實體proe建模及CAE分析

1、目錄中文摘要- 2 -關(guān)鍵詞：- 2 -引 言- 2 -1 實驗?zāi)康? 3 -2 實驗平臺簡介- 3 -3 實物零件簡介及設(shè)計要求- 4 -4CAD組件設(shè)計- 4 -5 成型過程CAE分析及討論- 6 -5.1建立有限元分析模型- 6 -5.2最佳澆口位置分析- 7 -5.3根據(jù)最佳澆口位置進行充填初步分析- 7 -5.3充填初步分析結(jié)果討論。- 7 -氣穴產(chǎn)生可能的原因及改善方法- 8 -熔接痕產(chǎn)生可能的原因及改善方法- 8 -5.4確定改善方案- 9 -5.6改善后充填分析- 9 -5.7充填分析改善前后分析結(jié)果對比- 9 -5.8分析5.6中方案失敗原因及提出進一步的改進方案- 10 -

2、6總結(jié)- 10 -【參考文獻】- 11 -中文摘要 本實驗是在學(xué)習(xí)三維建模軟件和常見成型分析軟件后的一個綜合實踐應(yīng)用。在我們平時的生活中有許多的產(chǎn)品，它們有的外形復(fù)雜。在設(shè)計時，單靠手工的繪圖設(shè)計不僅效率低下，而且修改麻煩。在制造和成型過程中有許多的缺陷我們無法預(yù)測，如單考實驗驗證則大大增大成本和延長生產(chǎn)周期。然而計算機輔助設(shè)計與數(shù)字化模擬成型技術(shù)卻給我們的設(shè)計和制造帶來了很大的便利，不僅效率高，而且精度也好。本次試驗是以生活中的一個小風(fēng)扇為模型，通過建立其模型和對其一些零件的成型分析來熟悉和掌握PROE/5.0的一些常用CAD建模方法，以及對MOLDFLOW初步應(yīng)用進行熟悉和掌握。CAD部分

3、主要是對小風(fēng)扇的各個零件的建模以及其簡單的裝配，其中主要用到的建模方法有拉伸，旋轉(zhuǎn)，螺旋掃描，掃描伸出項以及簡單的曲面建模。CAE部分主要對小風(fēng)扇塑料制件進行澆口位置，充填，和冷卻+流動+翹曲分析來預(yù)測選定件可能出現(xiàn)的氣穴，熔接痕，翹曲變形等缺陷，并分析缺陷產(chǎn)生的原因，提出相應(yīng)的解決方案，以實驗來驗證所提出解決辦法的可行性，最后得出相應(yīng)結(jié)論。關(guān)鍵詞：小風(fēng)扇 PROE/5.0 拉伸 旋轉(zhuǎn) 掃描伸出項 曲面造型 邊界混合 MOLDFLOW 充填分析 澆口位置 一模兩腔 引 言 CAD是計算機輔助設(shè)計的簡稱，是利用計算機輔助人設(shè)計的一種方法和技術(shù)。他用計算機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圖板，充分借助計算機的高速運算、

4、大容量儲存和強大的圖像處理功能分擔(dān)人的部分勞動，讓設(shè)計者將主要精力集中于設(shè)計和創(chuàng)造性工作，從而大大設(shè)計率。廣義的CAD是指凡是計算機完成的產(chǎn)品設(shè)計過程，而現(xiàn)在我們一般指的CAD是指狹義的CAD，即是指描述產(chǎn)品形狀和尺寸的幾何建模及相關(guān)的技術(shù)。在本實驗CAD部分，我們將用到PROE/5.0的三維建模軟件，結(jié)合課堂學(xué)習(xí)的基本建模方法，逐個構(gòu)建小風(fēng)扇各個零件，并按實際小風(fēng)扇模型裝配。同時也包括在CAE部分分析時需要對一些零件模型進行適當(dāng)?shù)男薷?。CAE是計算機輔助工程的簡稱，是利用計算機從事工程分析的方法和技術(shù)。它實際上是一種計算方法，比如有限元法，在本實驗CAE部分，MOLDFLOW軟件用到的就是有

