在使用中应尽量避免干烧，这会对产品造成损害，缩短使用寿命。③熔断保护功能：在防干烧功能失效或电路出现短路的情况下才动作，该保护器熔断后是不可恢复[6]1.3.4电热水壶的分类①按照外形结构直插式和旋转式。直插式就是壶体与底座不能旋转，用发热管直接加热；旋转式是壶体与底座可以360度旋转，用发热盘加热。目前市场常见的大多数产品为旋转式。②按照壶身主体采用材料分为不锈钢式和塑料式。1.5毕业设计内容由于电热水壶的市场前景非常广阔，而且现在又是眼球经济时代。一个成功的电热水壶不仅要美观使用，而且更重要的是结构简单可靠和耐用。在当前人们关注自身健康的理念下，设计还应该加入滤网等部件，使消费者使用更放心。在外观设计造型以及方案的选择上要注意到电热水壶的外观不仅要新颖时尚，而且要注意到它与整个使用环境比如客厅风格的协调。所以，本次设计制定了三个电热水壶的方案，并从中进行可行性分析，选取了其中最佳的方案运用Pro/e软件进行结构设计，然后把三维实体输出为二维图，用AutoCAD软件进行编辑并输出二维图，以及使用3DMAX软件完成装配过程的动画仿真，最后使用MoldFlow软件对水壶上的一个零件进行CAE（计算机辅助工程）分析。流程如图2所示：查阅资料并制定三个电热水壶设计方案查阅资料并制定三个电热水壶设计方案选择一个最佳设计运用Pro/e软件进行结构设计三维实体输出为二维图用AutoCAD软件进行编辑并输出二维图运动3DMAX软件完成装配过程的动画仿真。最后完成15000字以上设计说明书一份使用Moldflow软件对水壶的一个零件进行简单的充模流动性分析图2毕业设计流程图1.4本章小结本章对电热水壶行业的现状及发展趋势做了简单的介绍，并对电热水壶的基本工作原理，安全保护原理与结构组成有了一个初步的了解，并根据本次毕业设计的要求制定了毕业设计工作流程图。第2章电热水壶方案设计及对比选择根据市场上电热水壶的种类，并经过商店，超市等电热水壶售卖市场实地调研。本人设计了三种方案：不锈钢外壳360度旋转电热水壶；直插式固定方向塑料电热水壶；时尚企鹅外型塑料电热水壶。2.1三种电热水壶方案的具体介绍2.1.1：不锈钢外壳360度旋转电热水壶方案1的三维外观造型图如下图1。图1不锈钢外壳360旋转电热水壶结构特点：①高抛光不锈钢壶身，持久晶亮。②可从360°任意方向拿起或放回，随心所欲。③壶身和电源底座分离，盛水，倒水时不需整机移动，操作方便安全。加热状态下有LED指示灯指示，实时监控。④带水位指示器，一目了然，避免干烧或装水过多造成的沸水外溅。⑤不锈钢发热盘加热，防水垢产生，卫生、方便清洁。⑥壶口加装一层滤网，阻拦壶内杂质，使开水均匀流出，防烫伤；防止灰尘进入壶身造成二次污染，更健康。⑦开关置于壶柄，更方便更人性化。⑧拟采用英国原装进口温控器，确保百分之百沸腾。⑨一级保护：水开蒸汽自动断电；二级保护：双重防干烧断电。三级保护：熔断保护。设计尺寸：容量：1.5升外包装设计尺寸：20*19*23cm电源功率：1200W（烧开水只需3到4分钟）电源线长度：75CM（参考国家国家标准）2.1.2：直插式塑料电热水壶方案2的三维外观造型图如下图2。图2直插式塑料电热水壶结构特点：1、沸水自动断电，干烧自动保护，安全可靠2、外壳采用最新防锈技术，经久耐用、保温，防干烧，3、有效节能，工作指示灯显示，轻松操作。4、外观流线型设计，全封闭式，确保饮水卫生5、采用特殊不锈钢加热器材，快速高效，使用寿命更长设计尺寸：外型尺寸：17*17*20

容量：1.3额定输出总功率：600W电源线长度：75cm（国家标准）2.1.3时尚企鹅外型塑料电热水壶方案3的三维外观造型图如下图3。图3时尚企鹅外型塑料电热水壶结构特点：时尚设计，美观大方。壶体与电源底座可分离,360°都可连接。明显的水位限制标志置于企鹅两边手臂处，方便使用。电源开关置于水壶手柄上，设计更贴心。LED操作使用灯，工作状态一目了然。不锈钢底盘加热，热效率更高。拟采用英国原装进口温控器，确保百分之百沸腾。三重安全保护装置：水开后自动断电，干烧保护，熔断保护。保证使用安全。采用符合食品卫生标准的PP塑料制造，保证水壶质量。手柄下有突出结构以免淋湿电源。设计尺寸：容量：1.5升外包装设计尺寸：20*19*23cm电源功率：1200W（烧开水只需3到4分钟）电源线长度：75CM（国家标准）2.2三种电热水壶方案的比较择优：经过思考，决定采用第三个方案。理由有下：⑴方案3外观时尚。根据家用消费电子产品的特点，根据市场实地调研中发现，电热水壶行业的竞争非常激烈，各个厂家都不断推出各种卖点来吸引消费者，而电热水壶的外观无疑是获得消费者印象分的重要一环，；因此，各个厂家不遗余力地对电热水壶的外观进行了精心的设计，流线型的壶身，多种颜色的结合，透明的水位计几乎是每款电热水壶的必备。根据商店销售人员的反馈，一种外观好的电热水壶更容易受到消费者特别是年轻消费者的青睐。目前是“眼球”经济时代。电热水壶不仅卖的是概念和功能，当今电热水壶功能同质化严重，外观时尚无疑是产品销售的一个利刃。⑵相对与方案1，方案3的制造成本比较低。