材料成型CADCAE綜合實(shí)踐報(bào)告

綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告PAGEPAGE1 目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1中文摘要 12引言 13實(shí)驗(yàn)?zāi)康?14實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介 15實(shí)物零件簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)要求 26CAD組件設(shè)計(jì) 27底座下殼CAE分析及討論 4①前處理 4②澆口位置、成型窗口分析 4③方案一 4④方案二 6⑤方案三 7⑥D(zhuǎn)OE分析 8⑦分析總結(jié) 9⑧分析總結(jié) 98Proe、EMX模具設(shè)計(jì) 99CAM模具制造 11①2D挖槽 11②曲面加工 11③鉆孔加工 1210總結(jié) 1211參考文獻(xiàn)： 131中文摘要本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)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/E。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Moldflow2012。通過(guò)分析預(yù)測(cè)其在成型過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷，運(yùn)用現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)知識(shí)分析成型過(guò)程產(chǎn)生缺陷的原因，并通過(guò)調(diào)整成型工藝來(lái)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(guò)MasterCAM模擬模具加工過(guò)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(lái)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(guò)對(duì)臺(tái)燈外殼進(jìn)行CAD建模，然后進(jìn)行CAE分析，通過(guò)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、CAM全過(guò)程。3實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)對(duì)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(guò)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(duì)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(cè)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(lái)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(jiǎn)介Pro/Engineer5.0：Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)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(chēng)，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7底座下殼CAE分析及討論①前處理對(duì)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(duì)結(jié)果影響不大。網(wǎng)格采用雙層面網(wǎng)格，邊長(zhǎng)為3mm。冷卻水道的網(wǎng)格為圓柱狀長(zhǎng)度為15mm。網(wǎng)格經(jīng)修改過(guò)后，無(wú)相交重疊單元，無(wú)配向不正確單元，連通性良好，網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)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(diǎn)10871附近，然后將澆口設(shè)置在節(jié)點(diǎn)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：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(kāi)模時(shí)間8秒，模具表面溫度65度，開(kāi)模溫度75度，分析類(lèi)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)間水管及澆道布置充填時(shí)間氣穴流動(dòng)前沿溫度氣穴流動(dòng)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(mǎn)，流動(dòng)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(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(duì)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(wèn)題有翹曲量過(guò)大，冷卻回路效率不高。翹曲，可能是由于頂出溫度過(guò)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(duì)以上可能進(jìn)行如下改進(jìn)：分析類(lèi)型不變，熔體溫度230度，開(kāi)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)果流動(dòng)前沿溫度度流動(dòng)前沿溫度度充填時(shí)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(guò)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(zhǎng)，從而導(dǎo)致成型周期延長(zhǎng)，由于頂出溫度降低之后，在模具中冷卻的時(shí)間也延長(zhǎng)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(méi)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(wèn)題也沒(méi)有得到改善。