CAE在產(chǎn)品制造上的應(yīng)用

1、報告人李 軍報告單位機構(gòu)設(shè)計中心報告日期2002年12月28日主流道的形狀一般為圓錐形。主流道的開口要盡可能小, 但必須能完全充滿模具。其小端直徑應(yīng)大於注射機出口直徑0.5-1.0mm左右。主流道上的錐角應(yīng)該足夠大, 使它能被容易推出, 但不能太大, 因為冷卻時間和所使用的材料會隨著主流道直徑的增加而變大。其圓錐角一般要求大於3度。v 主流道(Sprue)垂直式主流道傾斜式主流道D-d =0.51.0 (mm) Rr =24 a的取值主要與塑膠性能有關(guān): a=30(對於PE, PP,PA) a=20(對於PS, SAN,ABS,PC,POM, PMMA) v分流道截面的計算圓形 “U”形 梯形

2、 D =產(chǎn)品最大肉厚 + 1.5mm B=1.25D 流道直徑(mm)產(chǎn)品重量(g)49563758375以上1012大型流道直徑(mm)投影面積(cm2)410以下6200850010120012大型以產(chǎn)品重量作基準(zhǔn)以產(chǎn)品投影面積作基準(zhǔn)v流道的長度流道長度宜短, 因為長的流道不但會造成壓力損失, 不利於生產(chǎn)性, 同時亦浪費材料。但是, 材料以低溫成型時, 縮短流道長度並非絕對可行。因為流道過短, 則產(chǎn)品的殘餘應(yīng)力增大, 且易產(chǎn)生毛邊。流道長度可以如下經(jīng)驗公式計算:D =D-流道直徑,mm; W-產(chǎn)品質(zhì)量,g; L-流道長度,mm。對大型產(chǎn)品, 為了保證塑膠能夠充滿整個模穴, 需根據(jù)塑膠的流動

3、比確定進澆位置及澆口數(shù)量。流動比是指熔融塑膠的流動長度(L)與產(chǎn)品的肉厚(t)之比。流動比因塑膠品種, 熔體性質(zhì), 成型溫度, 注射壓力的不同而異。塑膠名稱注射壓力(MPa)流動比(L/t)塑膠名稱注射壓力(MPa)流動比(L/t)ABS12014030150PMMA100200130150HIPS100200200250POM100110210PA90200320PP50120100280PA66100150140340PS90260300PC9013090160硬PVC709070140PE50150100280軟PVC7090160280常用塑膠的流動比 射出壓力就是當(dāng)成形材料由成形機射

4、出時在螺桿前端或柱塞所承受每單位面積之壓力單位是以(kgf/cm2)來表示。此射出壓力依壓力來源的油壓缸的能力來決定整個油壓缸能力產(chǎn)生之總體力量則稱為射出力。 射出力及射出壓力簡單關(guān)系以下面之計算式表示 射出力(tf)=射出滑塊斷面積A(cm2)油壓力P(kgf/cm2)103 (1) 油壓力P(kgf/cm2) 射出滑塊斷面積A(cm2)射出壓力(kgf/cm2) = (2) 螺桿斷面積A(cm2)薄壁產(chǎn)品成型時遇到的主要問題點 流動不平衡 注射壓力較高 滯流現(xiàn)象較明顯 易出現(xiàn)短射 廢料較多常見的解決方案 改變流道排布 改變澆口位置 改變澆口數(shù)量 提高射出壓力及速度 提高模溫料溫1. Fil

5、l time輔助判斷常見的成型缺陷如滯流過保壓潛流非平衡流動等。2. Temperature輔助判斷成型缺陷如滯流表面缺陷材料強度下降等。3. Pressure輔助判斷過保壓等成型缺陷。4. Weld lines輔助判斷縫合線可能出現(xiàn)的位置。5. Air traps輔助判斷包風(fēng)可能出現(xiàn)的位置。6. Clamp force預(yù)測成型機的鎖模力。7. Deflection輔助判斷成品變形的大小方向及趨勢。8. Frozen layer fraction輔助判斷保壓不良等缺陷。9. Volumetric shrinkage輔助判斷縮水和凹痕等缺陷。接單轉(zhuǎn)檔Fix mesh建流道冷卻系統(tǒng)設(shè)定分析條件開始