对比方案1的不锈钢电热水壶，根据市场实地调查，可能是由于制造成本的差异，不锈钢电热水壶的价格（90到110元）普遍比同功能的塑料电热水壶（80到100元）贵10元以上。所以在同样的功能下，塑料电热水壶具有价格优势。假定是一个精打细算的家庭妇女选择电热水壶的话，在同样功能，同样健康人性化因素的情况下，价格可能会使她的天平倒向塑料电热水壶这边。⑶方案3和方案2都比方案1的重量要轻。根据市场调查，不锈钢电热水壶比塑料电热水壶要重。因为水壶加水的时候通常会拿到水龙头下面，所以过重的壶身（再加上水的重量）可能会使使用者感到不方便，特别是力气小的小朋友。所以在家庭使用的情况下，女主人可能会倾向于重量轻一点的产品。⑷市场上，方案2制造最粗糙，功能最简单，价格最便宜（20到50块钱），而且直插式的电热水壶目前已经退出了市场主流的竞争。它的结构非常简单（一个电热得快加个外壳），由于连温控器都没有，也最没有安全保证。在市场上这种产品主要是以价格低廉为卖点，这种电热水壶本来就违背了“西式小家电”的电热水壶的理念。现在的消费者越来越注重健康和安全，越来越注重生活的质量。比较下来，觉得方案1和方案三都优于方案2，所以放弃方案2。⑸方案三的设计较人性化。人性化智能化设计是电热水壶的发展趋势之一。除开关置于手柄上以外，LED指示灯，360度旋转壶身底盖分离设计，壶盖上面的突出部分（方便使用者打开壶盖）都会使消费者感到实实在在的方便和贴心。⑹方案3决定采用英国名牌思瑞克斯温控器，盛水部件采用韩国三星pp塑料，保证水壶的质量。2.3方案3的pro/e初步渲染图方案3的Pro/E初步假想渲染图，如下图4：图4方案3的Pro/E初步假想渲染图2.4本章小结本章完成了电热水壶外观造型方案的选择。在当前电热水壶市场上，一个靓丽的外观的电热水壶无疑更容易得到消费者的欢心。所以在方案的选择上，对于外观方面的倾向比较大。经过参考市场上出售的各种电热水壶的外观，我在初步设计的三个方案中选择了方案三--时尚企鹅外型塑料电热水壶。第3章电热水壶结构设计和三维建模电热水壶的设计大体包括五个部分：壶身部分，壶盖部分，底座部分，控制状态部分，附加功能部分。零部件三维建模的一般流程如下图1：概念设计概念设计工业造型零部件三维建模二维工程图应力分析结构强度分析疲劳分析塑性流动热分析公差分析与优化NC仿真与优化动态仿真图1零部件三维建模的一般流程[7]3.1壶身设计电热水壶壶身部分包括壶身、手柄上盖、加热盘、防漏圈和壶身下盖。由于壶身是整个电热水壶结构装配时的总纲，非常重要，各种其它部件和壶身的定位和配合都要在壶身上把相关结构做出来，所以电热水壶壶身的实际要考虑实际上装配会出现的各种问题的问题；同时，由于壶身的大小涉及到水的容量和美观方便的原因，我们应该把壶身设计成上小下大流线近似圆柱体形状。根据设计方案，电热水壶的容量是1.5升，外型尺寸大概为：20*19*23cm。首先对壶身进行选材。由于壶身是直接盛水加热的部件，所以在选材上要比较讲究。考虑选择耐高温，无毒的聚丙烯（PP）塑料。聚丙烯（PP）系采用齐格勒-纳塔催化剂使丙烯催化聚合而得，它是分子链节排列得很规整的结晶形聚合物。它无色，无味，无毒。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明，更轻。密度仅为0.90—0.91g/cm3。它不吸水，光泽好，易着色。屈服强度，抗拉强度和硬度及弹性比聚乙烯好。定向拉伸后聚丙烯可制作铰链，有特别高的抗弯曲疲劳强度。如用聚丙烯注射成型一体铰链，经过70000000次开闭弯折未产生损坏和断裂现象。聚丙烯熔点为164—170℃，耐热性好，能在100℃以上的温度下进行消毒灭菌。其低温使用温度达-15℃聚丙烯可用于各种机械零件，如法兰，接头，泵叶轮，汽车零件和自行车零件，水，蒸汽，酸碱的输送管道，化工容器和其他设备的衬里，表面涂层，制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，也可用于医药工业中。[11]目前在国内市场，聚丙烯价格为（900013000）元/吨。价格适中。因此，综合其各方面的性能，韩国三星化学公司的RJ700聚丙烯（PP）非常适合壶身的物理和化学使用条件。因此选择韩国三星化学公司的RJ700为壶身的材料。接着，根据方案三的尺寸对壶身进行三维建模。3.1.1壶身主体的设计对壶身主体旋转成曲面，草绘尺寸如图1。图2壶身曲面的草绘尺寸单位为毫米：mm。得到的曲面为：图3旋转得到的壶身曲面3.1.2壶嘴的设计创建壶身出水口曲面。建立辅助面DTM1，DTM2，DTM3和辅助点PNT0，PNT1，PNT2。点击“草绘曲线”功能。在DTM1，DTM2，DTM3上分别草绘出壶身出水口曲线，曲线的末端创建辅助点PNT0，PNT1，PNT2以帮助不同辅助面面之间的曲线末端互相相连。并使用曲线投影功能把DTM3上的曲线向壶身方向投影。得到如下图的曲线。图4壶嘴构造曲线图5壶嘴曲面接着，使用边界曲面功能，分别选择三条构造曲线，如图3；对这个曲面使用曲面对FRONT平面镜像功能得到其对称平面。最后，使用曲面合并功能得到图4曲面。最后，将刚合并的曲面与壶身主体曲面合并成一个曲面。