CAE分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdf

4 8 D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 5 2 0 0 6 文章編號(hào)1 0 0 1 - 4 9 3 4 ( 2 0 0 6 ) 0 5 - 0 0 4 8 - 0 3 C A E分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 柳朝華郭志英 上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院上海2 0 0 0 3 0 摘要介紹了塑料件 C A E分析的過(guò)程通過(guò) H y p e r M e s h前處理使用 M o l d f l o w對(duì)產(chǎn)品 進(jìn)行流動(dòng)保壓冷卻翹曲分析和后處理來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和模具結(jié)構(gòu)及工藝并結(jié)合具 體實(shí)例薄壁蓋形塑料件來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞塑料件C A E M o l d F l o w H y p e r M e s h 中圖分類號(hào)T P 3 9 1 . 7 2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A A b s t r a c tP r o c e s s o f p l a s t i c p a r t s C A E a n a l y s i s w a s i n t r o d u c e d P a r t s t r u c t u r e m o l d s t r u c t u r e a n d p r o c e s s w e r e o p t i m i z e d t h r o u g h u s i n g H y p e r m e s h a s p r e p r o c e s s o r a n d M o l d f l o w a s p o s t p r o c e s s o r a n d a n a l y z e r o f f l o w p a c k c o o l a n d w a r p A n e x a m p l e o f t h i n c o v e r p l a s t i c p a r t w a s s t u d i e d K e y w o r d si n j e c t i o n p a r t C A E M o l d f l o w H y p e r m e s h 收稿日期2 0 0 6 - 0 1 - 2 2 作者簡(jiǎn)介柳朝華1 9 7 3男工程師 0 引言 塑料件 C A E分析的巨大潛力和優(yōu)越性已被 越來(lái)越多的開發(fā)工程師所認(rèn)識(shí)在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)就 考慮到由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模具結(jié)構(gòu)工藝而產(chǎn)生的缺 陷提高產(chǎn)品在試模中的成功率以達(dá)到降低生 產(chǎn)成本縮短生產(chǎn)周期的目的塑料件C A E 分析 一般分為前處理模塊分析模塊和后處理模塊 目前使用H y p e r M e s h 作為前處理軟件M o l d f l o w 分析和后處理的方法是目前被廣泛使用的一種方 法 1 塑料件 C A E軟件介紹 M o l d F l o w軟件是美國(guó) M O L D F L O W公司開 發(fā)的塑料注塑成型流動(dòng)分析軟件它可在模具加 工之前在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過(guò)程進(jìn)行模擬 分析包括填充保壓冷卻翹曲纖維取向 結(jié)構(gòu)應(yīng)力收縮以及氣體輔助注射成型和熱固性 材料流動(dòng)分析現(xiàn)代注塑成型 C A E技術(shù)的作用 在于優(yōu)化塑料制品設(shè)計(jì)優(yōu)化塑料模設(shè)計(jì)優(yōu) 化注塑工藝參數(shù) H y p e r M e s h 是美國(guó)A l t a i r 公司開發(fā)的一個(gè)針 對(duì)有限元主流求解器的高性能有限元前后處理軟 件具有高效的網(wǎng)絡(luò)劃分功能并與多種 C A D和 C A E軟件有良好的接口利用 H y p e r M e s h作為 M o l d f l o w 有限元網(wǎng)格劃分的前處理能夠提高劃 分網(wǎng)格的效率和網(wǎng)格的質(zhì)量來(lái)彌補(bǔ)m o l d f l o w 劃 分出的網(wǎng)格質(zhì)量不高的缺陷 2 薄壁塑料件 C A E分析方法 目前常用的薄壁塑料件 C A E分析過(guò)程圖 1先從三維設(shè)計(jì)軟件如 U G中輸出 s t p 格式 文件再在 H y p e r M e s h 7 . 