6、分析檢查結(jié)果Ok, 給出分析報告有問題進行改善通知2D工程師與設(shè)計同步重新設(shè)定條件或更改模具設(shè)計結(jié)案此為某一型號筆記本電腦的背光板拖架肉厚分布不均勻最小肉厚0.5mm最大肉厚2.4mm外形尺寸如下圖所示。325.5248.89.5case1case2case3case1case2case3澆口數(shù)量(個)141313料頭重量(g)86.02 72.05 74.03 項目方案case1case2case3case1case2case3流動狀況不平衡較平衡基本平衡項目方案case1case2case3注射壓力(MPa)89. 1111.489.9 項目方案case1case2case3case1ca

7、se2case3流道壓力降(MPa)74.369.469.9項目方案case1case2case3case1case2case3各澆口充 填體積均勻不均勻均勻項目方案case1case2case3case1case2case3鎖模力(噸)279.6318310項目方案case1case2case3case1case2case3保壓效果較好一般較好項目方案case1case2case3case1case2case3Z軸變形(mm)-0.57+0.58 -1.0+0.92 -0.58+0.59 項目方案case1case2case3 對于肉厚分布不均的薄件在考慮材料L/T比值的狀況下確定澆口的數(shù)量

8、以充分飽模及減小射出壓力。但射壓并不是完全與澆口數(shù)量成正比平衡性也是關(guān)鍵一點。在本例中13點進澆與14點進澆可以用接近的注射壓力來成型但廢料節(jié)省了以成型30萬次計算可節(jié)約新臺幣。 變形的大小與流動的平衡性射出壓力的大小 保壓效果的好壞有直接關(guān)系。本例中13點進澆的變形可以調(diào)整到與14點進澆接近。 相對于傳統(tǒng)的手工計算利用先進的電腦技朮可以方便的預(yù)測成型缺隱射壓鎖模力變形等信息。報 告 人報告單位報告日期2002年12月28日沖壓成形技朮提案改善沖壓成形技朮提案改善 隨著當(dāng)今隨著當(dāng)今3C產(chǎn)業(yè)日新月異的發(fā)展沖壓成形件的市場需求越來越大成形形狀產(chǎn)業(yè)日新月異的發(fā)展沖壓成形件的市場需求越來越大成形形狀越

9、來越復(fù)雜精度要求越來越高新材料的使用越來越多制造技朮的挑戰(zhàn)性越來越大越來越復(fù)雜精度要求越來越高新材料的使用越來越多制造技朮的挑戰(zhàn)性越來越大傳統(tǒng)的模具設(shè)計和生產(chǎn)都依賴于經(jīng)驗和反復(fù)調(diào)試使產(chǎn)品開發(fā)周期成本交期及產(chǎn)傳統(tǒng)的模具設(shè)計和生產(chǎn)都依賴于經(jīng)驗和反復(fù)調(diào)試使產(chǎn)品開發(fā)周期成本交期及產(chǎn)品品質(zhì)很難得到有效的改善和控制因此有必要建立一套完整的鈑金成形仿真分析系統(tǒng)品品質(zhì)很難得到有效的改善和控制因此有必要建立一套完整的鈑金成形仿真分析系統(tǒng)以徹底改善傳統(tǒng)模具設(shè)計與生產(chǎn)。以徹底改善傳統(tǒng)模具設(shè)計與生產(chǎn)。 鈑金成形仿真分析系統(tǒng)可以模擬整個分析沖壓工藝過程提供完整的解決方案鈑金成形仿真分析系統(tǒng)可以模擬整個分析沖壓工藝過程提

