【正文】 、專業(yè)化和智能化方向發(fā)展[3]。(1)集成化CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成化可以消除分散應(yīng)用CAD、CAE、CAM單項(xiàng)技術(shù)所形成的(信息孤島)現(xiàn)象，最大限度地將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的實(shí)體模型被后續(xù)的分析、加工、工藝和仿真所利用。(2) 網(wǎng)絡(luò)化隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷完善CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化已成為不可阻擋的發(fā)展趨勢。網(wǎng)絡(luò)化可以充分發(fā)揮系統(tǒng)的總體優(yōu)勢使一個(gè)項(xiàng)目在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上協(xié)作完成，節(jié)省了大量的人力物力財(cái)力。借助現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，用戶可用高性能的PC機(jī)代替昂貴的工作站，不同設(shè)計(jì)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)交流設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)對模具的設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行操作和評價(jià)。(3) 標(biāo)準(zhǔn)化隨著CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的集成和網(wǎng)絡(luò)化，為保障數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)化過程中不丟失，使模具CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)內(nèi)部信息交流成為整體，真正意義上實(shí)現(xiàn)模具制造信息傳遞的暢通，建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)STEP對企業(yè)發(fā)展尤為必要。(4) 開放性CAD/CAM/CAE系統(tǒng)目前廣泛建立在開放式操作系統(tǒng)Windows和UNIX平臺(tái)上，為最終用戶提供二次開發(fā)環(huán)境，甚至這類環(huán)境可開發(fā)其內(nèi)核源碼，使用戶可定制自己的應(yīng)用程序。(5) 虛擬化虛擬制造(VM)以仿真技術(shù)、信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支撐，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造等生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)一建?！，F(xiàn)已在國外模具工業(yè)中有成功的應(yīng)用，如美國的FoundryService公司采用VM技術(shù)對整個(gè)工藝生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化設(shè)備參數(shù)后成功地完成了生產(chǎn)系統(tǒng)的改造，節(jié)約了大量資金。(6) 專業(yè)化針對性的開發(fā)專用模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)軟件，或根據(jù)模具生產(chǎn)企業(yè)自身的特點(diǎn)對軟件系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，這樣才有可能發(fā)揮出軟件的最大潛能，充分利用好企業(yè)自身的設(shè)備，制造出高質(zhì)量的模具產(chǎn)品。如日本UNISYS株式會(huì)社的塑料模設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)CADCEUS等。(7) 智能化隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)智能化程度提高，原來繁瑣的操作逐漸被計(jì)算機(jī)智能化處理取代。如將KF(KnowledgeFusion)引入CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，使其具有專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，具有專家的推理方式和控制策略，以及智能化的視覺、聽覺、語言的處理能力，從而達(dá)到設(shè)計(jì)自動(dòng)化的目的[4]。 