3.1.3壶身手柄下盖的设计构造壶身手柄曲面，创建辅助曲面和辅助点DTM4，DTM5，DTM6，DTM7，DTM8，DTM9，DTM10；PNT3，PNT4。用草绘曲线功能分别构造如图6三条曲线，并使用可变剖面扫描功能分别选中三条曲线为扫描轨迹，用创建样条曲线功能创建一个近似半圆的剖截面。从而得到手柄下盖部分。最后把手柄下盖曲面与壶身曲面使用曲面合并功能合并为一个曲面。图6手柄下盖构造出的三条曲线把曲面实体化。选择整个曲面，再从菜单栏上选择“编辑”“实体化”功能。选择整个壶身向外面实体化。壶身厚度输入为2毫米。得到如图7的壶身实体。图7壶身实体3.1.4壶身与壶身下盖的设计壶身与壶身下盖的连接结构非常重要，从坚固，耐用，方便及安全角度考虑，决定采用无螺钉连接。分为两个部分。下面的部分固定前后两个方向自由度的移动；上面部分固定上下两个自由度。下部分固定结构的连接：在壶身下部使用“拉伸剪切”功能剪切一系列的长方形孔（尺寸为2mm*1mm），然后在壶身底盖内表面创建出同样数量的固定结构，从而达到壶身与壶身底盖牢固连接的目的。为了牢固连接，在一个圆的360度范围内创建六个这种结构是比较可靠的，如图8。图8壶身下部的长方形固定孔壶身底盖相对应的固定结构如图9。根据经验，壶身底盖上部设计为斜坡结构有利于减少装配时的应力。从而间接得增加了壶身结构的寿命。图9壶身底盖的对应突出结构壶身内部的加强筋除了有壶身与壶身底盖的固定功能还有增加壶身强度的功能。考虑到注塑制造过程中塑料成型工艺性方面和结构刚度和强度方面的因素，厚度设计为2毫米，与下部分相对应也设计为6个结构，但是在壶身旋转角度方向上并不一致。如图10。图10壶身内部的6个加强筋然后分别使用“特征操作镜像”及“特征操作复制旋转”功能得到相同的其余5个三角形状筋结构。3.1.5过滤器固定结构的设计过滤器为曲面薄壁状零件。它的固定结构的设计需要考虑倒水时水对其定位结构的冲击。所以过滤器的固定结构应该优先考虑可靠程度。经过考虑，它的包括上下两个部分。属于过定位。上部分通过旋转功能旋转出大约60度的曲面。然后与壶身出水口曲面进行合并。实体化而得到上部分的结构，如图11。而其下部分是一个三角形状的筋。厚度选择为2毫米以得到总够的结构刚度和强度，如图12。跟壶身曲面合并以及实体化后得到如下曲面，其左边选中项目为对应的特征信息：图11过滤器固定结构上部图12过滤器固定结构下部从而完成整个过滤器固定结构的设计。3.1.6壶身手柄处与上壶盖的固定结构的设计壶身手柄为整个电热水壶主要的受力结构之一，对强度和刚度的要求比较高，它的结构设计为电热水壶结构设计的重点。根据市场上的调研，上下壶盖的固定方式通常包括止口定位与凹凸结构固定及壶身手柄强度加强结构三个部分。由于本电热水壶为塑料形状结构，而且其容量仅为1.5升，尺寸并不大，重量相对与金属外壳的电热水壶要轻一些。所以采用止口和凹凸形状的固定结构，再增加强度加强结构是可以满足其强度和刚度的要求的。止口的设计是选择壶身下底盖边缘曲线使用“扫描切口”功能进行剪切出来。如图13：图13壶身下盖的止口它的扫描剖面为一个长方形状矩形，长为2毫米，宽为1毫米。：然后使用“特征操作复制镜像”功能得到相对与手柄中间平面的另一个止口。凹凸结构的设计与其它结构的设计有一些不同。其它结构设计都是在两个装配件上在零件特征建模阶段建模出来。由于手柄结构为一个可变剖面，是一个相对比较复杂的曲面，分别做出连接结构时，可能会由于定位误差过大等原因，造成定位方面的问题。所以，在设计这个结构时，最好的解决方法是在手柄上盖建模凸出结构，然后在装配阶段，使用“组件剪切”功能，在手柄下盖上剪切出凹进结构，从而得到整个连接结构，如下图：图14手柄上下盖固定结构包括水平和垂直两个方向。分别用“拉伸剪切”功能建模出来。厚度依然选择2毫米。位置选择与人们习惯与握住壶身手柄的关键位置。3.1.7壶壶身表面凸出结构的设计根据电热水壶的设计方案。本电热水壶外观要设计成企鹅状外型。壶身突出结构就相当于企鹅的两个手，为电热水壶的外观增添了亮点。水壶凸出结构还可以做成半透明，从外面刻上水位标志，从而赋予它水位计的功能。首先，使用“拉伸剪切”功能，将壶身两边剪切成如图15形状：图15壶身剪切形状然后使用“旋转曲面功能”，其半径比做壶身外表面大2毫米。做出一个新的曲面。跟着根据突出结构剪切边缘，拉伸一个新的曲面。如图16。然后对这两个曲面进行合并。并将其实体化得到与图17形状突出结构。图16拉伸出来的新曲面图17水位计的实体结构至此，壶身水位计建模完毕。3.1.8壶盖与壶身连接结构的设计壶盖与壶身连接结构是电热水壶最重要的结构之一，它是电热水壶最主要的活动结构，是电热水壶使用性能的保证。也是电热水壶结构最容易出问题的地方之一。根据市场调查，市场上的电热水壶多采用铰链结构。铰链连接具有结构简单，结构可靠，成本低廉等优点，非常适合在电热水壶壶身和壶盖的连接中使用。市场上点电热水壶铰链连接分为两种：第一种是把铰链置于壶身上；第二种是把铰链置于手柄上。考虑到方案三上把开关置于手柄上，而且考虑到外型美观等因素。我决定采用把铰链置于壶身上这个解决方法。