材料成型CADCAE綜合實踐報告

綜合實驗報告PAGEPAGE13 目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1中文摘要 22引言 23實驗?zāi)康?24實驗平臺簡介 25實物零件簡介及設(shè)計要求 36CAD組件設(shè)計 37底座下殼CAE分析及討論 5①前處理 5②澆口位置、成型窗口分析 5③方案一 5④方案二 7⑤方案三 8⑥D(zhuǎn)OE分析 9⑦分析總結(jié) 10⑧分析總結(jié) 108Proe、EMX模具設(shè)計 109CAM模具制造 12①2D挖槽 12②曲面加工 12③鉆孔加工 1310總結(jié) 1311參考文獻： 141中文摘要本實驗通過對外殼進行CAD建模，主要包括實體建模、曲面建模和裝配，所用的平臺為Pro/E。然后將建立好的CAD模型導(dǎo)入到CAE分析軟件中進行成型分析。CAE分析主要包括填充、保壓、翹曲等，所用的分析軟件為Moldflow2012。通過分析預(yù)測其在成型過程中可能出現(xiàn)的缺陷，運用現(xiàn)有專業(yè)知識分析成型過程產(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)計模具的依據(jù)，運用EMX創(chuàng)建產(chǎn)品模具圖。最后通過MasterCAM模擬模具加工過程，并生成數(shù)控加工代碼。關(guān)鍵詞：臺燈外殼、CAD、CAE、CAM、缺陷2引言21世紀隨著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)實踐中。此項技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，大大減少了勞動力的投入，同時也節(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CAM技術(shù)也突飛猛進，由于其加工進度高，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，因而逐漸代替了傳統(tǒng)的加工技術(shù)。本實驗通過對臺燈外殼進行CAD建模，然后進行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)進行模具設(shè)計，最后進行計算機模擬模具的加工制造。整個實驗包括了臺燈外殼CAD、CAE、CAM全過程。3實驗?zāi)康耐ㄟ^對臺燈殼體進行CAD三維建模，然后進行成形分析，利用分析所得的工藝參數(shù)進行模具設(shè)計，最后模擬模具的數(shù)控加工過程。其中CAD主要包括實體特征的建立、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；CAE部分主要包括MOLDFLOW的初步應(yīng)用，可對底殼進行充填、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，再以實驗來驗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實驗平臺簡介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/CAM/CAE一體化的三維軟件。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。該軟件能夠為設(shè)計人員、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、幾何形狀變化如何影響可制造性。從薄壁零件到厚壁、堅固的零件，AutodeskMoldflow的幾何圖形支持可以幫助用戶在最終設(shè)計決策前試驗假定方案。Mastercam：是美國CNCSoftwareInc.公司開發(fā)的基于PC平臺的CAD/CAM軟件。它集二維繪圖、三維實體造型、曲面設(shè)計、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑摸擬及真實感摸擬等到功能于一身。它具有方便直觀的幾何造型Mastercam提供了設(shè)計零件外形所需的理想環(huán)境，其強大穩(wěn)定的造型功能可設(shè)計出復(fù)雜的曲線、曲面零件。EMX：ExpertMoldbaseextension，模具專家系統(tǒng)擴展，是PROE軟件的模具設(shè)計外掛，是PTC公司合作伙伴BUW公司的產(chǎn)品。EMX可以使設(shè)計師直接調(diào)用公司的模架，節(jié)省模具設(shè)計開發(fā)周期，節(jié)約成本，減少工作量。5實物零件簡介及設(shè)計要求實物圖本實驗所用的零件為臺燈外殼，主要包括底座下殼、底座上殼、支架、燈罩上殼、燈罩下殼，燈管等，實物圖如右圖所示實物圖6CAD組件設(shè)計 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）燈罩下殼燈罩上殼燈罩下殼燈罩上殼支架燈管支架燈管底座上殼底座上殼、底座下殼、分解視圖（從左往右）整體效果圖1整體效果圖2整體效果圖1整體效果圖27底座下殼CAE分析及討論①前處理對模型進行處理，去掉一些倒角，以便縮短分析時間同時對結(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15mm。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，網(wǎng)格統(tǒng)計網(wǎng)格統(tǒng)計材料材料PS參數(shù)②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10871附近，然后將澆口設(shè)置在節(jié)點10871進行成型窗口分析，得出：推薦模具溫度65度，推薦熔體溫度277.96度，推薦注射時間0.4432秒。