ZUK Z1手機(jī)殼模流分析（全套含CAD圖紙）

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言近幾年來，我國計算機(jī)設(shè)計技術(shù)及制造技術(shù)在不斷發(fā)展與進(jìn)步，尤其在注塑模具中的應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)如今，計算機(jī)輔助技術(shù)已開始廣泛運(yùn)用到塑料產(chǎn)品設(shè)計以及注塑模具設(shè)計的過程中。其Moldflow是一種專業(yè)化的CAE軟件，在注塑模設(shè)計中有著重要的應(yīng)用價值。據(jù)統(tǒng)計2015年模具產(chǎn)值達(dá)到了2500億，這是國家制造業(yè)重要的一部分?，F(xiàn)在制造行業(yè)發(fā)展迅速，為了適應(yīng)大時代的需求，就必須要學(xué)會使用軟件來進(jìn)行設(shè)計制造，以提高設(shè)計的效率。通過軟件的分析我們可以得到理論上最佳的方案，以此得到質(zhì)量較高的零件。該軟件的模擬仿真系統(tǒng)十分強(qiáng)大,可以讓使用者客觀的了解關(guān)于熔接痕位置、困氣、流動時間、壓力和溫度分布等準(zhǔn)確信息。它不僅可以分析每一個制件，還可以分析各種方案，快速優(yōu)化每一個方案。在分析完成之后，可以將分析結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)與其它技術(shù)人員共享。本文就是通過軟件分析得到最優(yōu)的冷卻方案以及澆口位置的選擇。1 Moldflow 軟件介紹1.1 主要特征和優(yōu)點(diǎn)該軟件可以進(jìn)行最佳澆口位置分析也可以自行選擇澆口位置來進(jìn)行選擇，為我們提供了數(shù)據(jù)和圖樣上的參考，在澆口位置完成之后可以設(shè)置流道的樣式以及尺寸通過分析得到的數(shù)據(jù)圖樣來選擇不同的澆口，以及流道方式，在確定流道后可以通過冷卻系統(tǒng)的分析來對設(shè)計模具提供參考，以達(dá)到最佳的冷卻方案。Moldflow還可以分析驗(yàn)證模具的合理性對生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生的一些問題比如熔接縫；氣穴等等缺陷進(jìn)行分析，以此來對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過修改得到最佳的塑件1.2 分析功能簡介Moldflow軟件的分析功能十分強(qiáng)大，我們可以通過該軟件對塑件進(jìn)行完整的分析，其中的材料選擇十分重要，該功能可以為制造商提供在不同材料時的不同分析數(shù)據(jù)，以此為制造商在不同的需求下選擇不同的材料提供參考，以此來控制加工的成本，也可以分析得到需要大概多大注射壓力的注塑機(jī)和需要注塑多長時間。1.3. 模流分析的作用1）驗(yàn)證模具的正確性與合理性；2）對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與分析；2 零件工藝性分析2.1 零件圖樣與工藝性2.1.1 零件圖現(xiàn)如今手機(jī)越來越多樣化，相應(yīng)的就產(chǎn)生了各式各樣的手機(jī)殼，常見的材料有：硅膠、硬塑、軟塑、皮革等。如圖2-1所示ZUK Z1塑料手機(jī)殼零件圖。圖1-1 零件2.1.2 零件工藝性該零件采用注塑加工的方式進(jìn)行加工，生產(chǎn)批量為大批量。 手機(jī)使用過程中會產(chǎn)生一定的熱量，所以在選取材料的時候要選取具有耐熱性的材料，鑒于塑件使用直接接觸人體所以選擇無毒性耐熱性能較好的材料。2.2 材料塑件材料選用PC/ABS，PC/ABS是由PC和ABS的混合物所產(chǎn)生的熱塑性材料， 該材料具有抗沖擊強(qiáng)度高，化學(xué)性能穩(wěn)定耐惹等等一系列的優(yōu)點(diǎn)，所以該材料現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)飾以及手機(jī)保護(hù)殼和汽車保險杠，家用塑料產(chǎn)品和大燈等等一系列塑料產(chǎn)品上。3 分析流程3.1 新建工程打開Moldflow synergy選擇文件中新建工程如圖3-1所示。圖3-1新建工程3.2 導(dǎo)入塑件鼠標(biāo)左鍵選擇菜單欄中的導(dǎo)入選項(xiàng)，導(dǎo)入在三維軟件中繪制完成的注塑件如圖3-2所示，可以導(dǎo)入零件。