【正文】 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要基于CAE技術(shù)，以普通手機(jī)外殼為實(shí)例，介紹了Moldflow Insight軟件在注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。首先，分析塑件的工藝性及注塑成型特點(diǎn)，而后應(yīng)用CAD建立了產(chǎn)品的幾何模型；運(yùn)用CAE模流分析軟件Moldflow進(jìn)行有限元模型的前期處理，其中包括導(dǎo)入三維模型、劃分網(wǎng)格、設(shè)置工藝條件和確定最佳澆口位置。確保了澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性后，運(yùn)用正交設(shè)計(jì)法安排實(shí)驗(yàn)方案，得到各參數(shù)及其交互作用對翹曲的影響度，初步確定工藝參數(shù)最優(yōu)組合方案，對影響顯著的因素作單因素影響模擬分析，研究翹曲和體積收縮率受單獨(dú)影響的變化趨勢，結(jié)合正交試驗(yàn)結(jié)果，最終確定較合理的工藝參數(shù)優(yōu)化組合。最后，采用優(yōu)化工藝方案進(jìn)行模擬分析，得到最佳質(zhì)量的制品。關(guān)鍵詞 注塑模具；正交試驗(yàn)；Moldflow AbstractBased on the CAE technology,chosen ordinary mobile phone shell,paper introduced the application of the injection mould design with Moldflow Insight software . First of all, The paper analysed the plastic39。s manufaturability and features in it39。s injection molding process and established application of CAD product geometry model. It used CAE mold flow analysis software moldflow to simulate and analyse which including import 3D model, dividing into grid, setting up technological conditions and determining the best gate location. making sure the rationality of the design of cooling system and gating paper got effect Factors of warping invarious parameters and interaction by arranging the plan using the orthogonal design 39。s more,it briefly determinated the technology parameters optimization bination scheme,simulated and analysed notable factors this way it worked out the change trend of warping and volumetric shrinkage which caused by parameters Combined with the orthogonal experiment results,it eventuallt determined the reasonable the last,it got the better plastic product quality with the optimum process seheme.Key words: injection mould。 the orthogonal experiment。 Moldflow目 錄第1章 緒 論 1 本課題研究的目的和意義 1 CAE技術(shù)的理論方法及應(yīng)用 2 模具國外CAD/CAM/CAE技術(shù)的發(fā)展 3 模具國內(nèi)CAD/CAM/CAE技術(shù)的發(fā)展 3 模具CAD/CAM/CAE技術(shù)發(fā)展的趨勢 4 本課題研究的主要內(nèi)容 5第2章 產(chǎn)品注塑方案的設(shè)計(jì) 6 注塑產(chǎn)品有限元模型的建立 6 建立塑料零件三維模型 6 模型導(dǎo)入前處理 7 制件有限元的初始化網(wǎng)格劃分 7 模型的導(dǎo)入 7 網(wǎng)格劃分 8 網(wǎng)格的修復(fù) 9 縱橫比的診斷及修復(fù) 9 配向診斷 12第3章 分析方案的確定 13 澆注系統(tǒng)的作用 13 最佳澆口位置分析 13 澆注系統(tǒng)的創(chuàng)建 14 冷卻系統(tǒng)方案的確定 15 流動結(jié)果分析 16 充填時間 16 熔接痕比較 17 氣穴比較 18 制件翹曲的比較 18第4章 基于正交試驗(yàn)工藝參數(shù)優(yōu)化分析 20 優(yōu)化目標(biāo)設(shè)計(jì) 20 正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)定 20 基于正交試驗(yàn)多工藝參數(shù)優(yōu)化 21 基于MPI的產(chǎn)品工藝參數(shù)的單個因素?cái)?shù)據(jù)分析 26第5章 結(jié) 論 33參 考 文 獻(xiàn) 34致 謝 35附 錄A 譯文 36附 錄B 英文材料 40IIIIII第1章 緒 論模具是以特定的結(jié)構(gòu)形式通過一定方式使材料成型的一種工業(yè)產(chǎn)品，同時也是能成批生產(chǎn)出具有一定形狀和尺寸要求的工業(yè)產(chǎn)品零部件的一種生產(chǎn)工具，是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備。隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，以及塑料制品在航空、航天、電子、機(jī)械、船舶和汽車等工業(yè)部門的推廣應(yīng)用，產(chǎn)品對模具的要求也越來越高，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已無法適應(yīng)當(dāng)今的要求。