材料成型CADCAE綜合實(shí)踐報(bào)告

1、TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 1中文摘要12弓|言1 HYPERLINK l bookmark6 3實(shí)驗(yàn)?zāi)康? HYPERLINK l bookmark8 4實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介1 HYPERLINK l bookmark12 6CAD組件設(shè)計(jì)2 HYPERLINK l bookmark14 7底座下殼CAE分析及討論4前處理4澆口齷、成型窗口分析4方案一4方案二6方案三7DOE分析8分析總結(jié)9分析總結(jié)9 HYPERLINK l bookmark18 ProeEMX模具設(shè)計(jì)9 HYPERLINK l bookmark20 CAM模具制造102D挖槽11曲面加工

2、11鉆孔加工11 HYPERLINK l bookmark22 10總結(jié)12 HYPERLINK l bookmark24 11參考文獻(xiàn)：131中文摘要本實(shí)驗(yàn)通過對外殼進(jìn)行CAD建模，主要包括實(shí)體建模、曲面建模和裝配，所用的平臺(tái)為Pro/Eo然后將建立好的CAD模型導(dǎo)入到CAE分析軟件中進(jìn)行成型分析。CAE分析主要包括填充、保壓、翹曲等，所用的分析軟件為Moldflow2012o通過分析預(yù)測其在成型過程中可能出現(xiàn)的缺陷，運(yùn)用現(xiàn)有專業(yè)知識(shí)分析成型過程產(chǎn)生缺陷的原因，并通過調(diào)整成型工藝來減少缺陷，并應(yīng)用CAE分析所得的數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)模具的依據(jù)，運(yùn)用EMX創(chuàng)建產(chǎn)品模具圖。最后通過MasterCAM模擬

3、模具加工過程，并生成數(shù)控加工代碼。關(guān)鍵詞：臺(tái)燈外殼、CAD、CAE、CAM、缺陷2引言21世紀(jì)隨著PC的普及和應(yīng)用，CAE技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。CAE技術(shù)被廣泛地用于日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中。此項(xiàng)技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，大大減少了勞動(dòng)力的投入，同時(shí)也節(jié)約了生產(chǎn)成本，因此，CAE技術(shù)得到了越來越多的重視。與此同時(shí)CAM技術(shù)也突飛猛進(jìn)，由于其加工進(jìn)度高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，因而逐漸代替了傳統(tǒng)的加工技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)通過對臺(tái)燈外殼進(jìn)行CAD建模，然后進(jìn)行CAE分析，通過所得結(jié)果，調(diào)整工藝方案，從而優(yōu)化生產(chǎn)。并利用分析所得的工藝參數(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬模具的加工制造。整個(gè)實(shí)驗(yàn)包括了臺(tái)燈外殼CAD、CAE

4、、CAM全過程。3實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^對臺(tái)燈殼體進(jìn)行CAD三維建模，然后進(jìn)行成形分析，利用分析所得的工藝參數(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，最后模擬模具的數(shù)控加工過程。其中CAD主要包括實(shí)體特征的建立、曲面特征的創(chuàng)建、零件裝配、模具體積塊的創(chuàng)建、EMX模具設(shè)計(jì)；CAE部分主要包括MOLDFLOW的初步應(yīng)用，可對底殼進(jìn)行充填、保壓、冷卻、分子取向、翹曲、澆口位置等分析，預(yù)測可能出現(xiàn)的缺陷，并分析原因，提出解決辦法，再以實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證所提出解決辦法的可行性;CAM部分包括模具型腔的模擬加工、數(shù)控代碼的生成等4實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介Pro/Engineer5.0:Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC）旗下的CAD/C

5、AM/CAE體化的三維軟件。以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。AutodeskMoldflowInsight2012：AutodeskMoldflow仿真軟件具有注塑成型仿真工具,能夠幫助驗(yàn)證和優(yōu)化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程。該軟件能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員、模具制作人員、工程師提供指導(dǎo)，通過仿真設(shè)置和結(jié)果闡明來展示壁厚、澆口位置、材料、兒何形狀變化如何影響可制造性。從薄壁零件到厚壁、堅(jiān)固的零件，AutodeskMoldflow的兒何圖形支持可以幫助用戶在最終設(shè)計(jì)決策前試