本課題研究的主要內(nèi)容 本文以注塑分析系統(tǒng) Moldflow 為工作平臺(tái)，進(jìn)行了應(yīng)用研究。通過一年的學(xué)習(xí)及應(yīng)用，對手機(jī)外殼塑料件的成型狀況進(jìn)行模擬，利用CAE分析結(jié)果，對塑料件的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑工藝參數(shù)等各方面進(jìn)行了優(yōu)化，取得了比較滿意的優(yōu)化結(jié)果，得出一些切實(shí)可行的解決方案。主要研究內(nèi)容如下：（1）用三維造型軟件Pro/E對手機(jī)外殼零件進(jìn)行實(shí)體三維造型并導(dǎo)入到Moldflow軟件中。（2）利用Moldflow注塑模具分析軟件，針對手機(jī)外殼塑料模具進(jìn)行填充、保壓、冷卻、變形等流變分析，并進(jìn)行工藝參數(shù)、澆口位置、冷卻系統(tǒng)等方面的設(shè)計(jì)。（3）對溫度、壓力和時(shí)間等主要注塑工藝參數(shù)進(jìn)行多種方案設(shè)計(jì)比較，利用正交試驗(yàn)法探索出各個(gè)因素對塑料件成型的影響，合理選擇最優(yōu)的注塑方案。第2章 產(chǎn)品注塑方案的設(shè)計(jì) 注塑產(chǎn)品有限元模型的建立 建立塑料零件三維模型圖21 手機(jī)外殼零件a）手機(jī)外殼正面b）手機(jī)外殼反面本課題的研究對象是手機(jī)外殼注塑零件，利用Pro/E三維制圖軟件建立手機(jī)外殼模型。手機(jī)外殼的尺寸為97x50x6mm。如圖21所示。手機(jī)外殼質(zhì)量要求為盒體使用表面光滑，無明顯熔接痕、銀絲、汽泡。手機(jī)外殼的材料采用的是一種半透明、非結(jié)晶型塑料ABS。ABS是一種高分子的三元共聚物材料。此三元分別為：丙烯腈、丁二烯及苯乙烯。ABS的良好性能與此三種成分密切相關(guān)。本次設(shè)計(jì)手機(jī)外殼材料選用ABS材料，ABS材料學(xué)名丙烯脂—丁二烯—苯乙烯共聚物，屬于熱塑性塑料，韌性大、脆性小，適用廣泛，但是尺寸穩(wěn)定性差和熱穩(wěn)定性差，— g/cm3，%—%，流動(dòng)性中等， mm，料筒溫度前段190—200 ℃，中段200—220 ℃，后段170—190 ℃，模具溫度60—85 ℃，注射壓力為60—100 MPa，保壓壓力為30—60 MPa。 模型導(dǎo)入前處理塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，出于工藝性要求或者安全規(guī)范要求，在產(chǎn)品尖銳處及外表面的棱邊通常做倒圓角處理，倒圓角的存在對于實(shí)際注塑成型有利，但對Moldflow的網(wǎng)格劃分卻是不利的，尤其是對于fusion網(wǎng)格，會(huì)嚴(yán)重降低網(wǎng)格匹配率及增加網(wǎng)格數(shù)量。此外，將零件一些不重要的小特征去掉對于分析結(jié)果來說微乎其微，但卻極大地提高了網(wǎng)格質(zhì)量與分析運(yùn)算效率。因此，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分前對模型的修復(fù)與簡化是必要的，然而對大多數(shù)Moldflow工程師來說又是很困難的，作為分析用的模型往往是非參數(shù)化的，即使參數(shù)化，也取決于設(shè)計(jì)者思維方式的不同，建模順序的差異，使得Moldflow工程師處理起來困難重重。所以必須簡化[5]。 制件有限元的初始化網(wǎng)格劃分 模型的導(dǎo)入打開Moldflow后，創(chuàng)建新工程，輸入工程名稱及項(xiàng)目保存路徑。新建項(xiàng)目后導(dǎo)入CAD模型。在文件菜單下點(diǎn)擊導(dǎo)入選項(xiàng)。將Proe/E三維制圖軟件導(dǎo)出的stl格式模型導(dǎo)入工程。本次設(shè)計(jì)分析采用表面模型（雙層面），表面模型技術(shù)是指型腔或制品在厚度方向上分成兩部分的注塑成型模擬技術(shù)。與中面模型完全不同，它不再中面而是在型腔或制品表面產(chǎn)生有限網(wǎng)絡(luò)，利用表面上的平面三角網(wǎng)格進(jìn)行有限元分析。如圖22所示。 圖22 零件導(dǎo)入Moldflowa）手機(jī)外殼正面b）手機(jī)外殼反面 網(wǎng)格劃分 導(dǎo)入零件后，對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選擇網(wǎng)格工具欄生成網(wǎng)格命令，在項(xiàng)目管理區(qū)的工具選項(xiàng)卡中會(huì)顯示劃分網(wǎng)格模型界面，點(diǎn)擊立即劃分網(wǎng)格。