10、供完整的解決方案 1.斷裂和起皺的預(yù)測和消除斷裂和起皺的預(yù)測和消除。 通過計算可以觀察到材料在沖壓過程中的流動情況以及最終材料的厚度分布通過計算可以觀察到材料在沖壓過程中的流動情況以及最終材料的厚度分布情況通過多種方式情況通過多種方式(FLD,(FLD,厚度應(yīng)力應(yīng)變等厚度應(yīng)力應(yīng)變等) )判斷工藝方案和模具設(shè)計中出現(xiàn)的問題判斷工藝方案和模具設(shè)計中出現(xiàn)的問題; ;2.板材原始坯料尺寸和形狀預(yù)估板材原始坯料尺寸和形狀預(yù)估。對于復(fù)雜的拉伸件其零件展開極其復(fù)雜通過。對于復(fù)雜的拉伸件其零件展開極其復(fù)雜通過傳統(tǒng)的方法無法準(zhǔn)確計算但是用數(shù)值模擬技朮可以準(zhǔn)確的計算出下料形狀與尺寸從傳統(tǒng)的方法無法準(zhǔn)確計算但是用數(shù)

11、值模擬技朮可以準(zhǔn)確的計算出下料形狀與尺寸從而節(jié)約材料降低成本而節(jié)約材料降低成本; ;3.回彈的計算回彈的計算。材料在沖壓過程中存在彈性變形和塑性變形工件脫離模具后彈性。材料在沖壓過程中存在彈性變形和塑性變形工件脫離模具后彈性變形將得到恢復(fù)特別是對于精密沖壓嚴(yán)重影響零件精度。對于有經(jīng)驗的人員回彈變形將得到恢復(fù)特別是對于精密沖壓嚴(yán)重影響零件精度。對于有經(jīng)驗的人員回彈數(shù)值的預(yù)測也是很困難的如果通過數(shù)值模擬對回彈進行仿真就可以在模具設(shè)計階數(shù)值的預(yù)測也是很困難的如果通過數(shù)值模擬對回彈進行仿真就可以在模具設(shè)計階段進行預(yù)防和補償。段進行預(yù)防和補償。鈑金鈑金數(shù)值模擬技朮數(shù)值模擬技朮 模具設(shè)計流程的改善模具設(shè)計

12、流程的改善DesignCADofpart DesignstampingprocessDesignCADofstampingtoolsManufacturingtoolsTestVerificationFinalacceptancecriteriaSeriesproductionChangepartdesignDesignCADofpart DraftingprocessandsimulationTuningandvalidationESorKBESimulationmodifiedcaseChangetooldesignDesignstampingprocessDesignCADofstamp

13、ingtoolsManufacturingtoolsTestVerificationFinalacceptancecriteriaSeriesproductionChangetooldesignNO傳統(tǒng)模具設(shè)計流程傳統(tǒng)模具設(shè)計流程數(shù)值仿真模具設(shè)計流程數(shù)值仿真模具設(shè)計流程改改 善善 后后YESYESNO數(shù)值模擬技朮產(chǎn)生的效益數(shù)值模擬技朮產(chǎn)生的效益1.模具設(shè)計一次性成功率大大提升模具設(shè)計一次性成功率大大提升2.試模次數(shù)大大減少試模次數(shù)大大減少3.降低材料耗費減少設(shè)計變更所產(chǎn)生的額外成本降低材料耗費減少設(shè)計變更所產(chǎn)生的額外成本4.縮短產(chǎn)品開發(fā)周期縮短產(chǎn)品開發(fā)周期5.提升產(chǎn)品的品質(zhì)提升產(chǎn)品的品質(zhì)6.6