6、驗(yàn)假定方案。Mastercam:是美國CNCSoftwareInc.公司開發(fā)的基J：PC半臺(tái)的CAD/CAM軟件。它集二維繪圖、三維實(shí)體造型、曲面設(shè)計(jì)、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑摸擬及真實(shí)感摸擬等到功能于一身。它具有方便直觀的兒何造型Mastercam提供了設(shè)計(jì)零件外形所需的理想環(huán)境，其強(qiáng)大穩(wěn)定的造型功能可設(shè)計(jì)出復(fù)雜的曲線、曲面零件。EMX:ExpertMoldbaseextension,模具專家系統(tǒng)擴(kuò)展，是PR0E軟件的模具設(shè)計(jì)外掛，是PTC公司合作伙伴BUW公司的產(chǎn)品。EMX可以使設(shè)計(jì)師直接調(diào)用公司的模架，節(jié)省模具設(shè)計(jì)開發(fā)周期,節(jié)約成本，減少工作量。5實(shí)物零件簡介及設(shè)計(jì)要求本實(shí)驗(yàn)所用的零

7、件為臺(tái)燈外殼，主要包括底座下殼、底座上殼、支架、燈罩上殼、燈罩下殼,實(shí)物圖燈管等，實(shí)物圖如右圖所示6CAD組件設(shè)計(jì)如圖所示圖為所創(chuàng)建的CAD模型圖，具體請參見源文件（文件夾taideng）燈管支架底座上殼、底座下殼、分解視圖（從左往右）整體效果圖1整體效果圖27底座下殼CAE分析及討論前處理對模型進(jìn)行處理，去掉一些倒角，以便縮短分析時(shí)間同時(shí)對結(jié)果影響不大。網(wǎng)格采用雙層面網(wǎng)格，邊長為3mm。冷卻水道的網(wǎng)格為圓柱狀長度為15mmo網(wǎng)格經(jīng)修改過后，無相交重疊單元，無配向不正確單元,連通性良好，修改后的參數(shù)如下表面頁和662.518cn*2角形,59.6W7cn縱橫比:邊訕迪JfTTLLdM33節(jié)昱多

8、元單:-8節(jié)-M擊一細(xì)交全點(diǎn)妲兀異焉姊93陡?；グ贋楸?8.9X商列號(hào)造接系牌制毬STYREMCSCPS,SAN,SBR?.)StyrolSEHITQTIderriitsuKosanCoLtd射斜名稱縮寫站斜糞型數(shù)據(jù)來煩上次修改曰期m測試日期數(shù)摒狀態(tài)射料ID等級(jí)代碼供應(yīng)商代馮J纖維/填充物PSAmorphousOther:pvT-Supplemental:mech-Supplemental14-SEP-O6lionConfidential1434CM1434IDEMITSU未填充材料PS參數(shù)網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)澆口位置、成型窗口分析由澆口位置分析可得建議的交口位置在節(jié)點(diǎn)10871附近，然后將澆口設(shè)置在節(jié)點(diǎn)

9、10871進(jìn)行成型窗口分析，得出：推薦模具溫度65度，推薦熔體溫度277.96度，推薦注射時(shí)間0.4432秒。以下是分析結(jié)果:S曲：！*戲SMtiH乙6(h2ae.o-Z5WClu205.0-iae.o42S.M32.S04S.OOS7.S0*Afiaiq70.0051tT澆II位置成型窗II分析方案一根據(jù)上述分析結(jié)果，設(shè)置分析條件如下：熔體溫度720度，開模時(shí)間8秒，模具表面溫度65度，開模溫度75度，分析類型為填充+保壓+翹曲+冷卻，冷卻水管及澆口形式布置如下圖所示。水管及澆道布置充填時(shí)間流動(dòng)前沿溫度氣穴熔接線回路溫度由以上分析結(jié)果可得制件充填均勻，幾乎總是充滿，流動(dòng)前沿溫度，氣穴等分布合

10、理。熔接痕較可以接受。但是，冷卻水管的冷卻效率不高，其溫差只有0.33度，還有就是制件的翹量較，最大的地方高達(dá)1mm,由于該產(chǎn)品是臺(tái)燈的底座，需要和殼體進(jìn)行裝配，故精度要求較高。針對以不足，以下提出解決方案。方案二由方案一可得，產(chǎn)品主要存在的問題有翹曲量過大，冷卻回路效率不高。翹曲，可能是由于頂出溫度過高，導(dǎo)致收縮溫度不均一起的，或者是冷卻不均勻引起的。冷去效率不高可能是因?yàn)?，冷卻回路離制件太遠(yuǎn)。故針對以上可能進(jìn)行如下改進(jìn):分析類型不變，熔體溫度230度，開模時(shí)間5秒，模具溫度40度，頂出溫度50度，冷卻回路像制件逼近兩毫米，向左偏移5mm,其余條件不變。以下是分析結(jié)果充填時(shí)間流動(dòng)前沿溫度度回

