仿真技術(shù)在塑料產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用_圖文

1、 仿真技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用 企業(yè)的現(xiàn)狀1. 質(zhì)量要求高2. 產(chǎn)品更新快3. 價位低4. 材料成本高5. 開發(fā)周期長6. 勞動力成本高7. 競爭激烈注塑生產(chǎn)注塑生產(chǎn)模具設(shè)計模具設(shè)計制件設(shè)計制件設(shè)計自動化的孤島!工業(yè)現(xiàn)狀 概念設(shè)計設(shè)計制模注塑生產(chǎn)問題已經(jīng)發(fā)生才詢求解決辦法費用很高生產(chǎn)延時注塑生產(chǎn)中存在的問題 在設(shè)計階段引進(jìn)了CAE 分析,縮短產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計周期產(chǎn)品設(shè)計及模具設(shè)計的合理優(yōu)化和產(chǎn)品的敏捷制造提高設(shè)計質(zhì)量,通過細(xì)致的分析以及與生產(chǎn)相結(jié)合,減少出錯的機會。控制模具生產(chǎn)成本、縮短設(shè)計周期,由此增加企業(yè)競爭力。概念設(shè)計設(shè)計制模注塑生產(chǎn)CAE仿真技術(shù)所帶來的收益產(chǎn)品投放市場早,利潤率會增加利潤

2、率增加產(chǎn)品投放市場越快,掙錢越多市場份額增大產(chǎn)品周期縮短Profits Loss時間CostReduction$CAE 仿真價值曲線傳統(tǒng)價值曲線“并行工程”設(shè)計需求供應(yīng)制造注塑模具制造產(chǎn)品工藝師材料供應(yīng)商產(chǎn)品設(shè)計師模具設(shè)計師MOLDFLOW實現(xiàn)“并行工程”推動技術(shù)創(chuàng)新、研發(fā)新產(chǎn)品基于長期的考慮 Pressure Plate of Ink-jet Printer 問題1. 不易填滿( 采用Polycarbonate 材料2. 澆注系統(tǒng)大/ 注塑周期長效果1. 縮小了流道的尺寸2. 縮短30% 注塑周期3. 提供了很大的注塑窗口節(jié)約成本注塑周期縮短15 sec$1,125,000 效果1. 確定了

3、澆口和流道的大小 2. 提高生產(chǎn)力: 40%3. 降低裝配時的廢品率4. 降低注塑機操作和后續(xù)處理的勞動力成本初始模型( 16 個型腔改進(jìn)后的模型( 32 個型腔使用Moldflow節(jié)約成本( 單位:Korean Won模具成本28,000,000生產(chǎn)力提高93,000,000總共節(jié)約成本每年90,000,000 個產(chǎn)品121,000,000 won Tooth Paste Cap移動電話 使用Moldflow 分析軟件, 我們可以采用迭代的方法設(shè)計和制造塑件. 由于產(chǎn)品設(shè)計師和模具制造者緊密地合作,我們可以在開發(fā)的早期就發(fā)現(xiàn)和解決很多問題?！眘aid Mr Hans Bogensperger

4、, Project Manager, CAE Group, Siemens.問題1. 翹曲變形大2. 表面缺陷3. 開發(fā)周期長4. 開發(fā)成本高效果1. 消除了翹曲2. 縮短開發(fā)周期25%3. 縮短注塑周期10%4. 減輕塑件重量3% 效 果1. 免去了清除側(cè)澆口的第二步操作2. 優(yōu)化了澆口和流道系統(tǒng)3. 縮短了開發(fā)周期,滿足了緊張的開發(fā)計劃4. 減小了翹曲變形初始模型( 左 改進(jìn)后的模型( 右錄像機前板 1. 減小翹曲變形2. 把熔接痕移到了看不見的一邊3. 節(jié)省材料: 334 g / EA ( 約US$33,340 / 年4. 在筋的底部減少了縮痕5. 設(shè)計最優(yōu)的流道和澆口系統(tǒng)6. 確定最優(yōu)