14、.化個人經(jīng)驗為化個人經(jīng)驗為”可分享有系統(tǒng)可分享有系統(tǒng)”的核心技術(shù)支援的核心技術(shù)支援Sheetmetal stamping simulationSimulation modelblankholderpunchpaddieQ16 Bottom_case STAMPING FORMINGSheetmetal stamping simulationQ16 forming limited diagraph(FLD)Sheetmetal stamping simulation根據(jù)根據(jù)FLD成形成形極限圖可以極限圖可以準(zhǔn)確判定工件準(zhǔn)確判定工件成形時引起的成形時引起的起皺破裂等起皺破裂等制程缺陷。制程缺陷。Q

15、16 Spring back simulationSheetmetal stamping simulation拉 延拉 延 分 析 結(jié) 果分 析 結(jié) 果Q16 Bottom_case draw forming thickness此處材料最厚厚度為1.13mm此處材料最薄厚度為0.73mm原材料厚度原材料厚度t=0.8mmSheetmetal stamping simulation拉 延拉 延 分 析 結(jié) 果分 析 結(jié) 果Q16 Bottom_case厚度減薄百分比分布云圖厚度減薄百分比分布云圖最大減薄百分比為8.4%最大增厚百分比為41.2%Sheetmetal stamping simula

16、tion拉 延拉 延 分 析 結(jié) 果分 析 結(jié) 果Q16 Bottom_case拉伸后拉伸后FLD成形極限圖成形極限圖從FLD成形極限圖表明產(chǎn)品四角入口容易起皺且增厚量為41% Sheetmetal stamping simulationQ16 沖孔切邊沖孔切邊Sheetmetal stamping simulation回 彈 分 析 結(jié) 果回 彈 分 析 結(jié) 果Q16 Bottom_case trim后回彈分析結(jié)果后回彈分析結(jié)果Sheetmetal stamping simulationP86 case仿真成形分析仿真成形分析材料規(guī)格材料規(guī)格 SPCC(JIS) Thickness=1.0m

17、m材料性能參數(shù)材料性能參數(shù)1.楊氏模量楊氏模量2.07E+005MPa6.各向異性系數(shù)各向異性系數(shù)R0=1.092.泊松比泊松比0.337.各向異性系數(shù)各向異性系數(shù)R0=0.793.材料密度材料密度7.85E-009Ton/mm38.各向異性系數(shù)各向異性系數(shù)R0=1.294.硬化系數(shù)硬化系數(shù)705Mpa9.材料厚度材料厚度T=1.0mm5.硬化指數(shù)硬化指數(shù)0.26Sheetmetal stamping simulationP86 CASE 成形極限動畫圖成形極限動畫圖Sheetmetal stamping simulation拉 延拉 延 分 析 結(jié) 果分 析 結(jié) 果厚度分布云圖表明厚度最小厚

18、度分布云圖表明厚度最小值值0.740.74mmmm最大值最大值1.291.29mm,mm,模具模具設(shè)計時應(yīng)注意最薄處的圓角設(shè)設(shè)計時應(yīng)注意最薄處的圓角設(shè)計以防拉裂。計以防拉裂。Sheetmetal stamping simulation拉 延拉 延 分 析 結(jié) 果分 析 結(jié) 果最大減薄百分比為最大減薄百分比為26%26%最大最大增厚百分比為增厚百分比為29%29%變薄量不變薄量不到到30%30%應(yīng)不致于破裂。應(yīng)不致于破裂。Sheetmetal stamping simulationFLDFLD成形極限圖表明產(chǎn)品折成形極限圖表明產(chǎn)品折彎包角處容易起皺為減小彎包角處容易起皺為減小起皺加大壓料板的壓邊力起皺加大壓料板的壓邊力減小凹模的摩擦系數(shù)改減小凹模的摩擦系數(shù)改善材料流動方形凸包的兩善材料流動方形凸包的兩直角處由于成形圓角較小直角處由于成形圓角較小此處減薄量最大易產(chǎn)生破裂此處減薄量最大易產(chǎn)生破裂但從但從CAECAE分析結(jié)果來看應(yīng)還