0 中讀入 s t p 文件去 除圓角曲面細(xì)小的孔狹窄的槽簡(jiǎn)化數(shù)模通 模 具 技 術(shù) 2 0 0 6 . N o . 54 9 過(guò)簡(jiǎn)化某些細(xì)節(jié)可以減少單元數(shù)量加快分析計(jì) 算速度然后把數(shù)模劃分成三節(jié)點(diǎn)三角形的 2 D 單元網(wǎng)格利用p a t r a n 的g e n e r a l 模板文件輸出 * . p a t 格式給M o l d F l o w 5 . 0 由于p a t 文件是文本 文件記錄了網(wǎng)格類型節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值信 息數(shù)據(jù)可以被 M o l d F l o w讀入最后利用 M o l d f l o w 的F u s i o n 分析技術(shù)來(lái)對(duì)薄壁塑料零 件進(jìn)行分析F u s i o n分析方式采用表面網(wǎng)格 S u r f a c e M e s h 為分析模型同時(shí)在兩側(cè)進(jìn)行流 動(dòng)分析分析結(jié)果更接近實(shí)際 如圖2 所示節(jié)點(diǎn)共5 1 4 6 個(gè)三角形單元1 0 2 8 8 個(gè)再輸出 p a t 文件 3 實(shí)例分析 以汽車節(jié)氣門的塑料蓋零件為實(shí)例進(jìn)行分 析優(yōu)化產(chǎn)品和模具結(jié)構(gòu)通過(guò)詳細(xì)的分析過(guò) 程給出一個(gè)可行的分析方法 塑料蓋零件的材料為D u P o n t 公司的P B T 牌 號(hào)是C r a s t i n 6 1 2 9 N C 0 1 0 其材料的特性為彈性模 量 2 6 0 0 M P a 泊松比 0 . 4 3 7 密度 1 . 2 5 8 6 g / c m 3 形狀如圖 2所示零件長(zhǎng) 7 0 m m 寬 7 0 m m 厚 2 . 5 m m 四邊豎直方向的裝配面平面度為 0 . 1 m m 方案 1 產(chǎn)品內(nèi)面無(wú)加強(qiáng)筋模具采用側(cè)面 方形澆口1 . 5 m m3 m m 2 . 5 m m5 m m 一 模兩腔分析過(guò)程如下 1 將數(shù)模的s t p 文件讀入H y p e r M e a h 7 . 0 進(jìn) 行網(wǎng)格的處理在 H y p e r M e a h 中先將數(shù)模簡(jiǎn)化 包括取除倒角圓角抑制尺寸小的曲面填微小 的孔和筋再利用2 D 頁(yè)面a u t o m e s h 面板c r e a t e m e s h 子面板自動(dòng)生成三節(jié)點(diǎn)三角形的 2 D 單元網(wǎng) 格并局部調(diào)整節(jié)點(diǎn)數(shù)劃分完成三角形單元 圖 1薄壁塑料件 C A E分析過(guò)程 2 M o l d F l o w 5 . 0 中讀入p a t 文件讀入時(shí)選 擇F u s i o n 和M i l l i m e t e r s 選項(xiàng)查詢網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)信息 可知無(wú)自由邊無(wú)網(wǎng)格交叉單元網(wǎng)格最大縱 橫比為 5 . 0 1 9 8 0 6 網(wǎng)格平均縱橫比為 1 . 4 7 0 1 7 7 匹配率8 9 . 3 % 如圖3 所示網(wǎng)格質(zhì)量相當(dāng)?shù)母?無(wú)須調(diào)整 圖 2 H y p e r M e a h生成的網(wǎng)格單元 圖 3 轉(zhuǎn)入 M o l d F l o w后的網(wǎng)格單元 圖 4 方案 1 的 F i l l t i m e 分析 3 設(shè)定材料加冷卻水道澆口流道工藝 參數(shù)進(jìn)行 C o o l + F l o w + W a r p 分析后得到該方案 最大鎖模力 7 5 61 0 3 k N 填充時(shí)間 2 . 9 8 s 圖 4流動(dòng)前鋒溫度最大 1 9 8最小 1 5 2Z 5 0 D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 5 2 0 0 6 方向的變形為 0 . 3 9 4 8 m m 圖 5主要原因是側(cè) 面澆口導(dǎo)致流動(dòng)不均勻冷卻不均產(chǎn)生翹曲使 對(duì)角變形嚴(yán)重此方案不可取 圖 5方案 1的 Z方向變形分析 方案 3 為使流動(dòng)均勻在產(chǎn)品內(nèi)面加入加 強(qiáng)筋同樣使用三板模點(diǎn)澆口經(jīng)同樣的分析步 驟得到最大鎖模力4 9 6 1 0 3 k N 填充時(shí)間1 . 9 9 s 圖8流動(dòng)前鋒溫度最大2 5 1最小2 3 2 Z方向的變形為 0 . 0 9 1 2 m m 圖 9加強(qiáng)筋使流 動(dòng)均勻Z 方向的變形降低四角變形減少保 證了平面度 方案 2 改側(cè)面澆口為三板模點(diǎn)澆口經(jīng)同 樣的分析步驟得到最大鎖模力 4 8 31 0 3 k N 填 充時(shí)間1 . 