5、限元法。有限元分析的一般過程是：1、建立幾何模型2、選擇單元類型3、定義材料特性4、劃分網(wǎng)格5、檢查模型6、定義邊界條件7、計算求解8、結(jié)果分析。本實驗所用的分析軟件就是MOLDFLOW，其建立有限元分析模型過程也是按照這一基本過程進行。在CAE分析過程中，對塑件成型過程中可能出現(xiàn)的氣穴，熔接痕等缺陷給出了一定的預(yù)測，并結(jié)合成型過程中的成型工藝，澆口位置等給出了缺陷出現(xiàn)的一些參考原因以及改善方法。1 實驗?zāi)康模?） 本實驗是自選一塑件，對其進行CAD三維建模，然后進行成形分析。其中CAD主要包括實體特征的建立、曲面特征的創(chuàng)建、零件設(shè)計變更、零件裝配的基本操作和工程圖的制作；CAE部分主要包括M

6、OLDFLOW應(yīng)用初步，可對塑件進行充填、保壓、冷卻、分子取向、翹曲、澆口位置等分析，預(yù)測選定件可能出現(xiàn)的缺陷，并分析其原因，并提出解決辦法，以實驗來驗證所提出解決辦法的可行性。2 實驗平臺簡介（2） CAD平臺：PROE/5.0是一個CAD/CAE/CAM的集成化的應(yīng)用軟件，它本身包括設(shè)計分析和制造功能，三種活動可以在統(tǒng)一的平臺下進行，它廣泛應(yīng)用于汽車、航天航空、電子、模具、玩具、工業(yè)設(shè)計和機械制造等行業(yè)。其三維建模功能強大，其基于特征的建模方法對建模帶來了很大的便利，同時實現(xiàn)尺寸驅(qū)動也使零件模型設(shè)計修改更加方便。主要特征建模方法有拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合、掃描、鉆孔、抽殼、加強筋等造型方法。

7、 PROE/5.0全數(shù)據(jù)相關(guān)性保證了整個設(shè)計、分析和制造數(shù)據(jù)的一致性和相關(guān)性，能保證各個過程的聯(lián)動。并且PROE/5.0還能實現(xiàn)裝配后的模型動畫仿真，模擬零件工作過程。但PROE/5.0分析能力一般，故此實驗只用其三維建模功能，為CAE分析提供一個實體模型。CAE系統(tǒng)基于幾何模型定義分析模型（如有限元網(wǎng)格的自動劃分），因此PROE/5.0建立的幾何模型便是CAD/CAE兩者之間的紐帶。本試驗中為了讓CAD實體幾何模型導(dǎo)入到CAE分析軟件中，在建模過程中要將實體幾何模型保存副本為STL文件格式，并在PRO/E5.0建立的澆道草繪線存為IGS文件格式。（3） CAE平臺：MOLDFLOW是一個模擬

8、塑料成型的軟件，多用于注射成型，其能準(zhǔn)確反應(yīng)塑膠制品在成型過程中的充填過程，體積收縮，熔接痕，氣穴，冷卻效果以及變形等情況。其分析流程主要是導(dǎo)入分析的實體模型、網(wǎng)格劃分、設(shè)置澆口位置，定義材料、定義成形工藝及參數(shù)、分析求解、后處理。其分析類型有充填、流動、冷卻、冷卻+流動+翹曲、流動+翹曲、澆口位置、快速充填。我們可以根據(jù)實際生產(chǎn)需要，選擇合適的分析類型。在本實驗中，我們將用它對小風(fēng)扇的注塑零件做充填分析，個別塑件還將做冷卻+流動+翹曲分析。通過MOLDFLOW模擬這個注塑零件的成型過程，預(yù)測成型后出現(xiàn)的氣穴、熔接痕等缺陷。在分析這些缺陷產(chǎn)生的原因后，再適當(dāng)改變注塑工藝，澆口位置等，以改善氣穴