與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)相比，計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)無論是在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在降低成本、減輕勞動強(qiáng)度方面，都具有極大的優(yōu)越性。 本課題研究的目的和意義隨著科學(xué)的發(fā)展，各種產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來越快，而產(chǎn)品的更新是以新產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)和模具的設(shè)計(jì)、制造與更新為前提的。模具的設(shè)計(jì)是模具更新的基礎(chǔ)，模具設(shè)計(jì)工作與產(chǎn)品的更新信息相關(guān)。傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能很好地適應(yīng)時代的需要，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造已成為許多大型CAD/CAM/CAE軟件追求的目標(biāo)。而在眾多輔助設(shè)計(jì)制造軟件中Pro/E軟件是當(dāng)今世界較先進(jìn)、面向制造業(yè)的綜合軟件。Pro/E軟件在產(chǎn)品造型、注塑模設(shè)計(jì)和沖壓級進(jìn)模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用將體現(xiàn)該軟件在產(chǎn)品造型和模具設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大功能，展現(xiàn)它的靈活性和工程設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。手機(jī)外殼模具在我國模具生產(chǎn)中占有不可或缺的地位。而近年來隨著手機(jī)功能的增加，手機(jī)外殼的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，而出于便攜性的考慮，手機(jī)的壁厚卻越來越小，加之各種新材料、新工藝的使用，使注塑成型的難度不斷加大，在手機(jī)外殼的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中引入Moldflow模擬具有重大的意義。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的注塑工藝及注塑成型的實(shí)際生產(chǎn)主要靠經(jīng)驗(yàn)來反復(fù)調(diào)試和修改，這樣不僅生產(chǎn)效率低，而且還浪費(fèi)了大量的人力和物力。注塑Moldflow技術(shù)能預(yù)擬注塑成型時塑料熔體在模具型腔中的流動情況及塑料制品在模具型腔內(nèi)的冷卻、固化過程，在模具制造之前就能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，改變了主要依靠經(jīng)驗(yàn)和直覺，通過反復(fù)試模、修模來修正設(shè)計(jì)方案的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，它可使設(shè)計(jì)人員避免設(shè)計(jì)中的盲目性，使工程技術(shù)人員在模具加工前完成試模工作，也可使生產(chǎn)操作人員預(yù)測工藝參數(shù)對制品外觀和性能的影響，降低了模具的生產(chǎn)周期和成本，提高了模具質(zhì)量。本文利用Moldflow對手機(jī)外殼注塑成型中的澆口位置、充填、流動、冷卻等過程進(jìn)行分析模擬，預(yù)測塑件可能產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷，并針對模擬結(jié)果分析缺陷產(chǎn)生的原因和影響因素。根據(jù)分析結(jié)果對注塑工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得到比較合理的參數(shù)。 CAE技術(shù)的理論方法及應(yīng)用由于塑料的種類和成型方法很多，塑料模CAE 技術(shù)的應(yīng)用側(cè)重面有所不同。下面就常用的注射成型、氣體輔助注射成型、擠出成型、吹塑成型和熱成型等，說明現(xiàn)有塑料模CAE 技術(shù)的理論方法及對工程實(shí)際的指導(dǎo)意義。塑料模CAE 技術(shù)的應(yīng)用無論在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量方面，還是在降低成本、減輕勞動強(qiáng)度方面具有極大的優(yōu)越性。（1）注射成型注射成型是熱塑性塑料成型的一種主要成型方法。注射模CAE 技術(shù)按成型工藝過程的特點(diǎn)，分為流動、保壓、冷卻、殘余應(yīng)力及翹曲分析等軟件模塊。流動模擬采用非牛頓流體非等溫下廣義的HeleShaw 模型描述注射充模過程；用有限元/有限差分算法耦合求解動量守恒方程和能量守恒方程已獲得壓力場、溫度場、速度場；用控制體積法跟蹤熔體的流動前沿；用人工智能技術(shù)自動識別熔接線和氣穴的位置。通過流動模擬可獲得型腔內(nèi)的溫度、壓力、速度及鎖模力等信息，幫助工程技術(shù)人員合理地設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，優(yōu)選注射工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的成型缺陷并提出相應(yīng)的對策。（2）氣體輔助注射成型氣體輔助注射成型是在傳統(tǒng)的注射成型基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的注射成型工藝，特點(diǎn)在于：在充填階段，當(dāng)型腔充填至70%~95%時，向型腔內(nèi)注入高壓氣體，并使氣體進(jìn)入型腔；進(jìn)入保壓階段，繼續(xù)注入高壓氣體，以彌補(bǔ)因熔體冷卻而引起的收縮。在充填階段，由于氣體、熔體兩種性質(zhì)完全不同物質(zhì)的動力學(xué)的相互作用，使得成型過程的模擬非常復(fù)雜，控制方程仍采用非牛頓流體非等溫下廣義的Heleshaw 流動，但在氣熔界面作了假設(shè)，認(rèn)為氣體、熔體兩相介質(zhì)不混合。