5 4 s 圖6流動(dòng)前鋒溫度最大2 5 1 最小 2 2 1Z 方向的變形為 0 . 1 2 8 4 m m 圖 7 零件中間點(diǎn)澆口改善了流動(dòng)不均勻的現(xiàn)象四角 變形減少但平面度仍然超差 圖 6 方案 2 的 F i l l t i m e 分析 圖 7方案 2的 Z方向變形分析 4 結(jié)論 注塑制品的C A E 分析對(duì)產(chǎn)品開發(fā)有積極的 指導(dǎo)意義本文介紹了利用 H y p e r M e s h和 M o l d F l o w軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)翹曲變形的分析來(lái)解決實(shí) 際問(wèn)題這種方法能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期降低成 本及提高產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)化工藝參數(shù)目前已越來(lái) 越多的運(yùn)用在產(chǎn)品開發(fā)中 參考文獻(xiàn) 圖 8 方案 3 的 F i l l t i m e 分析 圖 9方案 3的 Z方向變形分析 下轉(zhuǎn)第 5 4 頁(yè) 5 4 D i e a n d M o u l d T e c h n o l o g y N o . 5 2 0 0 6 對(duì)本行業(yè)有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值 1 1 參考文獻(xiàn) 1 李玉勝 孫殿柱 劉信奎 U G 軟件的二次開發(fā)研究與 應(yīng)用 J 淄博學(xué)院學(xué)報(bào) 自然科學(xué)與工程版2 0 0 2 6 6 4 6 7 2 姚興 石曉祥 陳軍 U G 軟件的二次開發(fā)工具在 覆蓋件沖模智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用 J 鍛壓技 術(shù) 2 0 0 2 6 5 5 5 7 3 彭岳華 盛治華 基于U G 軟件開發(fā)平臺(tái)的汽車產(chǎn)品開 發(fā) J 計(jì)算機(jī)輔助工程 2 0 0 2 9 1 7 4 吳家洲 吳波 楊叔子 U G 軟件的二次開發(fā) J 精密 制造與自動(dòng)化 2 0 0 2 1 2 9 3 1 5 蔣建強(qiáng) 數(shù)控編程技術(shù)2 0 0 例 M 北京 科學(xué)出版社 2 0 0 4 6 董正衛(wèi) 田立中 付宜利 U G / O p e n A P I 編程基礎(chǔ) M 北京 清華大學(xué)出版社 2 0 0 2 7 王慶林 U G / O p e n G R I P 實(shí)用編程基礎(chǔ) M 北京 清 華大學(xué)出版社 2 0 0 2 8 李繼豪 崇凱 關(guān)于U G 軟件二次開發(fā)的研究 J 機(jī) 電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新 2 0 0 41 76 4 1 4 3 9 U n i g r a p h i c s S o l u t i o n I n cU G 高級(jí)銑加工應(yīng)用教程 M 北京 清華大學(xué)出版社 2 0 0 2 1 0 王衛(wèi)兵 U G N X 數(shù)控編程實(shí)用教程 M 北京 清華大 學(xué)出版社 2 0 0 3 1 1 王國(guó)明 簡(jiǎn)禎富 臺(tái)灣工業(yè)工程理論及應(yīng)用發(fā)展回顧 J 工業(yè)工程與管理 2 0 0 3 3 1 1 0 上接第 4 7 頁(yè) 參考文獻(xiàn) 1 葛正浩 P r o / E n g i n e e r W i l d f i r e 塑料模具設(shè)計(jì)入門與實(shí) 踐 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2 0 0 4 2 曹巖 程維中等 P r o / E n g i n e e r W i l d f i r e 模具設(shè)計(jì)實(shí) 例精解 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2 0 0 5 通過(guò)本例可以看出P r o / E 不僅能在三維設(shè)計(jì) 中展示其強(qiáng)大的功能更能在造型及模具分析中 發(fā)揮很大優(yōu)勢(shì)這種三維造型成型工藝分析 流動(dòng)模擬分析及模架裝配一體化的設(shè)計(jì)模式大大 提高了設(shè)計(jì)效率減少了試模概率并彌補(bǔ)了經(jīng) 驗(yàn)不足帶來(lái)的缺陷 1 單巖 王蓓 王剛 M o l d f l o w 模具分析技術(shù)基礎(chǔ) M 浙江 浙大旭日科技 2 0 0 5 2 于開平 周傳月 譚惠豐 H y p e r M e s h 從入門到精通 M 北京 科學(xué)出