5、的工藝參數(shù)微波爐散熱窗格修改后收益 效果1. 縮短產(chǎn) 品開發(fā)周期(包括試模和修模時間2. 優(yōu)化產(chǎn)品形狀和壁厚設(shè)計3. 縮短冷卻時間4. 在給定的公差范圍內(nèi)減小翹曲量5. 消除明顯的熔接痕6. 確定優(yōu)化的澆口類型和位置達(dá)到流動平衡7. 可以給模具制造商以技術(shù)指導(dǎo)并保持良好的關(guān)系COMPAQ 筆記本塑料件 效果1. 解決了翹曲問題2. 優(yōu) 化了塑件形狀和壁厚設(shè)計3. 縮短了開發(fā)周期4. 減輕了30% 重量5. 與初始設(shè)計相比縮短了注塑周期塑料填充型式氣體填充型式COMPAQ 計算機前殼 電腦面板MOLDFLOW分析 內(nèi)容1. 分析目的2. 材料3. 工藝參數(shù)4. “方案-1”分析結(jié)果5. “方案-

6、2”分析結(jié)果6. “方案-3”分析結(jié)果7. 總結(jié)8. 討論-3 -4 -5-629-3046-4762-6365-6669分析目的在本報告中,我們用Moldflow軟件對電腦面板的各種不同的流道系統(tǒng)進(jìn)行了分析,并做了總結(jié)。在本次分析中,由于零件的設(shè)計已經(jīng)固定,我們不能修改零件的形狀,因此我們只能修改澆口的位置和流道的尺寸。這在一定程度上限制了產(chǎn)品質(zhì)量問題特別是熔接痕和翹曲變形方面的解決。我們僅僅修改了澆口的類型、大小和工藝參數(shù)。我們采用MPI的流動、保壓、冷卻和變形分析模塊來檢查塑件的質(zhì)量并得到優(yōu)化的流道設(shè)計。塑件使用的材料是CHIMEI ABS POLYLAC PA707, 但在本次分析中,

7、由于我們在Mold-fl ow材料庫中不能找到精確的收縮數(shù)據(jù),我們修改并建立了個人材料庫。材料 CHIMEI POLYLAC PA707 (ABS1. Conductivity 0.190000 W/m/degC2. Specific Heat 2000.000000 J/kg/degC3. Melt Density 950.000000 kg/cu.m4. Ejection Temperature 90.000000 deg.C5. No Flow Temperature 150.000000 deg.C工藝參數(shù)1. Water Temperature (Target : 60.0 deg.

8、C 5. Melt Temperature : 240.0 deg.C2. Injection Flow Rate : 172 cu.cm/sec (about 6. Packing Time : 8.0 sec3. Cooling Time : 15.0 sec 7. Clamp Open Time : 10.0 sec4. Packing Pressure Profile : Pressure MPa Step Duration sec60.0 0.00060.0 4.0000.0 3.0000.0 40.0008. Machine Specification (refer to Gene

9、ral 350 ton injection molding machine MACHINE_INJECTION_MAXIMUM_INJECTION_PRESSURE: 1.45e+08MACHINE_INJECTION_MAXIMUM_INJECTION_VELOCITY: 0.09000MACHINE_INJECTION_RESPONSE_TIME: 0.07MACHINE_INJECTION_SCREW_INTENSIFICATION_RATIO: 10MACHINE_INJECTION_SCREW_DIAMETER: 0.063MACHINE_INJECTION_SCREW_MAXIMU