圖3-2導(dǎo)入塑件3.3 生成網(wǎng)格鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單欄中的創(chuàng)建網(wǎng)格，在子菜單中選擇生成網(wǎng)格如圖3-3所示，可以選擇調(diào)整曲面上的全局邊長大小來調(diào)整劃分的網(wǎng)格的細(xì)密程度。劃分完成后的零件圖如圖3-4所示。圖3-3生成網(wǎng)格圖3-4零件圖3.4 材料設(shè)置在左側(cè)任務(wù)欄中，有一個材料選擇項(xiàng)，通過搜索找到我所需求的材料PC+ABS，選擇確定將該材料設(shè)置為我們所需要的材料如圖3-5所示。圖3-5材料選擇3.5 澆口位置如圖3-6所示選擇任務(wù)欄中的分析序列，選擇澆口位置，點(diǎn)擊確定，開始分析最佳澆口位置。圖3-6 澆口分析3.5.1 最佳澆口位置根據(jù)Moldflow軟件分析結(jié)果如圖所示圖3-7為Moldflow軟件自行得到的最佳澆口位置。該澆口位置的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均較好。圖3-7最佳澆口位置3.5.2 澆口匹配特性澆口匹配特性表示澆口位置合理性的因子分布圖，因子值越小，澆口位于這個位置的成型合理性越高，由圖可知藍(lán)色位置澆口匹配特性最優(yōu)。圖3-8澆口匹配特性3.5.3結(jié)論根據(jù)澆口匹配特性的分析與Moldflow分析的最佳澆口位置基本相同，所以可以選擇自動分析的澆口位置作為最終的澆口位置。4 單個零件分析4.1 總體溫度總體溫度是一個中間數(shù)據(jù)在注射時，是注塑件的平均溫度，在注射時是液體流動的平均溫度。溫度分布應(yīng)該均勻，防止引起翹曲。由圖4-1可知該塑件注射時總體溫度在226攝氏度左右溫度較為平均,不易產(chǎn)生翹曲， 圖4-1總體溫度 4.2 剪切速率、體積實(shí)質(zhì)上的整個截面的剪切速率和體積，是一個中間數(shù)據(jù)結(jié)果，模具設(shè)計者可以通過動畫的形式查看隨著時間變化而變化的剪切速率和體積。如果剪切速率和體積結(jié)果過大的時候，熔體會有可能發(fā)生降解缺陷。根據(jù)圖4-2可知該塑件產(chǎn)品剪切速率和體積無線趨向于0，所以產(chǎn)品不會發(fā)生降解缺陷。圖4-2剪切速率和體積4.3 充填時間指塑料充填滿型芯型腔所需要的時間。填充時間短了，產(chǎn)品密度小，易出現(xiàn)不滿，或 滿了但尺寸小，時間長了，則相反，還可能造成頂出困難。填充時間表達(dá)了熔體的位置跟隨時間變化而變化，根據(jù)圖片可知熔體到達(dá)兩端的時間基本為1.562秒。圖4-3充填時間4.4 氣穴在塑料熔料填充型腔的時候會有多股熔料前端包裹空穴或熔料填充至末端由于氣體無法排除導(dǎo)致填充不完全所產(chǎn)生的現(xiàn)象叫作氣穴。氣穴的產(chǎn)生主要會有三種情況，第一種是注塑工藝不當(dāng)、第二種是模具缺陷、第三種就是注塑原料與注塑件的材料需求不符合。減少氣穴的方法一就是讓塑料高溫度融化，方法二是加入一些酒精，在高溫下利用導(dǎo)流或者沿壁留下的方法就可以減少氣穴。由圖可知該產(chǎn)品僅在兩端處有少量氣穴，并不影響產(chǎn)品外觀面。圖4-4氣穴4.5 產(chǎn)品一出二的選擇通過實(shí)習(xí)了解到在實(shí)際的加工生產(chǎn)過程中極少數(shù)的選擇一模多出，一模多出可以提高效率，但同樣的會帶來成本的提高以及頂出機(jī)構(gòu)排列不便，不便于模具的拆裝等一系列的問題，所以選擇常用的一模兩腔。選擇一模兩腔作為加工方式有以下優(yōu)點(diǎn)：1）可以極大的提升注塑產(chǎn)品的產(chǎn)能； 2）可以降低生產(chǎn)成本；3）提高生產(chǎn)效率4）塑件較小，可以順利走膠改善塑件品質(zhì)5 一模兩腔分析5.1氣穴圖5-1是一模兩腔的塑件氣穴分析圖，由圖5-1可知在一抹兩腔時產(chǎn)品外觀面有少量氣穴不會影響產(chǎn)品。圖5-1 一模兩腔氣穴5.2 總體溫度溫度分布應(yīng)該均勻，防止引起翹曲，總體溫度不應(yīng)超過塑料降解溫度。由圖可知產(chǎn)品最高溫度207.8攝氏度最低溫度194.4攝氏度。溫差不超過20度不會引起翹曲。圖5-2 一模兩腔總體溫度5.3 剪切速率、體積 在一模兩腔的狀態(tài)下產(chǎn)品剪切速率依然無線趨向于0，由此可知產(chǎn)品不會發(fā)生降解缺陷。圖5-3剪切速率和體積5.4 充填時間圖5-4充填時間填充時間表達(dá)了熔體跟隨時間變化而變化，該零件如圖5-4所示兩端一個為0.9238s還有一個為1.232s差距為0.3，效果較為理想。