程序自動(dòng)對分析模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖23所示。圖23 網(wǎng)格初始劃分表21 網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)參數(shù)Moldflow 支持四種網(wǎng)格形式，即Midplane、Fusion、Solid（3D）和Beam，分別是中性面網(wǎng)格、雙面流網(wǎng)格、實(shí)體網(wǎng)格和一維單元。而本零件所用的Fusion 格式網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)如下。通過網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)可以清楚確定缺陷出現(xiàn)的位置。Moldflow自動(dòng)對劃分好的網(wǎng)格進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。如表21所示。網(wǎng)格參數(shù)數(shù)值網(wǎng)格參數(shù)數(shù)值三角形11630個(gè)相交單元0個(gè)節(jié)點(diǎn)5743個(gè)完全重疊單元0個(gè)連通區(qū)域1個(gè)配向不正確的單元0個(gè)網(wǎng)格體積 cm3最小縱橫比網(wǎng)格面積 cm2最大縱橫比自由邊0個(gè)平均縱橫比共用邊17445個(gè)匹配百分比%交叉邊0個(gè)相互百分比%由初始網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)信息可以看出初始網(wǎng)格劃分主要問題出現(xiàn)在縱橫比上（最大縱橫比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于15），必須經(jīng)過修復(fù)才能進(jìn)行接下來的數(shù)據(jù)模擬。匹配百分比85%，可以做翹曲分析。 網(wǎng)格的修復(fù)由于MPI模塊在生成網(wǎng)格時(shí)，由于模型的幾何形狀、大小等原因，會(huì)產(chǎn)生單元的重疊和交叉，縱橫比不合理，出現(xiàn)自由邊和不連貫等問題，所以要對我網(wǎng)格進(jìn)行進(jìn)一步的修改和調(diào)整。第1章 修改較大單元縱橫比縱橫比是一個(gè)很重要的因素，它影響到分析的精度。在一些敏感的區(qū)域，小縱橫比就顯得更加重要。通常情況下，縱橫比的平均值最大不得超過6。修改縱橫比一般來講用合并節(jié)點(diǎn)和交換邊這兩種方法來解決。合并節(jié)點(diǎn)順名思義就是把兩個(gè)節(jié)點(diǎn)合并在一起，將縱橫比較大的單元的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而消除較大縱橫比單元。交換邊則是對相同公共邊的兩個(gè)單元，撤銷公共邊，以另一對角邊為公其邊重新生產(chǎn)單元，從而減少縱橫比。(2)交叉單元的修改 交叉單元就是那北不在同平面上，卻相互交叉的網(wǎng)格單元。一般來講，無論是網(wǎng)格重疊還是網(wǎng)格交叉，部直接把有問題的單元?jiǎng)h除，然再把單元補(bǔ)上，從而達(dá)到修復(fù)的目的。(3)自由邊的修改 自由邊是指一個(gè)單元所擁有的邊，即它不被其它單元所共有。有Fusion和3D類型的有限元?jiǎng)澐种?，?yīng)該將自由邊修復(fù)．因?yàn)橛凶杂蛇厔t意味者各個(gè)單元沒有正確的連接在一起，不能形成一個(gè)分析整體，從而影響以后的分析。修復(fù)自由邊可以合并節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)或重新劃分該區(qū)域的單元。(4)其它問題的修復(fù)初始有限元?jiǎng)澐值钠渌鼏栴}，如表面連貫性、單元的方向性等問題也可以通過以上的方法根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行解決。但需要指出的是，在進(jìn)行模型修復(fù)的時(shí)候，不可能一次就能達(dá)到預(yù)定的要求，一般來講都要進(jìn)行多次反復(fù)的修改才能獲得滿意的結(jié)果。 縱橫比的診斷及修復(fù)本零件沒有自由邊和交叉邊以及配向不正確單元的問題，唯一的缺陷是縱橫比過大，所以修復(fù)網(wǎng)格的主要任務(wù)是修復(fù)縱橫比。首先介紹一下縱橫比的概念，所謂縱橫比就是指模型的三角形單元的最長邊與該邊所對應(yīng)的三角形高度之比值，三角形單元的最長邊為a，對應(yīng)邊上的三角形高度為b，則該三角形的縱橫比為a/b，此數(shù)值越大，則說明該單元越尖銳，越細(xì)長，這對分析結(jié)果是不利的。高的縱橫比很可能對分析的結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。