10、M_STROKE: 0.315MACHINE_CLAMP_MAXIMUM_CLAMP_FORCE: 3.56e+06 方案-1初始設(shè)計塑件模型塑件初始模型在CAD 系統(tǒng)中以STL 格式給出。我們用MOLDFLOW 的中型面生成器生成了中型面,并修補了由于轉(zhuǎn)換過程中損壞的一些面。 Rear ViewFront View CASE-1流道系統(tǒng)澆注系統(tǒng)初始設(shè)計使用兩個側(cè)澆口。詳細(xì)的尺寸如圖所示。CASE-1Runner Dia. = 12 mmSprue (TaperedDia. = 5 / 12 mm46 mm17 mm21 mm63 mm模具模型冷卻水管排布如圖所示.CASE-1 結(jié)果: 填充型

11、式 填充型式較為均勻,因此鎖模力不會過大。在本方案中, 從澆口到填充末端的距離很長,因此需要采用合適的保壓工藝。t = 0.7 sec t = 1.2 sect = 1.8 sec t = 2.2 secCASE-1結(jié)果: 溫度分布(料流前峰 大部分溫度分布在允許范圍之內(nèi)。(限制: +/-20degC 但是在薄的一些區(qū)域,料流前峰溫度非常低。如果注塑工藝有些偏差, 在這些區(qū)域很容易產(chǎn)生短射和應(yīng)力集中。CASE-1結(jié)果: 壓力& 鎖模力歷史曲線 最大注射壓力約為85MPa 而鎖模力達(dá)到322 噸. 這意味著當(dāng)我們使用大于350噸的注塑機時,塑件很容易填滿和控制。Injection Pressur

12、e Change Clamp Tonnage ChangeCASE-1結(jié)果: 體積剪切速率CASE-1 于允許值,特別是在澆口區(qū)域。( 許用值: 50000 1/sec 如果超過這個限制, 材料很容易發(fā)生降解。對于這個方案, 體積剪切速率可能是一個問題,有可能的話,我們可以通過降低注塑速率和增加澆口尺寸來解決這個問題。結(jié)果: 困氣位置 左圖顯示塑件上困氣的位置。 大部分困氣出現(xiàn)在筋和邊的末端,因此除了頂部,其它區(qū)域不易發(fā)生燒焦和短射現(xiàn)象。為了防止困氣和得到更好的熔接痕,我們必須減小頂面末端的厚度。CASE-1結(jié)果: 熔接痕位置Weld Line Position 左圖顯示了熔接痕的位置。有四條

13、熔接痕比較明顯。要移動和消除熔接痕, 我們必須修改塑件的壁厚和澆口的位置。CASE-1結(jié)果: 縮痕深度CASE-1 左圖顯示了縮痕深度的結(jié)果。除了澆口區(qū)域,最大的縮痕深度小于0.007or 0.008 mm。因此縮印不明顯。結(jié)果: 冷卻水管冷卻效果 這個結(jié)果顯示了模具的冷卻效果。每個方案中模具的冷卻效果都差不多,如果冷卻水流速超過2.24 liter/min,所設(shè)置的冷卻工藝參數(shù)也較為合適。.Circuit pressure distribution Temperature distributionon the outer surface of cooling lineCASE-1結(jié)果: 型腔

14、冷卻效果 這個結(jié)果顯示了型腔的冷卻效果。紅圈區(qū)域內(nèi)溫度較高,而上下的溫差也較大。這是導(dǎo)致熱彎曲的主要原因。因此我們必須修改冷卻水管或模具的結(jié)構(gòu)。Temperature difference between lower and upper cavity surface Temperature distribution on the surface of lower mold CASE-1這個結(jié)果顯示了冷卻9.4 sec 時的凝固率,此時保壓剛結(jié)束。塑料件已部分冷卻但流道系統(tǒng)冷卻還不到15%. 通常型腔冷卻100% 流道系統(tǒng)冷卻超過60%時, 塑件可以頂出了。CASE-1Time = 9.4 se