5.5 熔接線 熔接縫就是融化的塑料在注射機(jī)的壓力下進(jìn)入到型腔中在不同的地方多股塑料沒有完全的融合在一起導(dǎo)致產(chǎn)生的縫隙，熔接縫所在的地方塑件強(qiáng)度很差容易斷裂,通過降低鎖模力，方便排氣?？梢詼p少熔接縫的產(chǎn)生注射壓力不應(yīng)該過高過快，由圖可知該零件只有一條熔接線，且位置處于內(nèi)孔處不易斷裂。圖5-5一模兩腔溶接線5.6 鎖模力模具的鎖模力是指在注射的時侯為克服型腔體內(nèi)熔體對模具所產(chǎn)生的漲力，而通過注射機(jī)施加給模具的力被稱為鎖緊力 。當(dāng)融化的塑料以很高的高壓注入時會相應(yīng)的產(chǎn)生一個撐開模具的力量。因此注塑機(jī)的鎖模部件必須提供足夠的鎖模力來保證模具不會被該力量撐開。A.鎖模力計算：撐模的力量=成品的開關(guān)模方向的投影面積模穴數(shù)模內(nèi)壓力B.怎樣選擇合適的注塑機(jī) ：1MPa=9.8kg/cm25.7 注射位置壓力xy圖XY圖是一個以時間為橫坐標(biāo)壓力位縱坐標(biāo)的圖，可以觀察伴隨著時間的改變塑件的壓力的改變數(shù)值。該塑件在最高點(diǎn)是接近40Mpa。圖5-6注射位置壓力xy圖6 分析報告6.1 注射機(jī)要求最大壓力: 180.0000 MPa螺桿增強(qiáng)比率: 10.0000注塑機(jī)響應(yīng)時間: 0.010 s注塑機(jī)最大鎖模力: 7000.2198 tonne6.2 溫度熔體溫度: 220.0000 C模具型腔側(cè)溫度: 50.0000 C模具型芯側(cè)溫度: 50.0000 C6.3 注射設(shè)置注射控制方法: 注射時間 注射時間: 1.4040 s 名義流動速率: 22.2656 cm3/s保壓壓力曲線 持續(xù)時間 壓力(s) (MPa) 0.0000 24.790810.0000 24.7908冷卻時間: 20.0000 s6.4 流動結(jié)果6.4.1 單個零件流動分析零件和冷流道的總體積: 31.2599 cm3切換壓力: 30.9885 MPa6.4.2 一模兩腔零件流動分析零件和冷流道總體積: 64.6734 cm3切換壓力: 42.2043 MPa6.5 冷卻回路壓力方案一如圖6-1所示為水管直徑10，水管與零件件距離25，管道數(shù)量5，管道中心間距30， 零件之外的距離為120的一模兩腔回路壓力分析圖。圖6-1冷卻回路壓力方案二圖6-2為水管直徑15，水管與零件件距離15，管道數(shù)量6，管道中心間距25，零件之外的距離120的，一模兩腔冷卻回路壓力圖。圖6-2冷卻回路壓力方案一回路壓力最大為7.39kpa方案二最大回路壓力為3.098kpa方案二的回路壓力遠(yuǎn)低于方案一，方案二的效果較好。6.6 回路熱去除效率方案一圖6-3為水管直徑10，水管與零件件距離25，管道數(shù)量5，管道中心間距30，零件之外的距離120，的回路熱去除效率圖。圖6-3回路熱去除效率方案二圖6-4為水管直徑15，水管與零件件距離15，管道數(shù)量6，管道中心間距25，零件之外的距離120的回路熱去除效率圖。圖6-4回路熱去除效率根據(jù)方案一和方案二的圖片對比在方案一中產(chǎn)品熱去除效率并沒有方案二的效果優(yōu)異。6.7 冷卻分析報告6.7.1 冷卻網(wǎng)格類型 = 雙層面節(jié)點(diǎn)數(shù) = 4680 柱體單元數(shù) = 319 三角形單元數(shù) = 8744四面體單元數(shù) = 0計算幾何體影響的方法 = 理想 冷卻分析類型 = 手工零件單元總數(shù) = 8847流道單元總數(shù) = 103模具單元總數(shù) = 564回路單元總數(shù) = 216零件末端的坐標(biāo):X Y Z最大值 239.99999 mm 160.00000 mm 60.00000 mm最小值 -0.00000 mm -0.54223 mm 30.00000 mm取向 479.99999 mm 320.54222 mm 90.00000 mm模具末端的坐標(biāo):X Y Z中心 120.00000 mm 79.72889 mm 45.00000 mm右角 600.00002 mm 559.72892 mm 525.00004 mm左角 -360.00001 mm -400.27115 mm -435.00003 mm入口 流動速率 雷諾數(shù) 壓力降 泵送 節(jié)點(diǎn) 進(jìn)/出 范圍 超 功率超過 回路 回路 (lit/min) (MPa) (kW) 