材料成型CADCAE綜合實踐報告

1、TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 1中文摘要12弓|言1 HYPERLINK l bookmark6 3實驗目的1 HYPERLINK l bookmark8 4實驗平臺簡介1 HYPERLINK l bookmark12 6CAD組件設計2 HYPERLINK l bookmark14 7底座下殼CAE分析及討論4前處理4澆口齷、成型窗口分析4方案一4方案二6方案三7DOE分析8分析總結9分析總結9 HYPERLINK l bookmark18 ProeEMX模具設計9 HYPERLINK l bookmark20 CAM模具制造102D挖槽11曲面加工

2、11鉆孔加工11 HYPERLINK l bookmark22 10總結12 HYPERLINK l bookmark24 11參考文獻：131中文摘要本實驗通過對外殼進行CAD建模，主要包括實體建模、曲面建模和裝配，所用的平臺為Pro/Eo然后將建立好的CAD模型導入到CAE分析軟件中進行成型分析。CAE分析主要包括填充、保壓、翹曲等，所用的分析軟件為Moldflow2012o通過分析預測其在成型過程中可能出現的缺陷，運用現有專業(yè)知識分析成型過程產生缺陷的原因，并通過調整成型工藝來減少缺陷，并應用CAE分析所得的數據作為設計模具的依據，運用EMX創(chuàng)建產品模具圖。最后通過MasterCAM模擬

3、模具加工過程，并生成數控加工代碼。關鍵詞：臺燈外殼、CAD、CAE、CAM、缺陷2引言21世紀隨著PC的普及和應用，CAE技術也得到了飛速發(fā)展。CAE技術被廣泛地用于日常生活和生產實踐中。此項技術在生產中的應用，大大減少了勞動力的投入，同時也節(jié)約了生產成本，因此，CAE技術得到了越來越多的重視。與此同時CAM技術也突飛猛進，由于其加工進度高，易于實現自動化生產，因而逐漸代替了傳統的加工技術。本實驗通過對臺燈外殼進行CAD建模，然后進行CAE分析，通過所得結果，調整工藝方案，從而優(yōu)化生產。并利用分析所得的工藝參數進行模具設計，最后進行計算機模擬模具的加工制造。整個實驗包括了臺燈外殼CAD、CAE

4、、CAM全過程。3實驗目的通過對臺燈殼體進行CAD三維建模，然后進行成形分析，利用分析所得的工藝參數進行模具設計，最后模擬模具的數控加工過程。其中CAD主要包括實體特征的建立、曲面特征的創(chuàng)建、零件裝配、模具體積塊的創(chuàng)建、EMX模具設計；CAE部分主要包括MOLDFLOW的初步應用，可對底殼進行充填、保壓、冷卻、分子取向、翹曲、澆口位置等分析，預測可能出現的缺陷，并分析原因，提出解決辦法，再以實驗來驗證所提出解決辦法的可行性;CAM部分包括模具型腔的模擬加工、數控代碼的生成等4實驗平臺簡介Pro/Engineer5.0:Pro/Engineer操作軟件是美國參數技術公司（PTC）旗下的CAD/C

5、AM/CAE體化的三維軟件。以參數化著稱，是參數化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，是現今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內產品設計領域占據重要位置。AutodeskMoldflowInsight2012：AutodeskMoldflow仿真軟件具有注塑成型仿真工具,能夠幫助驗證和優(yōu)化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程。該軟件能夠為設計人員、模具制作人員、工程師提供指導，通過仿真設置和結果闡明來展示壁厚、澆口位置、材料、兒何形狀變化如何影響可制造性。從薄壁零件到厚壁、堅固的零件，AutodeskMoldflow的兒何圖形支持可以幫助用戶在最終設計決策前試