综合使用“拉伸实体”,“拉伸剪切”等功能，在壶身建模出如下图所示的铰链连接结构：图18壶身铰链连接结构：图19壶盖对应的配合结构壶身壶盖铰链的连接装配如图20：图20壶身壶盖铰链的连接装配由于壶盖为塑料制品，重量并不大。根据壶盖重量以及使用要求，铰链直径采用3毫米可以保证强度和刚度的使用要求。3.1.9连接壶身底盖的电线结构市场上，将开关置于手柄上的电热水壶分为两种：一种是电线通过与壶身底部相连的水壶手柄的下部；另一种是电热水壶的手柄下部与壶身并不相连，电线是通过壶身的上部再通过壶身与壶身底座相连的。由于本方案为了外型美观简单考虑，水壶手柄下部并没有与壶身相连。所以，电线结构只能采用第二种办法。将用“扫描实体”的方法在壶身外表面建模出一个半圆型剖面的沿着壶身的结构。然后，使用“扫描切口”的方法，在半圆型实体中扫描出一个圆形空心。如下图所示：图21壶身侧面的电线下通结构3.1.10加热盘与防漏圈的设计加热盘是水壶的传热部件，选择好的材料和采用尽量薄的加热盘壁可以有效的节省能源，从而降低用户的使用成本。加热盘的厚度为0.5毫米。加热盘的正面如图22。加热盘的底部焊接有发热管，它是电热水壶的发热器件，把电能转换为加热水的热能。加热盘与壶身连接，他的下部采用三个螺母直接与双弹簧片连接。如图23。图22加热盘的正面图23加热盘的底面防漏圈是电热水壶基本使用性能的主要保证之一，一个漏水的水壶无疑会使用户对本品牌的产品产生严重的怀疑，从而一转十，十传百，甚至会在消费者心中产生对产品的偏见。直接影响电热水壶的销量。所以防漏圈的材料选择为著名品牌的硅胶。防漏圈装配在加热盘上面。如图24。图24防漏圈3.1.11手柄上盖的设计手柄上盖主体的三维建模是选择下盖的左右两条曲线和新画的一条曲线使用“可变剖面扫描”功能进行三线曲面可变剖面扫描而成的。手柄上盖使用韩国三星化学公司的Hj-730聚丙烯（PP）材料。手柄上盖与其它部件配合的主要结构为与按钮配合的结构；与壶下盖定位配合的结构；与壶身配合的结构；与壶盖配合的结构。手柄上盖与按钮的配合需要在盖上剪切出一个圆形的孔。具体的建模是在装配阶段完成的：选择按钮，然后点击“组件切除”功能，再选择手柄为要切除的实体，然后得到如图25所示圆孔：图25与按钮装配切出的圆孔手柄上盖与壶身的定位配合结构包括定位和固定两个方面，具体在3.1.6节有详细介绍，下面的图为在手柄上盖相应的结构：图26手柄上盖的上下盖固定结构手柄上盖与壶身配合的结构如下图，上部与壶身顶部配合，下部与壶身铰链机构的下部配合，使手柄与壶身的配合足够牢固，如图27：图27手柄上盖的壶身固定的结构上盖与壶盖成80度的配合以方便壶盖开启。3.1.12壶身下盖的设计壶身下盖上与壶身连接，下与壶底座上盖接触。内部配合部件有壶身状态指示灯和温控器固定器。它的下部的几个半圆形防滑突出结构可以使之在水烧开后，用户可以把它直接放置在桌面上。它也是主要的受力件之一，所以它的内部设计了一系列的加强筋（一共为12个）来确保他的强度和硬度。内侧的突出结构与壶身右侧的突出结构形成很好的配合。与壶身对应结构形成恰倒好处的配合，使连接上下温控器的电线能顺利穿越。下部的几个穿孔使可能从小孔中逸来的水蒸气能很好的逸出，也有效的和环境保持了通气，有利于下盖的干燥。如图28。图28壶下盖一系列的加强筋它与灯的配合结构较为简单，如图29：图29壶下盖与灯的配合结构3.2壶盖整体结构的设计壶盖结构包括上壶盖，下壶盖，弹簧，壶盖控制机构四部分。壶盖机构设计的关键是壶盖控制结构的设计。由于开水沸腾时温度达到100度。而100度是水又液态变为气态的临界温度。所以水沸腾时会有大量的水蒸气向上冲出来。壶出水口一般都比较小，从而会有大量的水蒸气会垂直向上向壶盖方向冲击，会对壶盖造成一定的冲击力。如果不设置壶盖控制机构使壶盖与壶身在水壶的使用状态下闭合的话，水蒸气可能会冲开壶盖，从而对人身的安全造成一定的隐患。壶盖机构的操作按钮一般分为两种：第一种是置于壶上盖的前部靠近壶出水口的地方；另一种是置于壶上盖的后面靠近手柄开关的地方。本着外型美观使用方便，本设计方案将壶盖机构的控制操作按钮置于壶上盖的前部。并且和水壶上盖凸出的“企鹅眼睛”一起，形成恰好的着力点，方便使用着开合壶盖。壶盖机构设计的另一个关键是水壶上下盖的固定和弹簧的放置。经过考虑，上下盖的固定采用与壶身底部相同的凹凸连接结构（详情请看壶身设计）。弹簧放置与壶盖内部的一个空腔中，只留下前后运动的自由度。从而保证了壶盖控制机构的使用性能。3.2.1下壶盖结构的设计下壶盖与壶身连接的铰链，经过计算，尺寸如图30：图30下壶盖连接结构的具体尺寸壶盖下盖最上面的矩形的为了上下盖对中定位使用的，作用是方便上下盖装配和保证装配精度。上下盖的连接结构：先在下壶盖拉伸出凸出实体，然后在装配阶段使用“组件剪切”功能在上壶盖中剪切出凹进结构。上下壶盖形成恰好的配合结构。如图31，图32：图31下壶盖突出结构图32上壶盖凹进结构下壶盖的下部做成薄壁结构，以改善结构工艺性和减少使用材料从而降低制造成本。3.2.2壶盖机构的控制操作按钮结构的设计根据尺寸计算，壶盖机构的控制操作按钮设计为如图33形式：图33壶盖开合控制按钮上面的四个加强筋来保证它的强度和刚度，它的前部与壶身过滤器固定结构的上部接触。