【正文】 。這是由于先進(jìn)材料與技術(shù)是國(guó)名經(jīng)濟(jì)與國(guó)防發(fā)展的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，是各種高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂卯a(chǎn)品與商品的關(guān)鍵，當(dāng)前各種新材料市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)1000億美金，預(yù)計(jì)到2000年達(dá)到4000億美金，由新產(chǎn)品帶動(dòng)而產(chǎn)生的新產(chǎn)品新技術(shù)則是一個(gè)更大的市場(chǎng)。如：瑞典的NUDDEHOLM、ASSAB，以及德國(guó)的蒂森、薩斯特，日本的大同等公司都在上海乃至全國(guó)各地樹(shù)起了優(yōu)特鋼的旗幟，但由于他們的價(jià)格過(guò)高，已逐漸顯得無(wú)法展開(kāi)規(guī)模銷(xiāo)售，就連目前在國(guó)內(nèi)較有名氣的外資公司都在中國(guó)尋找價(jià)格低廉，品質(zhì)優(yōu)良的模具材料?？墒牵姸嗟拇砩屉m然手中握有厚資，但是對(duì)于模具工況條件，材料特性以及相關(guān)熱處理等問(wèn)題的了解不夠，都停留于普鋼類(lèi)方面的激列競(jìng)爭(zhēng)。但是，模具材料由于其規(guī)格繁多，同規(guī)格單次需求量少，市場(chǎng)即時(shí)采購(gòu)等特點(diǎn)，使得各大鋼廠(chǎng)規(guī)模性生產(chǎn)裝備無(wú)法適應(yīng)。而作為一個(gè)工業(yè)日趨發(fā)展，產(chǎn)品交替更新節(jié)奏很快的國(guó)家，其對(duì)模具的發(fā)展也更進(jìn)一步地被產(chǎn)品生產(chǎn)商重視。據(jù)1997年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年耗模具材料13萬(wàn)噸。在熱作模具鋼方面YYHMGR、ER8等新品種的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用徹底改變了熱作模具幾十年來(lái)由3Cr2W8V一統(tǒng)天下的局面。除上述合金鋼外，還開(kāi)發(fā)了GT35及DT等牌號(hào)的鋼結(jié)硬質(zhì)合金和YG系列的鎢鈷類(lèi)硬硬合金以滿(mǎn)足高壽命的要求，制造高速?zèng)_床用的模具。其中65Nb、LD、GD及DS鋼因具有良好的抗沖擊性而更適合于作冷墩及原料沖裁凸模。用H13鋼代替國(guó)外已淘汰的3CW8V制造鍛模和壓鑄模。不僅改善了加工性能，而且還大大提高了模具的使用壽命。（2）八十年代（發(fā)展階段） 隨著改革開(kāi)放和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，很大程度上推動(dòng)了模具制造業(yè)的發(fā)展。再則由于工業(yè)發(fā)展的緩慢和經(jīng)濟(jì)封閉，以及人民的生活水平處于很低的消費(fèi)水平等諸多因素，抑制了模具制造的產(chǎn)業(yè)化、社會(huì)化和商品化。中國(guó)的模具材料從無(wú)到有，從小到大，從少到多，直到現(xiàn)在，無(wú)論是從鋼種還是從規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等方面，都是伴隨著模具制造發(fā)展而發(fā)展的。第2章 國(guó)內(nèi)外注塑發(fā)展現(xiàn)狀以及Moldflow的簡(jiǎn)介模具材料是工模具加工業(yè)的基礎(chǔ)。直至符合要求為止。所以設(shè)置的時(shí)候一定要道道盡量貼近制品表面。流道的建立光靠看是不能把握的，它必須在澆口位置分析之后，根據(jù)所得的最佳澆口位置和其他因素進(jìn)行確定建立。2)網(wǎng)格的處理對(duì)于所給的供水三通模型設(shè)置其邊長(zhǎng)，或合并網(wǎng)格以此達(dá)到進(jìn)一步的處理，直至滿(mǎn)足分析條件即匹配率為85﹪以上為止。將建好的模型導(dǎo)入Moldflow軟件中進(jìn)行網(wǎng)格的劃分與處理，然后找出最佳澆注口位置，建立澆注系統(tǒng)，再進(jìn)行工藝設(shè)置分析，最后對(duì)其進(jìn)行冷卻、流動(dòng)、翹曲等多方面分析，通過(guò)分析的結(jié)果便可獲得最佳的相關(guān)數(shù)據(jù)、圖表以及最佳相關(guān)工藝參數(shù)。 