6、驗假定方案。Mastercam:是美國CNCSoftwareInc.公司開發(fā)的基J：PC半臺的CAD/CAM軟件。它集二維繪圖、三維實體造型、曲面設計、體素拼合、數控編程、刀具路徑摸擬及真實感摸擬等到功能于一身。它具有方便直觀的兒何造型Mastercam提供了設計零件外形所需的理想環(huán)境，其強大穩(wěn)定的造型功能可設計出復雜的曲線、曲面零件。EMX:ExpertMoldbaseextension,模具專家系統擴展，是PR0E軟件的模具設計外掛，是PTC公司合作伙伴BUW公司的產品。EMX可以使設計師直接調用公司的模架，節(jié)省模具設計開發(fā)周期,節(jié)約成本，減少工作量。5實物零件簡介及設計要求本實驗所用的零

7、件為臺燈外殼，主要包括底座下殼、底座上殼、支架、燈罩上殼、燈罩下殼,實物圖燈管等，實物圖如右圖所示6CAD組件設計如圖所示圖為所創(chuàng)建的CAD模型圖，具體請參見源文件（文件夾taideng）燈管支架底座上殼、底座下殼、分解視圖（從左往右）整體效果圖1整體效果圖27底座下殼CAE分析及討論前處理對模型進行處理，去掉一些倒角，以便縮短分析時間同時對結果影響不大。網格采用雙層面網格，邊長為3mm。冷卻水道的網格為圓柱狀長度為15mmo網格經修改過后，無相交重疊單元，無配向不正確單元,連通性良好，修改后的參數如下表面頁和662.518cn*2角形,59.6W7cn縱橫比:邊訕迪JfTTLLdM33節(jié)昱多

8、元單:-8節(jié)-M擊一細交全點妲兀異焉姊93陡?；グ贋楸?8.9X商列號造接系牌制毬STYREMCSCPS,SAN,SBR?.)StyrolSEHITQTIderriitsuKosanCoLtd射斜名稱縮寫站斜糞型數據來煩上次修改曰期m測試日期數摒狀態(tài)射料ID等級代碼供應商代馮J纖維/填充物PSAmorphousOther:pvT-Supplemental:mech-Supplemental14-SEP-O6lionConfidential1434CM1434IDEMITSU未填充材料PS參數網格統計澆口位置、成型窗口分析由澆口位置分析可得建議的交口位置在節(jié)點10871附近，然后將澆口設置在節(jié)點

9、10871進行成型窗口分析，得出：推薦模具溫度65度，推薦熔體溫度277.96度，推薦注射時間0.4432秒。以下是分析結果:S曲：！*戲SMtiH乙6(h2ae.o-Z5WClu205.0-iae.o42S.M32.S04S.OOS7.S0*Afiaiq70.0051tT澆II位置成型窗II分析方案一根據上述分析結果，設置分析條件如下：熔體溫度720度，開模時間8秒，模具表面溫度65度，開模溫度75度，分析類型為填充+保壓+翹曲+冷卻，冷卻水管及澆口形式布置如下圖所示。水管及澆道布置充填時間流動前沿溫度氣穴熔接線回路溫度由以上分析結果可得制件充填均勻，幾乎總是充滿，流動前沿溫度，氣穴等分布合

10、理。熔接痕較可以接受。但是，冷卻水管的冷卻效率不高，其溫差只有0.33度，還有就是制件的翹量較，最大的地方高達1mm,由于該產品是臺燈的底座，需要和殼體進行裝配，故精度要求較高。針對以不足，以下提出解決方案。方案二由方案一可得，產品主要存在的問題有翹曲量過大，冷卻回路效率不高。翹曲，可能是由于頂出溫度過高，導致收縮溫度不均一起的，或者是冷卻不均勻引起的。冷去效率不高可能是因為，冷卻回路離制件太遠。故針對以上可能進行如下改進:分析類型不變，熔體溫度230度，開模時間5秒，模具溫度40度，頂出溫度50度，冷卻回路像制件逼近兩毫米，向左偏移5mm,其余條件不變。以下是分析結果充填時間流動前沿溫度度回