在弹簧自然状态下，壶身过滤器固定结构限制其上下两个自由度。当使用者通过对控制按钮的上圆柱施加对弹簧的压缩力时，控制按钮随着被压缩的弹簧往后退，壶身过滤器与控制按钮不接触。从而壶盖就可以离开壶身了。控制按钮结构和水壶下盖的装配方式如图34：图34壶盖开合控制结构3.2.3上壶盖结构的设计上盖的三维特征图如下：图35上壶盖三维特征图上盖的前部与过滤器相接触，起着使空气中的灰尘不飘进壶内的作用。壶盖上部的两个圆形的突出结构是“企鹅的眼睛”对水壶起着装饰的作用。壶盖前部的圆孔是和控制按钮上部圆柱配合的地方。至此，壶盖的三维建模到此结束。3.3电源底座结构的设计电源底座结构包括电源底座下盖，电源底座上盖，连接头，电源插头，底座盖板五个部分。其中最重要的结构是电源底座上，下盖的连接和底盖与下盖之间的螺钉连接。3.3.1电源底座下盖的设计综合使用“旋转实体”，“拉伸实体”，“拉伸剪切”等方法得到如图36，图37所示正反面下盖：图36电源底座下盖正面图37电源底座下盖反面其中正反面的加强筋是用来加强底盖下盖的结构强度的。下盖反面的圆柱形状实体是用来支撑整个电热水壶的重量，电热水壶的任何地方在垂直方向上都比它高。壶盖的厚度保持一致均匀，以改善其结构工艺性。电源底座下盖与电源的定位结构如图38，圆柱边缘凸出的部分镶嵌进电源的凹进部分，以限制电源的旋转自由度：图38电源与电源底座下盖的定位与装配插头线经过电源底座下盖与电源连接的结构是在壶底盖开出切口和电线固定结构，以方便装配，如下左图；它的装配形状图如下图：图39电源底座下盖与插头线的配合电源底座下盖的边缘极薄，以嵌进电源底座上盖组成连接结构。与底座上盖的连接配合结构如图40：图40壶底座上下盖的定位配合结构电源底座盖板与电源底座下盖均采用螺钉的连接方式，经过计算。螺钉采用M1.7x3.5，盖板边缘镶嵌进入电源底座下盖里面，与螺钉对面的底盖结构起着定位底盖和插头线的作用，其连接结构如图41：图41壶底盖与壶下盖的连接配合3.3.2电源底座上盖的设计电源底座上盖的上表面与壶身下盖相连接，所以必须将其设计成光滑面。上盖开有插头线侧孔。壶上盖内侧开有凸出体，以和底座下盖连接，内侧设计有一系列的加强筋，保证了其强度和节省了制造成本。如图42：图42电源底座上盖3.3.3插头的设计插头线的长度太长了不好，太短了也不好，这方面国家有严格的规定。本插头采用国家标准的95CM。插头采用与其它家用电器一样的加装有接地线，以充分保证使用者的安全，如图43。底座底盖为圆形，中心留有一圆孔，以增加水壶的美观程度。如图41所示。图43插头线至此，电源底座的设计结束。3.4水壶控制状态部分的设计控制状态部分包括双弹簧片，手动复位温控器，干烧保护器，干烧保护器固定装置，壶身指示灯，蒸汽管，手柄开关按钮。重点结构是双弹簧片与加热盘的连接：薄壁（厚度为0.5毫米）双弹簧片套在加热盘上的三个螺柱，然后用螺母把它固定。双弹簧片的三维形状尺寸参考市场上实际形状尺寸来建模。如图44。图44双弹簧片与加热盘的连接配合其中，双弹簧片上的长圆柱为导体，起着与壶底座的电源保持导通的作用，三个半圆型实体是用来与下温控器配合的。下温控器的固定由双弹簧片上的长圆柱和三个半圆体以及两个螺钉实现的。如图45。图45干烧保护器置于双弹簧片上恰好形成配合干烧保护器固定器是圆形的，上与干烧保护器接触，下与壶身下盖接触，双弹簧片的长圆柱穿过其中。它使壶身与底座可以360度旋转。如图46：图46下温控器固定器与下温控器用两个螺钉连接蒸汽管的前部与壶身铰链出开出的切口相连接，它的后部与手动复位温控器连接，以接收开水的温度信号。壶身下壶盖的两个筋状突出结构对它给予了垂直自由度的支撑。如下图：图47蒸汽管手动复位温控器包括了电源的开关，由位于它上面的按钮控制，壶身下盖突出的两个圆柱为它提供了前后自由度的限制：图48上温控器实体按钮实体形状如图49，边缘厚度为2毫米。图49电热水壶电源开关按钮壶身手柄下盖的突出结构给予按钮垂直支撑。蒸汽管与手动复位温控器与按钮的配合关系如图50。图50蒸汽管与手动复位温控器以及按钮的装配配合3.5附加功能部分的设计附加功能部分为过滤装置。过滤器装置包括过滤器和过滤网，过滤器采用韩国三星化学公司的Hj-730聚丙烯（PP），过滤网的材料为你尼龙。过滤器为薄壁件，与壶身形成了恰到好处的配合，由于其它原因，过滤网并没在三维图中建模出来。如图51。图51过滤器二维工程图是设计和生产之间的语言。完成零件的三维图绘制后，为了更规范，更准确地表达设计者的设计意图，加强工程师之间与生产制造者之间的交流，[8]应按照投影原理根据绘制成的三维图生成二维图。这次毕业设计一共在Pro/E中生成了6张二维图。包括装配图，爆炸图和四张零件图，具体请看附录。3.6本章小结本章对电热水壶零件细节结构进行了Pro/E三维建模。各个部件的设计不但包括在结构方面的设计，还涉及到材料的选用与塑料制品的制造工艺性方面。壶身内部的设计倾向于现在坚固耐用的，简单易用的，在实际经验中运用成熟的结构。建模完成后使用Pro/E对各零件软件进行了装配。