31169 4.23 10000.0 - 10000.0 0.0075 5.298E-004 31278 4.23 10000.0 - 10000.0 0.0075 5.298E-0046.7.2 冷卻液入口 冷卻液溫度 冷卻液溫度升高 熱量排除節(jié)點(diǎn) 范圍 通過回路 通過回路31169 25.0 - 26.2 1.2 C 0.359 kW31278 25.0 - 26.2 1.2 C 0.344 kW6.7.2 型腔溫度結(jié)果零件表面溫度 - 最大值 = 45.4026 C零件表面溫度 - 最小值 = 35.2150 C零件表面溫度 - 平均值 = 41.4405 C型腔表面溫度 - 最大值 = 41.3734 C型腔表面溫度 - 最小值 = 30.9813 C型腔表面溫度 - 平均值 = 37.0332 C平均模具外部溫度 = 26.0817 C通過外邊界的熱量排除 = 0.0598 kW周期時間 = 35.0000 s最高溫度 = 200.0000 C最低溫度 = 25.0000 C6.8 最終分析結(jié)果澆口位置選擇在澆口分析的位置，使得充填到兩端的時間機(jī)泵相同。零件表面最大溫度45,4026 C最小溫度35.215 溫差較小不易產(chǎn)生扭曲變形。冷卻方案選擇：方案二水管直徑15水管與零件件距離15 管道數(shù)量6 管道中心間距25 零件之外的距離120。這一套方案可以使得模具冷卻效率更高更快，以此來提升生產(chǎn)效率，延長模具的使用壽命，降低成本。 總 結(jié)在大學(xué)的學(xué)習(xí)生涯中，畢業(yè)設(shè)計是一個十分重要的環(huán)節(jié)，是我們正式步入社會參加工作前的一次考校，畢業(yè)設(shè)計是對我們?nèi)暌詠韺W(xué)習(xí)的總結(jié)與提高。通過模流分析軟件對零件的最佳澆口位置進(jìn)行了確定，為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了參考。通過冷卻分析可以發(fā)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)布置是否合理，以及冷卻效果的優(yōu)劣，對流道系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)進(jìn)行合理的選擇與優(yōu)化?？梢源_定注射壓力、鎖模力、冷卻回路壓力、熔體溫度、保壓時間等，以獲得的最優(yōu)的注塑產(chǎn)品。在實(shí)際生產(chǎn)中還可以將冷卻液溫度輸入到軟件中進(jìn)行冷卻效果分析。因?yàn)槌醮谓佑|模流分析軟件，對注塑的工藝的了解也不是十分充足，有許多的方面做得不足。這就要求我在之后的工作過程中不斷地學(xué)習(xí)。畢業(yè)設(shè)計歷時兩月，從最初的無從下手，到慢慢進(jìn)入狀態(tài)，再到完成，回想這段時間的整個過程很難用言語形容，通過這次的畢業(yè)設(shè)計我擁有了無數(shù)難忘的回憶與收獲，讓我學(xué)到了新知識，也讓我明白畢業(yè)后仍要不斷的充實(shí)自己。腳踏實(shí)地的學(xué)習(xí)態(tài)度是我這兩個月來最大的收獲。致 謝三年的學(xué)習(xí)生涯就這樣要結(jié)束了，心中有許多的話想說但有不知從何說起。首先要感謝我的指導(dǎo)老師周曉剛老師。做畢業(yè)設(shè)計的時候遇到了許多的問題，在老師幫助下一一的解決了，從論文前的開題報告到任務(wù)書再到論文后期的格式調(diào)整周老師都給了我許多的建議和意見，即使下班后老師也利用自己的私人時間為我指導(dǎo)畢業(yè)論文，在此向老師致以最真摯的謝意。其次要感謝三年中教導(dǎo)過我的每一位老師，感謝你們這三年來的教誨。同時也要感謝和我一起度過這三年的同學(xué)們，你們是我三年的學(xué)習(xí)生涯中不可或缺的一部分，為我留下了無數(shù)美好的回憶。祝愿即將和我一起走向社會的同學(xué)們找到心儀的工作，完成自己最初的夢想，永不言棄。附 錄 附錄A產(chǎn)品效果圖參考文獻(xiàn)1 劉瓊. 塑料注塑Moldflow實(shí)用教程 . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008 2 謝鵬程. 高分子材料成型CAE理論及應(yīng)用. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010. 3張瓏. 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