⑤方案三 針對(duì)方案二存在的問(wèn)題，在方案三中進(jìn)一步提出改進(jìn)措施，主要通過(guò)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)前沿溫度流動(dòng)前沿溫度充填時(shí)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(jìn)之后，制件的充填時(shí)間大大的縮短，由原來(lái)的1.01s減少到0.53s，幾乎縮短了一般。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(shuō)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(lái)的1.016mm變?yōu)?.9213mm，但是相對(duì)而言，翹曲量仍然很大，不能滿(mǎn)足裝配要求。通過(guò)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(duì)產(chǎn)品的翹曲變形做專(zhuān)門(mén)的分析。⑥D(zhuǎn)OE分析由于以上3次分析中制件翹曲變形過(guò)大的問(wèn)題沒(méi)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(duì)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(duì)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(shuō)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(duì)制件的翹曲影響最大，但是，它與其他因素綜合作用之后，對(duì)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(guò)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(guò)程中，溫度分布不均、冷卻效率低等問(wèn)題，使得制件在成型過(guò)程中充填合理，制件在模具中溫度分布均勻。雖然沒(méi)有分析出翹曲變形的主要原因，但是通過(guò)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）。8Proe、EMX模具設(shè)計(jì)首先對(duì)制件的要求進(jìn)行分析，制件外表面要求光滑，無(wú)澆口痕跡。其次制件的外形來(lái)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350x400mm，提供商futabafg，類(lèi)型為GCtype，A板厚60mm，B板厚50mm，其余參數(shù)采用默認(rèn)值。以下為設(shè)計(jì)的示意圖，具體的零件請(qǐng)參照文件夾muju、muren模仁開(kāi)模示意制件示意圖模仁開(kāi)模示意制件示意圖模具開(kāi)模示意圖模具整體裝配圖模具開(kāi)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(guò)以上的模具設(shè)計(jì)過(guò)程，得到了產(chǎn)品的凸模，凹模和型芯。此過(guò)程對(duì)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(duì)動(dòng)模的型腔進(jìn)行CAM模擬加工。以下是模擬加工制造過(guò)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(jìn)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(jìn)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(guò)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(duì)實(shí)體建模技術(shù)有了更深層次的理解。此外，通過(guò)對(duì)CAD建模、CAE分析，也掌握了CAD和CAE如何進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，如何使用CAD軟件來(lái)更好的輔助CAE的分析，如何利用CAE分析數(shù)據(jù)來(lái)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(guò)程。在臺(tái)燈外殼的CAE分析過(guò)程中，也掌握了對(duì)一般注塑件的成型分析方法，以及在分析過(guò)程中的前處理，后處理過(guò)程，并能夠根據(jù)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)對(duì)分析的結(jié)果做出合理的解釋并對(duì)成型過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷提出改進(jìn)措施，通過(guò)對(duì)成型工藝的優(yōu)化來(lái)減輕或消除缺陷。在對(duì)臺(tái)燈外殼CAE分析中，出現(xiàn)了充型時(shí)間長(zhǎng)、溫度分布不均、冷卻不均、翹曲變形過(guò)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(lái)改善缺陷，通過(guò)再次驗(yàn)證分析發(fā)現(xiàn)，雖然大部分問(wèn)題得到解決，但是制件的翹曲量過(guò)大依然無(wú)法解決。于是通過(guò)DOE分析，得出結(jié)論：影起制件的過(guò)大翹曲其主要原因并不是成型工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，于是通過(guò)排除法，得出結(jié)論，造成制件翹曲變形過(guò)大的主要原因是制件的設(shè)計(jì)不合理，或者是成型方法不當(dāng)，于是提出改進(jìn)措施：1、制件壁厚增加。2、在制件邊緣部位設(shè)置加強(qiáng)筋，以克服制件收縮不均引起的翹曲。在proe模具設(shè)計(jì)中，掌握了模具分型面的創(chuàng)建，并掌握了利用分型面分割模具工件得到模具體積塊的方法。學(xué)會(huì)了模具澆口和流道的創(chuàng)建、冷卻水路的布置及創(chuàng)建。在emx的應(yīng)用過(guò)程中，學(xué)會(huì)了模具模架的選用，模具零件定義與選用的基本方法。同時(shí)也學(xué)會(huì)了模具零件加工的基本方法，會(huì)初步使用MasterCAM對(duì)模具進(jìn)行簡(jiǎn)單的加工，并生成數(shù)控加工代碼。綜上所述，通過(guò)本次實(shí)踐，加深了對(duì)材料成型CAD/CAE/CAM的認(rèn)識(shí)，提高了曲面建模、組件裝配、CAE分析技能。學(xué)會(huì)了利用moldflow的成型窗口分析在選擇制件成型的最佳參數(shù)，也學(xué)會(huì)了利用DOE分析來(lái)幫助解決制件成型過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷及問(wèn)題。并通過(guò)分