第4章电热水壶的运动仿真根据设计任务书，必须使用3DSMAX软件对电热水壶的装配过程进行动画仿真。由于电热水壶的零件数量很多，很难在一个动画中表达清楚其每个零件的装配细节，所以我决定分成五个动画来完成：1.壶盖装配；2.壶底座装配；3.壶下盖装配；4.壶身装配；5.加热盘装配；6.电热水壶总装配。一共渲染输出五个AVI格式的动画，使之可以在WindowsMediaPlayer10等支持AVI格式的播放器中播放。4.13DSMAX软件简介3DStudioMAX(3DSMAX)或者直接叫3DMAX。由于3DMAX的前身是DOS时代著名的3DS，它最大的特点就是对计算机硬件的需求低，因此它也是在我国用户数量最多的三维动画制作软件，可谓一枝独秀[9]。3DMAX由美国Autodesk公司制作。3DSMAX软件是国内应用最广泛，使用人数最多的三维动画设计软件。它功能强大、开放性好，集建立模型、材质设置、摄影灯光、场景设计、动画制作、影片剪辑于一体。3DSMAX被广泛地应用于电视及娱乐业中，比如片头动画和视频游戏的制作，深深扎根于玩家心中的劳拉角色形象就是3DSMAX的杰作。在影视特效方面也有一定的应用。而在国内发展的相对比较成熟的建筑效果图和建筑动画制作中，3DSMAX的使用率更是占据了绝对的优势。根据不同行业的应用特点对3DSMAX的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的应用相对来说要局限性大一些，它只要求单帧的渲染效果和环境效果，只涉及到比较简单的动画；片头动画和视频游戏应用中动画所占的比例很大，特别是视频游戏对角色动画的要求要高一些；影视特效方面的应用则把3DSMAX的功能发挥到了极至，而这我想也是众多的3DSMAX迷想要达到的目标。[10]3DSMAX的用户界面简单易用，功能强大全面，适合广大三维动画爱好者的入门软件。3DSMAX里面包括：1.三维特征建模；2.材质与贴图；3.动画制作；4.环境光照及输出等几大功能板块。在本次设计中，使用版本较新的3DSMAX8.0软件制作动画，根据设计任务书上的要求，只用到其动画制作和渲染输出功能。因此，3DSMAX8.0软件优秀的动画制作性能完全可以满足电热水壶动画的制作。4.2动画制作前的准备3DSMAX支持的格式很广泛，有IGES，STL，STEP等。考虑到各种格式优劣性与其在3DSMAX动画制作方便性，决定从Pro/E软件中输出STL格式的电热水壶零件，然后将其导入3DSMAX进行装配。4.3装配动画的制作4.3.1壶盖装配动画的制作打开3DSMAX8.0软件，选择菜单栏上的第一栏“文件”，在其下拉菜单选择“导入”菜单，然后在弹出的对话框选择上壶盖，将在Pro/E软件中输出的STL格式文件到入到软件的主界面中。在动画制作区域单击时间配置按钮，将其帧总数设置为300。选定上壶盖，在主界面下方输入其在软件中的三维坐标：X：0；Y：0；Z：0。将其旋转自由度坐标也设置为X：0；Y：0；Z：0。从而定位好上壶盖。导入STL格式的壶盖控制机构，使用快捷键“Alt+A”使其在X轴和Z对齐，在Y方向上与上壶盖的距离为100。然后选定壶盖控制机构及上壶盖，在3DSMAX的动画制作区域点击设置关键点按钮，在第1帧插入关键帧。拖动帧滑块到第60帧，选择壶盖控制机构，保持其X轴和Z轴的位置不变，将其沿Y轴拖动到恰好与上壶盖配合的位置，点击设置关键点按钮，在第60帧插入关键帧。点击播放动画按钮可以看到壶盖控制机构沿着Y轴运动直到于上壶盖恰好相互配合。下面开始做弹簧的动画。选定壶盖控制机构及上壶盖，点击菜单栏“组成组”按钮，使壶盖控制机构及上壶盖成为一个组，名字为“组一”。拖动帧滑块到第61帧，导入STL格式的弹簧。使用快捷键“Alt+A”使其在X轴和Z对齐，在Y方向上与“组一”的距离为150。然后选定弹簧及组一，在3DSMAX的动画制作区域点击设置关键点按钮，在第1帧插入关键帧。拖动帧滑块到第100帧，选择弹簧，保持其X轴和Z轴的位置不变，将其沿Y轴拖动到恰好与上壶盖配合的位置，点击设置关键点按钮，在第100帧插入关键帧。点击播放动画按钮可以看到壶盖控制机构沿着Y轴运动直到于上壶盖恰好相互配合。选择“组一”以及弹簧，点击菜单栏“组成组”按钮，使壶盖控制机构及上壶盖成为一个组，名字为“组二”。使之成为一个整体。下壶盖的动画与前面类似，拖动帧滑块到第101帧，导入STL格式的下壶盖。使用快捷键“Alt+A”使其在X轴和Z对齐，在Y方向上与“组一”的距离为200。然后选定下壶盖及组二，在3DSMAX的动画制作区域点击设置关键点按钮，在第101帧插入关键帧。拖动帧滑块到第200帧，选择下壶盖，保持其X轴和Z轴的位置不变，将其沿Y轴拖动到恰好与上壶盖配合的位置，点击设置关键点按钮，在第200帧插入关键帧。点击播放动画按钮可以看到下壶盖沿着Y轴运动直到于上壶盖恰好相互配合。选择“组二”以及下壶盖，点击菜单栏“组成组”按钮，使壶盖控制机构及上壶盖成为一个组，名字为“组三”。使之成为一个整体。接着制作“组三”的旋转动画。选定“组三”，拖动帧滑块到第201帧，点击设置关键点按钮，在第201帧插入关键帧。