11、路冷卻液溫度收縮不均變形量由分析結果可得，通過將模具溫度降低之后，熔料的表面粘度增大，流動能力降低，導致充型時間變長，從而導致成型周期延長，由于頂出溫度降低之后，在模具中冷卻的時間也延長了。除此之外，改進之后，導致流動前沿溫度分布發(fā)生變化，溫度分布不均，兩端溫度較低，而中間溫度較高。改進以后冷卻回路的溫度差也沒有發(fā)生太大的變化管內的溫度差為0.77度，制件的翹曲變形問題也沒有得到改善。方案三針對方案二存在的問題，在方案三中進一步提出改進措施，主要通過更改如下參數：模具溫度60度，頂出時間6秒，熔體溫度278度，頂出溫度80度。以下是改進之后的分析結果：流動前沿溫度充填時間日踣冷劉筱毎發(fā)=26.

12、10|C)28.1025.5525？B25.01IC0.53070.33640.1400交形，收絹不均:芟形ttMST=1.0000.9213翹曲變形回路冷卻液溫度由以上分析結果，可得改進之后，制件的充填時間大大的縮短，由原來的1.01s減少到0.53s,兒乎縮短了一般。流動前沿的溫度分布也比較合理，溫差不到一度。此外，冷卻回路的溫度差也有所提高，說明冷卻效果變好。雖然翹曲變形量有所減小，最大的地方由原來的1.016mm變?yōu)?.9213mm,但是相對而言，翹曲量仍然很大，不能滿足裝配要求。通過moldflow分離翹曲原因，發(fā)現翹曲主要是由于收縮不均導致的。由于冷卻不均導致的翹曲量很小，可以忽略

13、。故，以下針對產品的翹曲變形做專門的分析。DOE分析權重（0:10目標計算變畛，收縮不均:變形鸚驟谿缽目標杲小。質量參數熔體溫度范圍注射時間范圍保壓時間范圍電充填壓力范圍頂岀溫度范國=251*:294C0.64:0.96s=基于多個值，簡化為-1.*1-基于多個值，簡化為T，W=64：96C0.29850.2858Zmm0.2731變量參數變形，所有因素:變形（00E|：響應曲面圖X：模具表分析結果變量影響評級0.2604262.0270.015Y|C2?8$286.0對質量捫，變形，所有因素:變形的影響計算=標準偏差9恣尺寸比例因子63.92%模具表面溫度26.5碣熔體溫度由于以上3次分析中

14、制件翹曲變形過大的問題沒有解決，故增加DOE分析，幫助找出制件產生翹曲的原因。分析設置如下：變量：模具表面溫度、熔體溫度、注射時間，注射壓力、保壓壓力、填充壓力、頂出溫度。質量：變形（收縮不均）。實驗設計：THGUI和面心立方。參數設置如下芟形.收籍不均:芟形（DOE）:響屁曲而圖乂充填壓力丫:注射時昴m對質量0.51770.5099變量影響評級計算6.619.04%1.02%變形，收縮不均:變形的影響=需淮偏差熔體溫度注射時間保壓時間82.0074.0066.0058.00吧尿XCDOE分析結果（一）所有因素響應曲面圖（二）DOE分析結果（二）所有因素響應曲面圖（二）分析總結由以上分析結果可

15、得：在（一）所選的三種影響因素中模具表面溫度，和熔體溫度對制件翹曲變形影響最大，但是，由所有因素響應曲面圖（一）可以看出模具表面溫度和熔體溫度相互作用，最大只會對制件造成大約0.07mm左右的翹曲量，而制件的翹曲量為lmm,這說明，模具表面溫度和熔體溫度均不是影響翹曲的主要因素。在（二）所選的5種影響因素中，充填壓力對制件的翹曲影響最大，但是，它與其他因素綜合作用之后，對制件翹曲造成的影響也只在0.03mm范圍內（由所有因素響應曲面圖（二）可得）。所以綜上所述，模具表面溫度、熔體溫度、注射時間，注射壓力、保壓壓力、填充壓力、頂出溫度等都不是造成制件翹曲的主要因素，因此可以排除制件的主要翹曲變形