15、c 結(jié)果: 9.4秒時的凝固率結(jié)果: 16.5 秒時的凝固率這個結(jié)果顯示了冷卻16.5 sec 時的凝固率。在17 sec 內(nèi),塑料件已完全冷卻但流道系統(tǒng)冷卻還不到20%。因此在16.5 sec 后塑件仍然不能頂出。CASE-1Time = 16.5 sec這個結(jié)果顯示了冷卻30 sec 時的凝固率。在17 sec 內(nèi),塑料件已完全冷卻但流道系統(tǒng)冷卻30sec 后還不到35%。因此在30 sec 后塑件仍然不能頂出。CASE-1Time = 30.6 sec 結(jié)果: 30 秒時的凝固率 Time = 40.0 sec 這個結(jié)果顯示了冷卻40 sec 時的凝固率。在17 sec內(nèi),塑料件已完全冷

16、卻但流道系統(tǒng)冷卻40sec 后還不到38%。因此在40 sec 后塑件仍然不能頂出。 這個結(jié)果顯示了冷卻50 sec 時的凝固率。Time = 50.0 sec在17 sec內(nèi),塑料件已完全冷卻但流道系統(tǒng)冷卻50sec后還不到45%。厚流道需要更多的時間才能達(dá)到超過60%的冷卻。我們必須減小流道的尺寸才能縮短冷卻時間。 結(jié)果: X-deflection 左圖顯示了X 方向的變形分布.箭頭所指的區(qū)域向里移動了約0.3 0.4 mm 。CASE-1結(jié)果 : Y-deflection 左圖顯示了Y 方向的變形分布。箭頭所指的區(qū)域向里移動了約1.1 1.2 mm 。其它區(qū)域的變形都較為均勻,因此我們只

17、需要考慮上部區(qū)域的變形。CASE-1結(jié)果: Z-deflectionCASE-1 左圖顯示了Y方向的變形分布。紅箭頭所指的區(qū)域向下移動了約0.7 mm。黑箭頭所指的區(qū)域向下移動了約0.3 mm。.結(jié)果: 變形形狀(頂視圖這個結(jié)果顯示了變形形狀的頂視圖。這一結(jié)果放大了5倍。變形量包含了塑件線性收縮的量。X 5CASE-1結(jié)果: 變形形狀(側(cè)視圖這個結(jié)果顯示了變形形狀的側(cè)視圖。這一結(jié)果放大了5倍。X 5CASE-1 方案-2改進(jìn)的流道塑件模型CASE-2形狀沒有改變,局部壁厚作了些調(diào)整。紅圈內(nèi)壁厚較薄的區(qū)域厚度從1mm 增加到1.2mm 以消除料流遲滯。其它部分厚度作了0.5 mm 上下的變動以調(diào)

18、整料流方向。0.2mm increased0.5mm decreased 0.5mm increased流道系統(tǒng)CASE-2與初始設(shè)計相比,主要的修改在澆口的位置和流道的直徑。澆口的厚度和寬度是2.0 /3.5 mm。流道的直徑是6.0 mm直澆口是錐形的,兩端直徑分別是4 mm和6 mm.型腔中薄壁的區(qū)域厚度從1mm 增加到1.2mm 以消除料流遲滯。Runner Dia. = 6 mm Sprue (TaperedDia. = 4 / 6 mm 44 mm 13 mm21 mm 63 mm使用的冷卻系統(tǒng)CASE-2 卻鑲塊鑲塊的材料是Be-Cu這樣溫度的分布就比初始方案均勻Insert分析結(jié)果:充填情況 充填情況大致均勻,因此不會產(chǎn)生過大的鎖模力這個方案中從澆口到流動末端的流徑較長,所以我們必須使用和初始方案一樣的恰當(dāng)?shù)谋?曲線t = 0.8 sec t = 1.5 sec t = 2.0 sec t = 2.9 secCASE-2結(jié)果:料流前鋒溫度分布CASE-2 型腔中大部分料流前鋒溫度沒有超過材料極限( 極