拖动帧滑块到第250帧，在工具栏上点击“选择并旋转按钮”，。使“组三”沿X轴旋转90度，同时沿Z轴也旋转了90度，点击设置关键点按钮，在第250帧插入关键帧。选择“组三”，在251插入同样的关键帧，拖动帧滑块到第300帧，在菜单栏上点击“选择并均匀放大”按钮。将“组三”沿X轴从100放大到200。数量为300帧的壶盖动画全部做好。如下图1到图4：图1壶盖各制件导入舞台中的初始位置图2壶盖各制件装配过程图3壶盖装配完毕4.3.2壶底座；壶身下盖；壶身装配；加热盘动画的制作数量为700帧的壶底座装配动画的制作过程其实与壶盖装配动画的制作方法差不多。动画元素也同样包括壶盖装配动画的制作中的平移与旋转。在此不赘述。如图5到图7所示：图4电源底盖各制件导入舞台中的初始位置图5电源底盖各制件装配过程图6电源底盖装配完毕壶身下盖装配动画只有壶下盖与灯两个部件，动画元素也只有坐标平移与旋转，因而比较简单。具体制作过程不再赘述，动画过程请看下图：图7壶身下盖各制件导入舞台中的初始位置图8壶身下盖各制件装配过程图9壶身下盖装配完毕壶身部分的装配部件包括壶身，过滤器，手柄上盖，蒸汽管，上温控器，手柄开关。帧的总数为300。动画元素只有坐标平移与旋转，因而也比较简单。具体制作过程不再赘述，动画过程请看下面图10到图13：图10壶身部分各制件导入舞台中的初始位置图11壶身部分各制件装配过程1图12壶身部分各制件装配过程2图13壶身部分装配完毕加热盘结构部分的装配部件包括加热盘，防漏圈，下温控器，双弹簧片，上温控器，螺钉。帧的总数为300。动画元素只有坐标平移与旋转，因而也比较简单。具体制作过程不再赘述，动画过程请看下面几图：图14加热盘部分各制件导入舞台的初始位置图15加热盘部分各部件装配过程1图16加热盘部分各部件装配过程2图17加热盘部分装配完毕4.3.3电热水壶总装配动画的制作总装配动画帧总数为500帧，按先后顺序把电热水壶的各个STL格式部件导入3DMAX的场景中，然后按照装配关系分别将其装配好编为五个组，分别为：“组一”壶盖装配；“组二”壶底座装配；“组三”壶下盖装配；“组四”壶身装配；“组五”加热盘装配。将“组三”“组四”“组五”拉远。然后使用快捷键“Alt+A”使其在X轴和Y对齐，对齐，在Z方向上与“组一”的距离为100。然后选定“组一”及“组二”，在3DSMAX的动画制作区域点击设置关键点按钮，在第1帧插入关键帧。拖动帧滑块到第100帧，选择“组二”，保持其X轴和Y轴的位置不变，将其沿Z轴拖动到恰好与“组一”配合的位置，点击设置关键点按钮，在第60帧插入关键帧。点击播放动画按钮可以看到壶盖控制机构沿着Y轴运动直到于“组一”恰好相互配合。下面开始做“组三”的动画。选定“组一”及“组二”，点击菜单栏“组成组”按钮，使壶盖控制机构及上壶盖成为一个组，名字为“组六”。拖动帧滑块到第200帧，导入“组三”。使用快捷键“Alt+A”使其在X轴和Y对齐，在Z方向上与“组六”的距离为150。然后选定“组三”及“组六”，在3DSMAX的动画制作区域点击设置关键点按钮，在第200帧插入关键帧。拖动帧滑块到第200帧，选择“组三”，保持其X轴和Y轴的位置不变，将其沿Z轴拖动到恰好与“组六”配合的位置，点击设置关键点按钮，在第200帧插入关键帧。点击播放动画按钮可以看到壶盖控制机构沿着Z轴运动直到于“组六”恰好相互配合。选择“组三”以及“组六”，点击菜单栏“组成组”按钮，使壶盖控制机构及上壶盖成为一个组，名字为“组七”。使之成为一个整体。下面开始做“组四”的动画。拖动帧滑块到第201帧，导入“组四”。使用快捷键“Alt+A”使其在X轴和Y对齐，在Z方向上与“组六”的距离为200。然后选定“组三”及“组六”，在3DSMAX的动画制作区域点击设置关键点按钮，在第200帧插入关键帧。拖动帧滑块到第300帧，选择“组三”，保持其X轴和Z轴的位置不变，将其沿Y轴拖动到恰好与“组六”配合的位置，点击设置关键点按钮，在第300帧插入关键帧。点击播放动画按钮可以看到壶盖控制机构沿着Z轴运动直到于“组七”恰好相互配合。将“组六”与“组四”合并成为一个新组“组八”。“组五”加热盘装配上面基本一致，区别在于在300帧插入“组五”的原始位置。在400插入装配位置关键帧。将“组五”与“组八”合并成为一个新组“组九”。接着制作“组九”的旋转动画。选定“组九”，拖动帧滑块到第411帧，点击设置关键点按钮，在第411帧插入关键帧。拖动帧滑块到第500帧，在工具栏上点击“选择并旋转按钮”，。使“组三”沿Z轴也旋转了90度，点击设置关键点按钮，在第500帧插入关键帧。至此，电热水壶的装配动画制作完成了。如下图18到图21：图18电热水壶各部件导入舞台的初始位置图19各部件装配过程1图20各部件装配过程2图21电热水壶装配完毕4.4装配动画的渲染输出装配动画的渲染输出，包括输出六个AVI格式动画：：1.壶盖装配；2.壶底座装配；3.壶下盖装配；4.壶身装配；5.加热盘装配；6.电热水壶总装配。动画输出的操作的一致的，在这里挑选电热水壶总装配的装配动画的渲染输出过程为例子说明，其它的就不再赘述了。打开4.3.3节所制作成的电热水壶总装配.max文件。