以下是分析結(jié)果：成型窗口分析澆口位置成型窗口分析澆口位置③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間水管及澆道布置充填時間氣穴流動前沿溫度氣穴流動前沿溫度】熔接線回路溫度熔接線回路溫度 由以上分析結(jié)果可得制件充填均勻，幾乎總是充滿，流動前沿溫度，氣穴等分布合理。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1mm，由于該產(chǎn)品是臺燈的底座，需要和殼體進行裝配，故精度要求較高。針對以不足，以下提出解決方案。翹曲變形④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為，冷卻回路離制件太遠。故針對以上可能進行如下改進：分析類型不變，熔體溫度230度，開模時間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)果流動前沿溫度度流動前沿溫度度充填時間回路冷卻液溫度收縮不均回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，流動能力降低，導(dǎo)致充型時間變長，從而導(dǎo)致成型周期延長，由于頂出溫度降低之后，在模具中冷卻的時間也延長了。除此之外，改進之后，導(dǎo)致流動前沿溫度分布發(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。⑤方案三 針對方案二存在的問題，在方案三中進一步提出改進措施，主要通過更改如下參數(shù)：模具溫度60度，頂出時間6秒，熔體溫度278度，頂出溫度80度。以下是改進之后的分析結(jié)果：流動前沿溫度流動前沿溫度充填時間回路冷卻液溫度翹曲回路冷卻液溫度翹曲變形由以上分析結(jié)果，可得改進之后，制件的充填時間大大的縮短，由原來的1.01s減少到0.53s，幾乎縮短了一般。流動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。故，以下針對產(chǎn)品的翹曲變形做專門的分析。⑥D(zhuǎn)OE分析由于以上3次分析中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）。實驗設(shè)計：THGUI和面心立方。參數(shù)設(shè)置如下質(zhì)量參數(shù)質(zhì)量參數(shù)變量參數(shù)變量參數(shù)DOE分析結(jié)果（一）DOE分析結(jié)果（一）所有因素響應(yīng)曲面圖（一）所有因素響應(yīng)曲面圖（一）DOE分析結(jié)果（二）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）⑦分析總結(jié)由以上分析結(jié)果可得：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，最大只會對制件造成大約0.07mm左右的翹曲量，而制件的翹曲量為1mm，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。⑧分析總結(jié) 通過一系列的分析，和不同方案實驗數(shù)據(jù)的綜合比較，然后提出改進措施。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，從中心進澆會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（在此不再進行驗證分析）。8Proe、EMX模具設(shè)計首先對制件的要求進行分析，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)計模具時，制件的留模傾向不確定。此外，制件的尺寸較大，故設(shè)計成一模一件。以下是模具設(shè)計的示意圖，模仁的尺寸為259.605x190.028x40.9，故模架選擇350x400mm，提供商futabafg，類型為GCtype，A板厚60mm，B板厚50mm，其余參數(shù)采用默認值。以下為設(shè)計的示意圖，具體的零件請參照文件夾muju、muren模仁開模示意制件示意圖模仁開模示意制件示意圖模具開模示意圖模具整體裝配圖模具開模示意圖模具整體裝配圖凸模、凹模、型芯凸模、凹模、型芯9CAM模具制造坯料定義通過以上的模具設(shè)計過程，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。由于水平和時間有限，在此只對動模的型腔進行CAM模擬加工。以下是模擬加工制造過程：坯料定義①2D挖槽加工刀具采用8mm平底刀，主軸轉(zhuǎn)速700r/min，Z軸最大步進量3mm，精修次數(shù)一，精修量0.5mm2D挖槽加工示意圖2D挖槽加工刀具路徑2D挖槽加工示意圖2D挖槽加工刀具路徑②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軸最大步進量3mm，切削間距4mm，精加工次數(shù)一，精修量1mm曲面加工示意圖曲面加工曲面加工示意圖曲面加工③鉆孔加工刀具采用5mm鉆頭，主軸轉(zhuǎn)速300R/min鉆孔加工示意圖鉆孔加工鉆孔加工示意圖鉆孔加工10總結(jié)通過臺燈外殼的CAD建模，進一步熟悉了proe曲面建模、零件組裝等基本技能，同時對實體建模技術(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，同時也初步掌握了利用CAD數(shù)據(jù)進行CAM模擬加工制造過程。在臺燈外殼的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)的缺陷提出改進措施，通過對成型工藝的優(yōu)化來減輕或消除缺陷。在對臺燈外殼CAE分析中，出現(xiàn)了充型時間長、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，通過再次驗證分析發(fā)現(xiàn)，雖然大部分問題得到