11、路冷卻液溫度收縮不均變形量由分析結(jié)果可得，通過將模具溫度降低之后，熔料的表面粘度增大，流動(dòng)能力降低，導(dǎo)致充型時(shí)間變長，從而導(dǎo)致成型周期延長，由于頂出溫度降低之后，在模具中冷卻的時(shí)間也延長了。除此之外，改進(jìn)之后，導(dǎo)致流動(dòng)前沿溫度分布發(fā)生變化，溫度分布不均，兩端溫度較低，而中間溫度較高。改進(jìn)以后冷卻回路的溫度差也沒有發(fā)生太大的變化管內(nèi)的溫度差為0.77度，制件的翹曲變形問題也沒有得到改善。方案三針對方案二存在的問題，在方案三中進(jìn)一步提出改進(jìn)措施，主要通過更改如下參數(shù)：模具溫度60度，頂出時(shí)間6秒，熔體溫度278度，頂出溫度80度。以下是改進(jìn)之后的分析結(jié)果：流動(dòng)前沿溫度充填時(shí)間日踣冷劉筱毎發(fā)=26.

12、10|C)28.1025.5525？B25.01IC0.53070.33640.1400交形，收絹不均:芟形ttMST=1.0000.9213翹曲變形回路冷卻液溫度由以上分析結(jié)果，可得改進(jìn)之后，制件的充填時(shí)間大大的縮短，由原來的1.01s減少到0.53s,兒乎縮短了一般。流動(dòng)前沿的溫度分布也比較合理，溫差不到一度。此外，冷卻回路的溫度差也有所提高，說明冷卻效果變好。雖然翹曲變形量有所減小，最大的地方由原來的1.016mm變?yōu)?.9213mm,但是相對而言，翹曲量仍然很大，不能滿足裝配要求。通過moldflow分離翹曲原因，發(fā)現(xiàn)翹曲主要是由于收縮不均導(dǎo)致的。由于冷卻不均導(dǎo)致的翹曲量很小，可以忽略

13、。故，以下針對產(chǎn)品的翹曲變形做專門的分析。DOE分析權(quán)重（0:10目標(biāo)計(jì)算變畛，收縮不均:變形鸚驟谿缽目標(biāo)杲小。質(zhì)量參數(shù)熔體溫度范圍注射時(shí)間范圍保壓時(shí)間范圍電充填壓力范圍頂岀溫度范國=251*:294C0.64:0.96s=基于多個(gè)值，簡化為-1.*1-基于多個(gè)值，簡化為T，W=64：96C0.29850.2858Zmm0.2731變量參數(shù)變形，所有因素:變形（00E|：響應(yīng)曲面圖X：模具表分析結(jié)果變量影響評級(jí)0.2604262.0270.015Y|C2?8$286.0對質(zhì)量捫，變形，所有因素:變形的影響計(jì)算=標(biāo)準(zhǔn)偏差9恣尺寸比例因子63.92%模具表面溫度26.5碣熔體溫度由于以上3次分析中

14、制件翹曲變形過大的問題沒有解決，故增加DOE分析，幫助找出制件產(chǎn)生翹曲的原因。分析設(shè)置如下：變量：模具表面溫度、熔體溫度、注射時(shí)間，注射壓力、保壓壓力、填充壓力、頂出溫度。質(zhì)量：變形（收縮不均）。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：THGUI和面心立方。參數(shù)設(shè)置如下芟形.收籍不均:芟形（DOE）:響屁曲而圖乂充填壓力丫:注射時(shí)昴m對質(zhì)量0.51770.5099變量影響評級(jí)計(jì)算6.619.04%1.02%變形，收縮不均:變形的影響=需淮偏差熔體溫度注射時(shí)間保壓時(shí)間82.0074.0066.0058.00吧尿XCDOE分析結(jié)果（一）所有因素響應(yīng)曲面圖（二）DOE分析結(jié)果（二）所有因素響應(yīng)曲面圖（二）分析總結(jié)由以上分析結(jié)果可

15、得：在（一）所選的三種影響因素中模具表面溫度，和熔體溫度對制件翹曲變形影響最大，但是，由所有因素響應(yīng)曲面圖（一）可以看出模具表面溫度和熔體溫度相互作用，最大只會(huì)對制件造成大約0.07mm左右的翹曲量，而制件的翹曲量為lmm,這說明，模具表面溫度和熔體溫度均不是影響翹曲的主要因素。在（二）所選的5種影響因素中，充填壓力對制件的翹曲影響最大，但是，它與其他因素綜合作用之后，對制件翹曲造成的影響也只在0.03mm范圍內(nèi)（由所有因素響應(yīng)曲面圖（二）可得）。所以綜上所述，模具表面溫度、熔體溫度、注射時(shí)間，注射壓力、保壓壓力、填充壓力、頂出溫度等都不是造成制件翹曲的主要因素，因此可以排除制件的主要翹曲變形