在菜单栏上点击“渲染渲染”菜单或者按捷键F10。弹出一个渲染场景对话框，在对话框的“范围”选项填入“0500”；输出大小选择“800x600”；然后点击“保存文件”，在弹出的图22渲染场景对话框图23渲染输出文件对话框图24输出的AVI格式的动画文件图25动画文件的播放至此，电热水壶的装配仿真已经完成。4.5本章小结本章运用3DMAX软件对电热水壶零件进行装配仿真。由于电热水壶大约20个左右的零件，数量太多，难以在一个动画中完完全全表现清楚，所以，对电热水壶的几大部分分别制作出装配动画，然后再对这几大部分进行总装配动画的制作，一共完成了5个动画：上下壶盖装配；壶身装配；壶底座装配；加热盘部分装配；总装配。第5章电热水壶壶盖充模流动性实验塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计，模具结构设计，模具加工制造和模塑生产等几个方面。计算机技术的运用正在各方面取代传统手工设计方式，并取得了显著的经济效益。运用CAE软件如MoldFlow模拟塑料熔体在模具模腔中的流动，保压，冷却过程，对制品可能发生的翘曲进行预测等，其结果对优化模具结构和注塑工艺参数有着重要的意义，可提高一次试模的成功率。对于本设计，选取电热水壶的手柄上盖进行分析。5.1MoldFlow软件简单介绍MoldFlow公司总部位于美国波士顿，是一家专业从事塑料成型计算机辅助工厂分析（CAE）的软件开发和咨询公司，是塑料分析软件的创造者，自1976年发行世界上第一套流动分析软件以来，一直主导着塑料CAE软件市场。MoldFlow公司自建立以来，通过自身的不懈努力以及与科研机构，企业客户在研究和产品开发方面的紧密合作，创造出了多个世界第一，进而确立了在模流分析软件中的领导地位。2000年，MoldFlow公司合并了另一家世界知名的塑料成型分析软件公司—美国AC-Tech公司及其产品C-Mold。[11]它包括三部分：1.MPA：产品优化顾问；2.MPI：注塑成型模拟分析；3.MPX：注塑成型过程控制专家。它的主要模块有：模型输入与修复（可以直接读取STL，Pro/E等模型）；塑料材料与注塑机数据库；流动分析；冷却分析；翘曲分析等11个模块。MoldFlow软件在注塑模设计中的作用主要体现在以下几方面：⑴优化塑料制品（得到制品实际最小壁厚，降低材料成本，优化制品结构缩短生产周期）；⑵优化模具结构（得到最佳的浇口数量和位置，合理的浇道和冷却系统，在计算机上试模修模等）；⑶优化注塑工艺参数（可以确定最佳注塑压力，锁模力，模具温度，熔体温度等参数）5.2电热水壶手柄上盖的流动性分析实验实验步骤包括：⑴输入CAD模型⑵网格划分⑶选择材料⑷选择浇口位置⑸选择注塑机⑹设计分析参数⑺分析计算⑻保压曲线确定⑼流道平衡⑽填充问题解决具体流程如下图1：输入CAD模型输入CAD模型网格划分选择材料选择浇口位置选择注塑机确定注塑条件设计分析参数分析计算填充问题解决流道平衡保压曲线确定图1流动性分析流程5.2.1手柄CAD模型的输入在Pro/E软件中打开手柄上盖的三维模型图，综合使用“拉伸”和“旋转”功能建模出手柄的主流道，一级分流道，二级分流道以及浇口，把其保存为STL格式的文件，然后将其导入MPI（MoldFlowPlasticInsight）中。在流道以及浇口尺寸的选择中具体尺寸如下表1：表1浇注系统的尺寸长度（mm）半径（mm）主流道802一级分流道1002二级分流道502浇口225.2.2网格划分及材料，浇口位置的选择网格类型：FusionMesh材料：PP（聚丙烯）：SamsungGeneralChemicalsRJ700经过仔细考虑，浇口位置的选择如下图：图2浇口的位置5.2.3确定注塑条件根据SamsungGeneralChemicalsRJ700的工艺要求，工艺参数为：熔体温度230℃，型腔温度405.2.4填充过程模拟结果填充过程模拟得到的部分结果如下几图：图3填充过程中的压力分布图4填充过程中的熔体前沿温度分布图5填充过程中的熔体温度分布图6制品表面的分子趋向5.2.5保压过程模拟结果在填充过程模拟的基础上，进一步进行保压过程的模拟，可以得到所需的保压时间，并通过优化得到合理的保压压力。以下几图是采用二级保压压力（80Mpa3.5s，50Mpa3.5s）如下图：图7二级保压曲线图得到的制件中体积收缩率分布情况，如图8和图9。图8保压结束后制件中的体积收缩率结果表明，制件最大的体积收缩率为16.81。5.2.6保压时间及保压压力的优化计算选取工艺条件中保压压力与保压时间的关系，保压压力一般取注射压力的80%120%，注射时间按注射保压切换时间算（设为t0）保压曲线中分段保压时间的确定：㈠计算第一段保压时间：查看压力曲线，光标移至Flow处按右键，点击CreateNewPlot，选取Pressure与XYPlot项，显示出压力曲线分布图。点击填充末端，显示该处压力曲线，如下图所示。查出曲线中压力最高点所对应的时间t4和压力为0时所对应的时间t5，册第一段保压（恒定保压）时间为：t1=（t4+t5）/2-t0（s）。to=1.6533；t4=2.813；t