課題研究?jī)?nèi)容對(duì)塑件進(jìn)行工藝分析，通過(guò)有限元軟件（Moldflow或Pro/e自帶模塊Plastic Advisor）模擬塑件成型流動(dòng)過(guò)程, 獲得相關(guān)工藝參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)對(duì)塑件成型質(zhì)量的影響，為工藝優(yōu)化提供基礎(chǔ)?？墒牵姸嗟拇砩屉m然手中握有厚資，但是對(duì)于模具工況條件，材料特性以及相關(guān)熱處理等問(wèn)題的了解不夠，都停留于普鋼類(lèi)方面的激列競(jìng)爭(zhēng)。但是，模具材料由于其規(guī)格繁多，同規(guī)格單次需求量少，市場(chǎng)即時(shí)采購(gòu)等特點(diǎn)，使得各大鋼廠(chǎng)規(guī)模性生產(chǎn)裝備無(wú)法適應(yīng)。而作為一個(gè)工業(yè)日趨發(fā)展，產(chǎn)品交替更新節(jié)奏很快的國(guó)家，其對(duì)模具的發(fā)展也更進(jìn)一步地被產(chǎn)品生產(chǎn)商重視。據(jù)1997年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年耗模具材料13萬(wàn)噸。塑料制件及模具的3D設(shè)計(jì)與成型過(guò)程的3D分析將在我國(guó)塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用?；诰W(wǎng)CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見(jiàn)端倪,其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程分工協(xié)作要求的問(wèn)題。從而優(yōu)化注塑模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和注塑成型工藝方案，最終為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)塑料制件提供指導(dǎo)作用在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。供水三通注塑成型工藝有限元模擬研究畢業(yè)論文目錄第1章 緒論 4 課題背景 4 課題研究?jī)?nèi)容 5第2章 國(guó)內(nèi)外注塑發(fā)展現(xiàn)狀以及Moldflow的簡(jiǎn)介 7 國(guó)內(nèi)注塑發(fā)展現(xiàn)狀 7 國(guó)際注塑發(fā)展現(xiàn)狀 8 Moldflow MPI簡(jiǎn)介 9第3章 供水三通有限元模型建立 12 供水三通三維模型的建立 12 供水三通的網(wǎng)格劃分與分析 12 12 網(wǎng)格的劃分 13 13 網(wǎng)格診斷 15 15 16 16 網(wǎng)格匹配診斷 17 材料的選擇 17第4章 注塑工藝分析 22 澆注口位置設(shè)置 22 澆注系統(tǒng)的建立 22 充填分析 23 設(shè)置充填工藝參數(shù) 23 充填分析過(guò)程與結(jié)果 24 流動(dòng)分析 28 設(shè)置流動(dòng)工藝參數(shù) 28 流動(dòng)分析結(jié)果 28 冷卻分析 30 冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)建 30 設(shè)置冷卻工藝參數(shù) 32 冷卻分析過(guò)程與結(jié)果 32 翹曲分析 35 設(shè)置翹曲分析工藝過(guò)程參數(shù) 36 翹曲分析的過(guò)程與結(jié)果 36第5章 總結(jié)和展望 39 設(shè)計(jì)總結(jié) 39 研究展望 39參 考 文 獻(xiàn) 41致謝 43附錄一 英文文獻(xiàn)翻譯 44附錄二 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 6766 課題背景塑料通過(guò)模流分析軟件MPI(Moldflow Plastic Insight)可對(duì)整個(gè)注塑成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析，包括最佳澆口位置、填充、保壓、冷卻、翹曲、流道平衡等。應(yīng)用Moldflow對(duì)注塑件進(jìn)行填充，流動(dòng)，冷卻等模擬分析，得到的成型工藝參數(shù)和成型結(jié)果有助于工藝人員和模具設(shè)計(jì)人員更快更便捷的找出缺陷的原因。CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù),近年來(lái)模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度,為其進(jìn)一步普及創(chuàng)造了良好的條件。CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，我國(guó)已成為模具和模具材料的生產(chǎn)大國(guó)。這說(shuō)明模具這個(gè)特殊的產(chǎn)品在近十年中從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)條件下的備件逐步發(fā)展成市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下的商品，并日益被模具制造商在其質(zhì)量和品牌上得到重視。因此，一批過(guò)去已被研制成功的系列的能適應(yīng)不同工況條件和產(chǎn)品制造要求的模具材料的開(kāi)發(fā)、試制和生產(chǎn)成為各大特鋼廠(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)相推出和競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)熱點(diǎn)。因此紛紛尋找合適的代理商以求得規(guī)模效應(yīng)。另外，國(guó)外的資深代理機(jī)構(gòu)和各著名鋼廠(chǎng)近幾年來(lái)組織重兵力圖擠入中國(guó)的模具材料市場(chǎng)。首先，通過(guò)三維建模軟件Pro/e對(duì)供水三通進(jìn)行建模。本課題的主要重點(diǎn)內(nèi)容如下： 1）網(wǎng)格的劃分對(duì)所導(dǎo)入的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如果劃分不能符合要求就進(jìn)行下一步網(wǎng)格處理，一般情況下是必須要進(jìn)行網(wǎng)格處理的。3）澆注系統(tǒng)的創(chuàng)建供水三通模型是一個(gè)對(duì)稱(chēng)的三維模型，其流道的建立就是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。4）冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)建冷卻系統(tǒng)對(duì)制品的影響非常大冷卻的好壞直接影響制品表面的質(zhì)量、機(jī)械性能和結(jié)晶度。5）工藝參數(shù)設(shè)置要對(duì)各種分析進(jìn)行不同的工藝參數(shù)設(shè)置，設(shè)置時(shí)要考慮到具體的實(shí)際情況，和分析可能導(dǎo)致的結(jié)果，如不符合則重新設(shè)置。6）分析過(guò)程和分析結(jié)果要能夠?qū)ζ浞治龅倪^(guò)程和結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明，明白其結(jié)果和過(guò)程的含義。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高， 人們對(duì)產(chǎn)品的審美觀，價(jià)值觀也不斷提高，從而對(duì)各類(lèi)工、模具產(chǎn)品，無(wú)論是內(nèi)在質(zhì)量還是外表美觀等方面均要求日益精臻，困此勢(shì)必對(duì)工模具材料在數(shù)量上、系列上和質(zhì)量上提出更 高的要求。 國(guó)內(nèi)注塑發(fā)展現(xiàn)狀（1）五十、七十年代（空白階段）在這三十年中，由于我國(guó)推行計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的模式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上依照前蘇聯(lián)的生產(chǎn)方式，模具制造純屬依附于企業(yè)的一個(gè)配件加工車(chē)間。由此而帶來(lái)了模具制造業(yè)對(duì)其所采用的材料要求不高甚至沒(méi)有要求，供需關(guān)系處于有什么用什么的不合理的混亂狀態(tài)。模具制造業(yè)已走出企業(yè)禁錮的狀態(tài)，十年中，我國(guó)的仿制國(guó)外新鋼種的同時(shí)，還在高校、科研院所和各鋼廠(chǎng)的配合下，自行研制開(kāi)發(fā)了一批適合我國(guó)國(guó)情的模具新鋼種。仿制D2鋼代替Cr12MoV制造沖壓模，用P20鋼代替45號(hào)鋼制造塑料模型芯、型腔，使模具的光潔度和壽命都有了較大的提高。在冷作模具鋼方面，自行開(kāi)發(fā)了65Nb、O12A、CGLM1LD、GD、GM、DS鋼等品種。GM鋼因有良好的耐磨性特別適合于作螺紋滾絲輪，與Cr12MoV相比，壽命可提高十多倍。在塑料模具鋼方面，自行開(kāi)發(fā)了易切削類(lèi)的5NiCa、06Ni、SMSM2以及PMS、CPR、PCY等鋼，都是一些具有良好加工、使用性能的優(yōu)良鋼種，并在使用上得到用戶(hù)的認(rèn)可。