9、、熔接痕等缺陷。在改變注塑工藝，澆口位置后再次用MOLDFLOW模擬這個注塑零件的成型過程，對比結(jié)果，觀察缺陷是否改善或改善的程度。3 實物零件簡介及設(shè)計要求（1） 實物（圖1）是一個小風(fēng)扇，它是由前外殼（圖2）、后外殼（圖3）、葉片（圖4）、電機底座（圖5）、電機 (圖6)、支架(圖7)。 （2） 設(shè)計要求：（3） 用PROE/5.0建立各個組建的模型，并建立裝配關(guān)系。（4） 對于選定作為CAE分析的零件存為STL文件格式，建立的澆道草繪線則存為IGS文件格式。4 CAD組件設(shè)計1、前外殼：先在front面拉伸出一個環(huán)，作為前外殼的主框架，再在主框架上，用掃描伸出項做出一條支架，陣列從而完成

10、其他的支架，然后再根據(jù)支架末端確定一個基準(zhǔn)面，并在此基準(zhǔn)面上拉伸出前外殼中心的圓餅，最后在指定位置倒圓角。（完成后如圖2）。圖1圖2圖3圖4圖5圖6圖7 圖8 圖9圖112、后外殼：先在front面拉伸出一個環(huán)，作為后外殼的主框架，再在主框架上，用掃描伸出項做出一條支架，陣列從而完成其他的支架，然后用旋轉(zhuǎn)命令旋轉(zhuǎn)出后蓋，并用拉伸陣列等命令做出后蓋上相應(yīng)的孔，最后在適當(dāng)位置倒圓角（完成后如圖3）。3、葉片：a拉伸兩圓柱曲面；b建立一個基準(zhǔn)平面DTM1并建立基準(zhǔn)點，這些點分別大為小圓柱面上兩圓柱邊與FRONT面和DTM1面的交點；c分別以這些點建立兩個基準(zhǔn)平面DTM2 和DTM3，并在基準(zhǔn)平面DT

11、M2 和DTM3中面中草繪一條直線，注意這兩條線的方向。另外在草繪線時需要使用剛才建立的點作為參考，作曲線投影，將兩條直線分別向?qū)?yīng)的圓柱面投影；d點擊邊界混合工具，選擇剛才建立的兩條曲線，建立曲面并加厚處理，陣列得到四個葉片，在拉伸出扇葉中心部分，倒角扇葉及扇葉中心部分；e將a中拉伸的曲面和草繪線及投影的曲線隱藏。（a、b、c、d、e過程如圖11）4、 電機底座：旋轉(zhuǎn)即可得到（完成后如圖5）。5、電機：用拉伸命令做出一個圓柱作為電機線圈部分，在拉伸做出動力輸出軸（完成后如圖6）。6、支架：此零件為對稱結(jié)構(gòu)，利用掃描即可完成一邊，然后再鏡像就可以完成，再在支架裝配的地方打一個銷孔。（完成后如圖

12、7）。7、建立簡單裝配關(guān)系，每個零件分別用基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)面通過配對或?qū)R的方式按實物圖裝配。裝配好的模型如圖8、9爆炸圖為圖10。 5 成型過程CAE分析及討論5.1建立有限元分析模型1. 所選分析零件為電機底座，并在PROE/5.0中打開其PRT文件后將其保存為STL文件格式。2. 打開MOLDFLOW軟件，新建工程命名為“電機底座”，導(dǎo)入從PROE/5.0中已建好的實體模型STL文件，選擇fusion網(wǎng)格類型，文件單位指定為毫米。3. 對零件進行網(wǎng)格劃分，全局網(wǎng)格長選擇默認(rèn)的，立即劃分網(wǎng)格。4. 網(wǎng)格劃分好后進行網(wǎng)格統(tǒng)計（注意在fusion中，必須要自由邊為0，最大縱橫比小于6，若要進行翹曲