流動(dòng)分析對縱橫比的敏感度最低，而冷卻分析和翹曲分析對縱橫比的敏感度是比較高的。如果縱橫比太高，分析將可能不收斂，而且有可能產(chǎn)生不合邏輯的結(jié)果，甚至可能導(dǎo)致結(jié)算失敗，當(dāng)考慮到網(wǎng)格的質(zhì)量時(shí)，低的縱橫比是非常重要的。診斷縱橫比：在方案任務(wù)窗口的工具選項(xiàng)卡中輸入?yún)?shù)，設(shè)置“最小值”為15，最大值不填，單擊顯示，診斷結(jié)果將以不同顏色的網(wǎng)格法線顯示，如圖24所示。圖24 縱橫比診斷結(jié)果 修復(fù)縱橫比問題常用插入節(jié)點(diǎn)和交換邊這兩種方法來解決。插入節(jié)點(diǎn)就是在一條共用邊上的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中間創(chuàng)建一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，可以用來消除不良的縱橫比。圖25和26修改前后對比。 圖25 修改前圖26修改后 手動(dòng)合并節(jié)點(diǎn)就是將一個(gè)或多個(gè)要合并的節(jié)點(diǎn)向一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)合并。如圖27和28所示修改前后效果。圖27 修改前 圖28修改后 交換邊是對相同公共邊的兩個(gè)單元，撤銷公共邊，以另一對角邊為公其邊重新生產(chǎn)單元。利用交換對角線使縱橫比提高。如圖29和210所示修改前后效果。圖29交換前 圖210交換后 經(jīng)過修改之后，所有縱橫比大于15的單元都轉(zhuǎn)化為了縱橫比小于15的單元，診斷欄自動(dòng)消失。再次進(jìn)行網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表22。網(wǎng)格參數(shù)數(shù)值網(wǎng)格參數(shù)數(shù)值三角形11630個(gè)相交單元0個(gè)節(jié)點(diǎn)5743個(gè)完全重疊單元0個(gè)連通區(qū)域1個(gè)配向不正確的單元0個(gè)網(wǎng)格體積 cm3最小縱橫比網(wǎng)格面積 cm2最大縱橫比自由邊0個(gè)平均縱橫比共用邊17445個(gè)匹配百分比%交叉邊0個(gè)相互百分比%表22 網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)參數(shù) 配向診斷在MPI 的Fusion模型中，每個(gè)網(wǎng)格單元都存在一個(gè)規(guī)定的方向，即每個(gè)單元都有一個(gè)頂面和一個(gè)底面，其中頂面的方向與網(wǎng)格模型中每個(gè)三角形單元的頂點(diǎn)序列呈右手規(guī)則。MPI 要求在進(jìn)行分析計(jì)算之前，模型中的每一個(gè)單元的頂面都需要朝向外表面。對于未定向單元網(wǎng)格，也是通過網(wǎng)格診斷工具先找到他們所在的位置。利用網(wǎng)格工具中的定向單元命令就能對其進(jìn)行修改。如圖所示配向檢查結(jié)果顯示均成藍(lán)色，說明模型表面配向良好。如圖211所示。圖211 網(wǎng)格配向診斷結(jié)果第3章 分析方案的確定 澆注系統(tǒng)的作用 澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴出來后，到達(dá)型腔之前在模具中所流經(jīng)的通道，其作用是將熔融狀態(tài)的塑料從噴嘴處平穩(wěn)地引入模具型腔，并在熔體填充和固化定型的過程中將注射壓力和保壓力傳遞到塑料制品各部分，以獲得組織致密、外形清晰、表面光潔和尺寸精確的塑料制品。澆注系統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道澆注系統(tǒng)兩大類。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對注射成型效率和制件質(zhì)量有直接影響，是獲得優(yōu)質(zhì)塑料制品的關(guān)鍵[7]。澆注系統(tǒng)的作用是控制塑料熔體充填型腔的速度及充滿型腔所需的時(shí)間；使塑料熔體平穩(wěn)地進(jìn)入型腔，避免紊流和對型腔的沖涮；阻止熔渣和其他夾雜物進(jìn)入型腔；澆注時(shí)不卷入氣體，并盡可能使制件冷卻時(shí)符合順序凝固的原則。內(nèi)澆口的總截面積、橫澆口的總截面積和直澆口的總截面積是澆注系統(tǒng)的重要參數(shù)。根據(jù)內(nèi)澆口、橫澆口、直澆口的各自總截面積的比例不同，澆注系統(tǒng)分為開放式和封閉式兩種。這里所說的截面積都是指與液流方向垂直的最小截面面積。當(dāng)內(nèi)澆口的總截面積最小時(shí)，澆注開始后整個(gè)澆注系統(tǒng)很快就充滿了塑料熔體，有利于阻止熔渣及夾雜物進(jìn)入型腔，這種澆注系統(tǒng)通常稱為封閉