16、是由注塑工藝引起的。所以，制件產(chǎn)生大的翹曲變形量可能是自身原因。分析總結(jié)通過一系列的分析，和不同方案實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合比較，然后提出改進(jìn)措施。解決了制件在生產(chǎn)過程中，溫度分布不均、冷卻效率低等問題，使得制件在成型過程中充填合理，制件在模具中溫度分布均勻。雖然沒有分析出翹曲變形的主要原因，但是通過DOE分析排除了加工工藝參數(shù)的可能，于是，間接推斷出制件的翹曲變形是由自身引起的。解決方法：由于制件比較薄，而且面積較大，屬于平板內(nèi)制件，從中心進(jìn)澆會(huì)引起較大的翹曲變形。所以，可在制件的邊緣部分添加一些筋板，或者使制件壁厚增大。這樣不僅可以減小制件的翹曲量，還能使制件充填變得更容易（在此不再進(jìn)行驗(yàn)證分析）。

17、8ProeEMX模具設(shè)計(jì)首先對制件的要求進(jìn)行分析，制件外表面要求光滑，無澆口痕跡。其次制件的外形來看，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，制件的留模傾向不確定。此外，制件的尺寸較大，故設(shè)計(jì)成一模一件。以下是模具設(shè)計(jì)的示意圖，模仁的尺寸為259.605x190.028x40.9,故模架選擇350 x400mm,提供商futabafg,類型為GCtype,A板厚60mm,B板厚50mm,其余參數(shù)釆用默認(rèn)值。提供商futabafg,類型為GCtype,A板厚60mm,B板厚50mm,其余參數(shù)釆用默認(rèn)值。以下為設(shè)計(jì)的示意圖，具體的零件請參照文件夾muju.muren制件示意圖模仁開模示意模具整體裝配圖模具開模示意圖凸模、凹

18、模.處副遜文徉d巴XYZ9CAM模具制造|顯示1話險(xiǎn)化玄材原點(diǎn)I0.0Y0.0Z12.S-鉆孔加工鉆孔加工示意圖通過以上的模具設(shè)計(jì)過程，得到了產(chǎn)品的凸模，凹模和型芯。此過程對上一步所得到的零件進(jìn)行模擬的數(shù)控加工制造，并產(chǎn)生數(shù)控代碼。由于水平和時(shí)間有限，在此只對動(dòng)模的型腔進(jìn)行CAM模擬加工。以下是模擬加工制造過程：2D挖槽加工刀具采用8mm平底刀，主軸轉(zhuǎn)速700r/min,Z軸最人步進(jìn)量3mm,精修次數(shù)一，精修量0.5mm2D挖槽加工刀具路徑2D挖槽加工示意圖曲面加工刀具采用6mm圓鼻刀，刀具圓角半徑2mm,初加工主軸轉(zhuǎn)速800r/min，精加工主軸1200mm,Z軸最人步進(jìn)量3mm,切削間距4

19、mm,精加工次數(shù)一，精修量1mm鉆孔加工曲面加工曲面加工示意圖刀具采用5mm鉆頭，主軸轉(zhuǎn)速300R/min10總結(jié)通過臺(tái)燈外殼的CAD建模，進(jìn)一步熟悉了proe曲面建模、零件組裝等基本技能，同時(shí)對實(shí)體建模技術(shù)有了更深層次的理解。此外，通過對CAD建模、CAE分析，也掌握了CAD和CAE如何進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，如何使用CAD軟件來更好的輔助CAE的分析，如何利用CAE分析數(shù)據(jù)來指導(dǎo)CAD模具設(shè)計(jì)，同時(shí)也初步掌握了利用CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行CAM模擬加工制造過程。在臺(tái)燈外殼的CAE分析過程中，也掌握了對一般注塑件的成型分析方法，以及在分析過程中的前處理，后處理過程，并能夠根據(jù)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)對分析的結(jié)果做出合理的解釋并對成型過程中出現(xiàn)的缺陷提出改進(jìn)措施，通過對成型工藝的優(yōu)化來減輕或消除缺陷。在對臺(tái)燈外殼CAE分析中，出現(xiàn)了充型時(shí)間長、溫度分布不均、冷卻不均、翹曲變形過大等現(xiàn)象，并提出了改變模具和熔體溫度、改變澆注位置、優(yōu)化冷卻系統(tǒng)等措施來改善缺陷，通過再次驗(yàn)證分析發(fā)現(xiàn)，雖然大部分問題得到解決，但是制件的翹曲量過大依然無法解決。于是通過DOE分析，得出