13、分析，則匹配率也應(yīng)達(dá)到90%以上）。統(tǒng)計結(jié)果為自由邊為0，最大縱橫比為41.91，匹配百分比84.5%，由于匹配百分比84.5%不符合要求，本實驗中不能進行冷卻+流動+翹曲分析。對網(wǎng)格進行修改，用插入節(jié)點和合并節(jié)點等方法將最大縱橫比修改到6以下。5. 檢查模型5.2最佳澆口位置分析1. 復(fù)制5.1中建立的有限元分析模型。2. 將分析類型改為澆口位置。3. 立即分析。4. 分析結(jié)果（如圖12）圖125.3根據(jù)最佳澆口位置進行充填初步分析1 根據(jù)5.2中分析的最佳澆口位置，在PROE/5.0中找到相應(yīng)位置，并以草繪方式建立澆道的草繪線，保存為IGS文件格式。2 在MOLDFLOW中添加上一步建好的

14、澆道草繪線的IGS文件，并更改流道草繪線的屬性類型為冷流道，再更改其屬性為椎體。3 對澆道草繪線劃分網(wǎng)格，澆道草繪線變?yōu)樽刁w柱。4 分析類型選擇充填。5 設(shè)置分析時的注塑材料為PP-7533，種類為POLYPROPYLENES (PP)。 圖136 將澆道末端設(shè)置為澆口位置，工藝控制選擇默認(rèn)。7 連通性檢查。8 立即分析。9 分析完成，查看分析結(jié)果。（此處主要查看氣穴和熔接痕分析結(jié)果分別見圖13、圖14）圖145.3充填初步分析結(jié)果討論。從分析結(jié)果可以看出塑件在充填過程中出現(xiàn)一些氣穴和熔接痕，現(xiàn)給出其產(chǎn)生可能的原因和相應(yīng)的改善方法。氣穴產(chǎn)生可能的原因及改善方法在塑料溶料填充型腔時，多股融料前沿

15、包裹形成的空腔或者融料填充末端由于氣體無法排除導(dǎo)致填充不完全時會產(chǎn)生氣穴。另外在空氣無法從排氣孔或鑲埋件的縫隙逃逸時，一般出現(xiàn)在最后填充的區(qū)域，假如這些區(qū)域的排氣孔太小或者沒有排氣孔，就會造成氣穴。具體表現(xiàn)在：1 流道和澆口 澆口位置應(yīng)設(shè)置在塑件的厚壁處；直接澆口產(chǎn)生真空現(xiàn)象比較突出，應(yīng)盡量避免選用；如果澆口形式無法改變。可通過延長保壓時間，加大供料量，減小澆口錐度等方法進行調(diào)節(jié)；縮短和加寬細(xì)長狹窄的流道，消除流道中的貯氣死角，排除模具排氣不良的故障。2 合理設(shè)置排氣孔 排氣孔通常設(shè)在最后充填的區(qū)域，例如熔體與熔體的交接處、分模面、鑲埋件與模壁之間、頂針及模具滑塊的位置。重新設(shè)計澆口和塑料傳送

16、系統(tǒng)可以改變充填模式，使最后填充區(qū)域落在適當(dāng)?shù)目諝馓右?；但是也要小心排氣孔不能太大而造成毛邊? 合理控制成型條件 適當(dāng)降低注射速度，讓空氣有充足的時間逃逸；采用調(diào)節(jié)注射和保壓時間，改善冷卻條件，控制加料量等方法。熔接痕產(chǎn)生可能的原因及改善方法在注塑過程中，由于熔體前沿的溫度不一樣，由若干股熔體在型腔中匯合在一起時，在其交匯處未完全熔合在一起，彼此不能熔合為一體而形成熔合印痕。具體表現(xiàn)在：4 若注射壓力過低，使得注射速度過慢，熔體在型腔中溫度有差異，這種熔體在分流匯合時易產(chǎn)生熔接痕，對此，應(yīng)適當(dāng)提高注射壓力。5 塑件壁厚相差過大，熔體在充模范時多在薄壁出匯合，此處易產(chǎn)生熔接痕，對此，要使塑件壁