16、是由注塑工藝引起的。所以，制件產生大的翹曲變形量可能是自身原因。分析總結通過一系列的分析，和不同方案實驗數據的綜合比較，然后提出改進措施。解決了制件在生產過程中，溫度分布不均、冷卻效率低等問題，使得制件在成型過程中充填合理，制件在模具中溫度分布均勻。雖然沒有分析出翹曲變形的主要原因，但是通過DOE分析排除了加工工藝參數的可能，于是，間接推斷出制件的翹曲變形是由自身引起的。解決方法：由于制件比較薄，而且面積較大，屬于平板內制件，從中心進澆會引起較大的翹曲變形。所以，可在制件的邊緣部分添加一些筋板，或者使制件壁厚增大。這樣不僅可以減小制件的翹曲量，還能使制件充填變得更容易（在此不再進行驗證分析）。

17、8ProeEMX模具設計首先對制件的要求進行分析，制件外表面要求光滑，無澆口痕跡。其次制件的外形來看，在設計模具時，制件的留模傾向不確定。此外，制件的尺寸較大，故設計成一模一件。以下是模具設計的示意圖，模仁的尺寸為259.605x190.028x40.9,故模架選擇350 x400mm,提供商futabafg,類型為GCtype,A板厚60mm,B板厚50mm,其余參數釆用默認值。提供商futabafg,類型為GCtype,A板厚60mm,B板厚50mm,其余參數釆用默認值。以下為設計的示意圖，具體的零件請參照文件夾muju.muren制件示意圖模仁開模示意模具整體裝配圖模具開模示意圖凸模、凹

18、模.處副遜文徉d巴XYZ9CAM模具制造|顯示1話險化玄材原點I0.0Y0.0Z12.S-鉆孔加工鉆孔加工示意圖通過以上的模具設計過程，得到了產品的凸模，凹模和型芯。此過程對上一步所得到的零件進行模擬的數控加工制造，并產生數控代碼。由于水平和時間有限，在此只對動模的型腔進行CAM模擬加工。以下是模擬加工制造過程：2D挖槽加工刀具采用8mm平底刀，主軸轉速700r/min,Z軸最人步進量3mm,精修次數一，精修量0.5mm2D挖槽加工刀具路徑2D挖槽加工示意圖曲面加工刀具采用6mm圓鼻刀，刀具圓角半徑2mm,初加工主軸轉速800r/min，精加工主軸1200mm,Z軸最人步進量3mm,切削間距4

19、mm,精加工次數一，精修量1mm鉆孔加工曲面加工曲面加工示意圖刀具采用5mm鉆頭，主軸轉速300R/min10總結通過臺燈外殼的CAD建模，進一步熟悉了proe曲面建模、零件組裝等基本技能，同時對實體建模技術有了更深層次的理解。此外，通過對CAD建模、CAE分析，也掌握了CAD和CAE如何進行數據對接，如何使用CAD軟件來更好的輔助CAE的分析，如何利用CAE分析數據來指導CAD模具設計，同時也初步掌握了利用CAD數據進行CAM模擬加工制造過程。在臺燈外殼的CAE分析過程中，也掌握了對一般注塑件的成型分析方法，以及在分析過程中的前處理，后處理過程，并能夠根據所學的專業(yè)知識對分析的結果做出合理的解釋并對成型過程中出現的缺陷提出改進措施，通過對成型工藝的優(yōu)化來減輕或消除缺陷。在對臺燈外殼CAE分析中，出現了充型時間長、溫度分布不均、冷卻不均、翹曲變形過大等現象，并提出了改變模具和熔體溫度、改變澆注位置、優(yōu)化冷卻系統等措施來改善缺陷，通過再次驗證分析發(fā)現，雖然大部分問題得到解決，但是制件的翹曲量過大依然無法解決。于是通過DOE分析，得出