這樣，流場的求解變?yōu)閷θ垠w流動方程的求解，僅在氣熔界面上加上氣體壓力的邊界條件。利用氣體輔助注射成型過程的 CAE 技術(shù)，可幫助設(shè)計(jì)、工程人員解決氣穴、氣體沖頭等潛在的質(zhì)量問題；確定熔體的最優(yōu)體積、注入氣體的最佳切入時間等工藝參數(shù)；獲得多型腔系統(tǒng)在整個加工過程中的物料及氣體的分布；優(yōu)化氣道、澆注系統(tǒng)的尺寸、布置方案。此外，還有反應(yīng)、擠出、熱成型、壓延、流延模、纖維紡絲過程、吹塑模、涂覆等成型過程數(shù)值模擬也開展了廣泛的工作，對聚合物加工過程的分析和成型設(shè)備的設(shè)計(jì)都產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響[1]。 模具國外CAD/CAM/CAE技術(shù)的發(fā)展國外模具CAD/CAM技術(shù)的研究始于上世紀(jì)60年代，到70年代已經(jīng)研制出了模具CAD/CAM的專門系統(tǒng)，推出了面向中小型企業(yè)的CAD/CAM的商業(yè)軟件，可應(yīng)用于各種類型的模具設(shè)計(jì)和制造。1973年，美國的DIE COMP公司率先研制成功PDDC連續(xù)模系統(tǒng)。1977年，捷克斯洛伐克金屬加工工業(yè)研究所研制成功AKT沖模CAD系統(tǒng)。1978年，日本機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室建立ME1連續(xù)模設(shè)計(jì)系統(tǒng)。1979年，日本旭光學(xué)工業(yè)公司研究成功的沖空模和彎曲模PENTAX的CAD系統(tǒng)。1985年，日本NISSIN精密機(jī)器公司采用了冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)。到80年代末，美國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具生產(chǎn)已有近50%采用了CAD/CAM技術(shù)。近二十多年來，隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷提升，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的CAD/CAM技術(shù)不斷創(chuàng)新、完善、逐步發(fā)展，已經(jīng)形成一個從研究開發(fā)、生產(chǎn)制造到推廣應(yīng)用和銷售服務(wù)的完整的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。國外在上世紀(jì)60年代開始開發(fā)有限元進(jìn)行軟件，1976年發(fā)行了第一套流動分析軟件。利用CAE技術(shù)可以在模具加工前，在計(jì)算機(jī)上對整個成型過程進(jìn)行模擬分析，減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高模具質(zhì)量和降低成本等。目前國外的模具CAE技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，完全走向?qū)嵱没A段，并取得了顯著效果。國外著名的CAE軟件有NASTRAN、ADINA、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。 模具國內(nèi)CAD/CAM/CAE技術(shù)的發(fā)展 我國模具CAD/CAM技術(shù)開始于20世紀(jì)70年代末，與國外相比尚有一段距離，但目前也趨于成熟，并在模具生產(chǎn)企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。特別是20世紀(jì)80年代后期，我國進(jìn)入了CAD/CAM技術(shù)迅猛發(fā)展的時期，各大院校和科研單位不僅自主研發(fā)適合國情、專業(yè)化極強(qiáng)的CAD/CAM實(shí)用系統(tǒng)，也引進(jìn)國外先進(jìn)CAD/CAM，同時在國外的CAD/CAM系統(tǒng)之上進(jìn)行二次開發(fā)。如吉林大學(xué)依托一汽對汽車覆蓋件CAD/CAM系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得顯著成效，華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在AutoCAD軟件平臺上開發(fā)出基于特征的級進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)HMJC，上海交通大學(xué)為瑞士法因托（Finetool）精沖公司開發(fā)成功精密沖裁級進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)，西安交通大學(xué)開發(fā)出多工位彎曲級進(jìn)模CAD系統(tǒng)等，這些CAD/CAM系統(tǒng)的研發(fā)促進(jìn)了國內(nèi)模具行業(yè)快速發(fā)展[2]。 經(jīng)過這十幾年的發(fā)展，我國模具CAD/CAM軟件的開發(fā)水平也逐漸接近國外先進(jìn)水平。在政府的大力支持下先后出現(xiàn)了一批先進(jìn)的模具CAD/CAM示范企業(yè)，高校和企業(yè)也培養(yǎng)了一大批模具CAD/CAM軟件開發(fā)及應(yīng)用人才。但總的來說，我國目前模具CAD/CAM軟件不管是從產(chǎn)品開發(fā)水平還是從商品化、市場化程度都與發(fā)達(dá)國家有不小的差距。 模具CAD/CAM/CAE技術(shù)發(fā)展的趨勢目前隨著全球創(chuàng)新技術(shù)能力的提高和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境的普及針對高質(zhì)量產(chǎn)品及高生產(chǎn)效率的市場要求最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力滿足用戶需求模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展總體上朝著集成化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、開放性、虛擬化