17、厚相差不致過大，且應(yīng)當(dāng)平穩(wěn)過渡。6 澆口數(shù)量太多，或澆口截面積過小，使得熔體在進入型腔后分成多股，且流速又不相同，很易產(chǎn)生熔接痕，對此，應(yīng)盡量減少澆口數(shù)，并增大澆口截面積。5.4確定改善方案綜合以上氣穴和熔接痕產(chǎn)生的原因及給出的解決辦法給出改善辦法為：1 適當(dāng)增大注射壓力，由默認(rèn)的120MP增加到150MP。2 將澆道該文非椎體，并減小其長度增大其截面積。3 從結(jié)構(gòu)上將其兩處倒角去掉。5.6改善后充填分析1 在PROE/5.0中按圖12中的最佳澆口位置建立澆道草繪線，并保存副本為IGS文件格式。2 復(fù)制5.1中建立的有限元分析模型，添加上步所保存好的澆道草繪線IGS文件。3 更改澆道草繪線的屬

18、性類型為冷流道，更改屬性為非椎體，并更改其截面尺寸使其比充填初步分析稍大些。4 對澆道草繪線劃分網(wǎng)格，澆道草繪線變?yōu)橹w。5 更改分析類型為充填。6 設(shè)置分析時的注塑材料為PP-7533，種類為POLYPROPYLENES (PP)。圖157 將澆道末端設(shè)置為澆口位置，工藝控制將注射壓力改為150MP。8 連通性檢查。9 立即分析。10 分析完成，查看分析結(jié)果，此處為與充填初步分析對比，故也主要查看缺陷氣穴和熔接痕分析結(jié)果（分別見圖15、圖16）。 圖165.7充填分析改善前后分析結(jié)果對比觀察改善前后由前后氣穴分析結(jié)果圖可知，氣穴缺陷改進后比改進前沒有明顯變化，依然有較多的存在。觀察改善前后由

19、前后熔接痕結(jié)果圖可知，熔接痕改進后比改進前也沒有明顯變化反而有增加的趨勢。故5.4中確定的改善方案基本無效，還需進一步改進注塑方案。5.8分析5.6中方案失敗原因及提出進一步的改進方案由該軟件分析出的最佳澆口位置不一定是最準(zhǔn)確的最佳澆口位置，故可根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗，將澆口位置進行一定的調(diào)整。上一方案中去掉倒角，本身就是一種錯誤，液體塑料流過轉(zhuǎn)角處時應(yīng)該是有倒角更好，故恢復(fù)其倒角。同時為提高注塑生產(chǎn)效率，可將注塑方式改為一模兩腔，其他條件與5.6中的方案一樣。重復(fù)5.6中的步驟，有所不同的是更改澆口口位置?，F(xiàn)將一模兩腔的過程簡述如下：1. 復(fù)制5.1中所建立的有限元分析模型。2. 在菜單欄建模下拉菜單

20、中選擇移動/復(fù)制，將模型沿x方向移動20，再用鏡像使模型沿YZ 面鏡像復(fù)制，得到兩個關(guān)于YZ面對稱的模型。3. 在菜單欄建模下拉菜單中選擇流道系統(tǒng)導(dǎo)向，主流道的位置選擇澆口中心，分型面選擇澆口平面，按提示設(shè)定流道的參數(shù)完成即可得到一模兩腔的模型。分析完成后，查看分析結(jié)果，此處為與5.6改進方案分析結(jié)果進行分析對比，故也主要查看缺陷氣穴和熔接痕分析結(jié)果（分別見圖17、圖18）。由圖可知，此次改進后，氣穴和熔接痕都明顯減少，盡管仍有一些缺陷，但都較小，對零件影響較小，可以忽略，故說此改進方案有效，可采用。圖17圖186總結(jié)通過此次的材料成型數(shù)字化綜合應(yīng)用實踐，對生活中一些常見的產(chǎn)品的三維建模和用計算機數(shù)字模擬技術(shù)對產(chǎn)品進行成型分析有了一個整體把握。在整個過程中，對平時課堂所學(xué)的CAD/CAE分析軟件進行了一次回憶和復(fù)習(xí)。此次CAD/CA