（3）九十年代（競(jìng)爭(zhēng)階段）隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，我國(guó)已成為模具和模具材料的生產(chǎn)大國(guó)。這說(shuō)明模具這個(gè)特殊的產(chǎn)品在近十年中從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)條件下的備件逐步發(fā)展成市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下的商品，并日益被模具制造商在其質(zhì)量和品牌上得到重視。因此，一批過(guò)去已被研制成功的系列的能適應(yīng)不同工況條件和產(chǎn)品制造要求的模具材料的開(kāi)發(fā)、試制和生產(chǎn)成為各大特鋼廠(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)相推出和競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)熱點(diǎn)。因此紛紛尋找合適的代理商以求得規(guī)模效應(yīng)。另外，國(guó)外的資深代理機(jī)構(gòu)和各著名鋼廠(chǎng)近幾年來(lái)組織重兵力圖擠入中國(guó)的模具材料市場(chǎng)。 國(guó)際注塑發(fā)展現(xiàn)狀美國(guó)1991年發(fā)表的“國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告”認(rèn)為材料領(lǐng)域的進(jìn)展幾乎可以顯著改進(jìn)國(guó)名經(jīng)濟(jì)所有部門(mén)的產(chǎn)品性能，提高他們的競(jìng)爭(zhēng)能力因此把材料列為六大關(guān)鍵技術(shù)的首位。以上參展的項(xiàng)目基本上代表了當(dāng)前國(guó)際和國(guó)內(nèi)的先進(jìn)水平和發(fā)展趨勢(shì)。1 .網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初具端倪隨著計(jì)算機(jī)的硬件與軟件的進(jìn)步以及工業(yè)部門(mén)的實(shí)際需求。解決了傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)的無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程分工合作的要求問(wèn)題。2．AM軟件日益深入人心發(fā)揮也越來(lái)越重要的作用在90年代，能進(jìn)行復(fù)雜形體幾何造型和NC加工的CAD/CAM系統(tǒng)主要在工作站上采用UNIX系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的，在90年代后期，新一代微機(jī)CAD/CAM軟件，如soldwold獲得用戶(hù)的好評(píng)3．AM軟件的智能化程度逐漸提高 由于在現(xiàn)階段，模具設(shè)計(jì)和制作在很大程度上，仍然靠著模具設(shè)計(jì)師和工程師的經(jīng)驗(yàn)，僅憑CAD/CAM軟件難以適合當(dāng)前的進(jìn)度和結(jié)果，軟件的智能化功能必不可少。在的摸架的使用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了模具架的相關(guān)內(nèi)容，并自動(dòng)生產(chǎn)明細(xì)表和供NC加工的鉆孔表格。Moldflow Plastic Insight(MPI)是一個(gè)提供深入制件和模具設(shè)計(jì)分析的軟件包，它提供強(qiáng)大的分析功能、可視化功能和項(xiàng)目管理工具。MPI使用戶(hù)可以對(duì)制件的幾何形狀、材料的選擇、模具設(shè)計(jì)及加工參數(shù)設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化以獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。MPI提供了CAE行業(yè)最優(yōu)秀的CAD集成方案，Moldflow實(shí)現(xiàn)了最廣泛的幾何模型集成。無(wú)論您設(shè)計(jì)的幾何體是什么形式，MPI都提供了易于使用的、穩(wěn)定的、集成的環(huán)境來(lái)處理您的模型。在用戶(hù)采用線(xiàn)框和表面造型文件時(shí)，MPI可以自動(dòng)生成中型面網(wǎng)格并準(zhǔn)確計(jì)算單元厚度，進(jìn)行精確的分析。使他們致力于CAE分析和優(yōu)化。這將原來(lái)需要幾小時(shí)甚至幾天的建模工作縮短為幾分鐘，無(wú)需進(jìn)行中型面網(wǎng)格的生成和修改。對(duì)于厚壁實(shí)體Moldflow的MPI/Flow3D、和MPI/Cool3D模塊采用全三維的自適應(yīng)網(wǎng)格進(jìn)行全三維分析。注塑流動(dòng)模擬MPI的流動(dòng)分析模擬了塑料熔體在整個(gè)注塑過(guò)程中的流動(dòng)情況，確保用戶(hù)獲得高質(zhì)量的制件。冷卻模擬注塑和保壓過(guò)程得到了優(yōu)化后，可以進(jìn)行冷卻系統(tǒng)造型：包括流道、模具外形、鑲塊等，并進(jìn)行冷卻分析?？梢允褂镁€(xiàn)性和非線(xiàn)性方法來(lái)精確預(yù)測(cè)翹曲的變形量，并指出引起翹曲的主因。MPI應(yīng)力分析功能可以分析塑件的在外力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)性能，它提供一個(gè)線(xiàn)性分析方法在概念設(shè)計(jì)階段，快速預(yù)測(cè)制件是否符合設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要求。注塑參數(shù)優(yōu)化MPI的注塑工藝優(yōu)化功能對(duì)于每一特定制件，自動(dòng)的確定其最優(yōu)加工工藝參數(shù)和注塑機(jī)參數(shù)。第3章 供水三通有限元模型建立 供水三通三維模型的建立供水三通原始模型的建立可以利用pro/e等三維軟件進(jìn)行建立。所以用三維軟件畫(huà)出供水三通的三維圖如圖31所示，所以模型建立完成，接下來(lái)主要任務(wù)是將其轉(zhuǎn)換格式從而導(dǎo)入到Mordflow軟件中進(jìn)行分析。圖31 供水三通三維模型 供水三通的網(wǎng)格劃分與分析供水三通模型導(dǎo)入到Mordflow之后，首先要進(jìn)行劃分網(wǎng)格。Moldflow MPI有3種網(wǎng)格類(lèi)型，即中面網(wǎng)格（Midplane）、表面網(wǎng)格（Fusion）和實(shí)體網(wǎng)格（3D）。1. 中面網(wǎng)格中面網(wǎng)格模型是由三節(jié)點(diǎn)的三角形單元組成的，網(wǎng)格創(chuàng)建在模型壁厚的中間形成的單層網(wǎng)格。3. 實(shí)體網(wǎng)格實(shí)體網(wǎng)格模型是由四面體單元組成的，每個(gè)四面體單元有4個(gè)Midplane模型中的三角形單元組成。初次劃分后的模型如圖32所示。供水三通在網(wǎng)格自動(dòng)劃分完畢后，需要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，診斷當(dāng)前的網(wǎng)格質(zhì)量，以便根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行修補(bǔ)。圖33 網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明三角形有5820個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)位2908個(gè)，連通區(qū)域?yàn)?，自由邊（即一個(gè)三角形或3D的某一邊沒(méi)有與其他邊共用）為0，~，%。圖34 初始縱橫比 圖35 處理后縱橫比三通的未調(diào)整前縱橫比如圖34所示，由圖可知其縱橫比不滿(mǎn)足條件，因此需要對(duì)其進(jìn)行修改。進(jìn)行一系列的操作之后其縱橫比降至6以下。圖36 處理后的網(wǎng)格統(tǒng)計(jì) 網(wǎng)格診斷網(wǎng)格的診斷是為了更好地對(duì)網(wǎng)格存在的缺陷進(jìn)行處理。在表面模型和中面模型網(wǎng)格中，縱橫比指的是三角形長(zhǎng)高方向的極限尺寸之比。對(duì)供水三通進(jìn)行縱橫比的診斷步驟和結(jié)果在前面已經(jīng)列出，如圖35所示。網(wǎng)格配向診斷主要是針對(duì)網(wǎng)格單元的方向進(jìn)行判別，一般對(duì)于Fusion表面網(wǎng)格，其單元應(yīng)該是頂部朝外，底部朝內(nèi)。圖37 網(wǎng)格配向診斷由診斷結(jié)果可以看出網(wǎng)格都是以藍(lán)色顯示，表明網(wǎng)格的方向是一致的。連通性指的是模型中各個(gè)單元相互連通的情況。在此通過(guò)【網(wǎng)格】【網(wǎng)格診斷】【連通性診斷】命令，得到如果圖38所示。 網(wǎng)格匹配診斷網(wǎng)格匹配診斷主要是顯示表面模型網(wǎng)格上下表面網(wǎng)格單元的匹配程度。其步驟如下選擇【網(wǎng)格】【網(wǎng)格診斷】【網(wǎng)格匹配率診斷】得到網(wǎng)格匹配率診斷圖。圖39 網(wǎng)格匹配診斷診斷結(jié)果以顏色來(lái)區(qū)分，紅色表示沒(méi)有匹配，藍(lán)色表示匹配，由上圖可以看出匹配率已經(jīng)很高了，％。據(jù)此可