塑料成型CAE——Moldflow应用基础.pdf

塑料成型 CAE Moldflow 应用基础 吴梦陵 张 珑 主 编 庄卫国 副主编 内 容 简 介 本书为读者学习塑料成型 CAE 技术和 Moldflow 的快速入门提供了良好的平台。全书共分 13 章，主要包括：注塑成型 CAE 技术绪论、聚合物的结构特点与常见塑料的性能、Moldflow 软件的基本操作、Moldflow网格前处理以及实例分析、浇注系统冷却水路创建、浇注系统的平衡设计、浇口位置的不同对熔接痕的影响、基于正交试验工艺参数的优化分析方法和应用 Moldflow 解决具体问题的实例等内容。本书可作为高等工科院校材料成型及控制工程专业本、专科学生或机械类其他专业学生的教材，也可作为模具设计及产品设计、相关工程技术人员的参考书或自学教程。本书附带素材光盘，内有范例的项目方案和部分范例的视频教学录像，便于读者学习使用。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 塑料成型 CAE：Moldflow 应用基础/吴梦陵，张珑主编.北京：电子工业出版社，2010.6 ISBN 978-7-121-10962-1 .塑 .吴张 .注塑塑料模具计算机辅助设计应用软件，Moldflow高等学校教材 .TQ320.66-39 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2010）第 095820 号 责任编辑：朱清江 特约编辑：钟永刚 印 刷：北京市顺义兴华印刷厂 装 订：三河市双峰印刷装订有限公司 出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：15.5 字数：400 千字 印 次：2010 年 6 月第 1 次印刷 印 数：4 000 定 价：38.00 元（含 DVD 光盘 1 张）凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（010）88258888。前 言 塑料成型是制造业中的一个主要组成部分，而流动模拟对塑料成型具有重要意义；运用塑料流动模拟能帮助设计人员优化成型工艺与模具结构，指导设计人员从成型工艺的角度改进产品形状结构、选择适合的塑料材料和成型设备，评判不同材料采用同一工艺与模具成型的可行性，分析可能出现的问题；达到降低生产成本、缩短模具开发周期的目的。Moldflow 软件是美国 Moldflow 公司的产品，Moldflow 的产品用于优化制件和模具设计的整个过程，提供了一个整体解决方案。2008 年 6 月 12 日，设计软件领导厂商 Autodesk（欧特克）公司宣布收购 Moldflow 公司，进一步有助于 Autodesk 为企业提供完善的塑胶制件最佳化设计工具，并进一步拓展现有数字化原型（Digital Prototyping）方案之技术产品完整性。全书共分为 13 章。在介绍了注塑成型 CAE 技术的发展、注塑模 CAE 技术的国内外水平、注塑模 CAE 的发展趋势和聚合物的结构特点与常见塑料性能的基础上，详细介绍了Moldflow 软件的基本操作、Moldflow 网格前处理以及实例分析。重点突出冷却水路创建、浇注系统的平衡设计、浇口位置的不同对熔接痕的影响等产品、工艺和模具的优化和设计方法。其中第 12 章详细介绍了基于正交试验工艺参数优化分析方法。第 13 章介绍了应用Moldflow 解决具体问题的两个实例。本书内容全面，实例丰富，讲解详细，条理清晰。本书根据 Moldflow 中文版实际操作界面，直接截取软件中对话框、操作面板和按钮，使读者能直观、准确地操作软件进行学习。本书由南京工程学院吴梦陵、张珑担任主编，吴梦陵编写了第 1、8、9、12、13 章，张珑编写了第 2、3、10、11 章；庄卫国担任副主编，编写了第 4、5、6、7 章。同时，杨一帆、张佳蓉、纪媛媛等为本书进行了校稿工作，在此深表感谢。在编写本书的过程中，得到电子工业出版社和 Moldflow 公司大中华区的关心和帮助，也得到了南京工程学院以及兄弟院校、有关企业专家的大力支持和帮助，在此一并表示感谢，同时感谢所引用文献的作者，他们辛勤研究的成果也使得本书增色不少。由于编者水平有限，书中难免有不当和疏漏之处，恳请使用本书的教师和广大读者批评指正。编 者 2010 年 2 月第 9 章 光滑圆柱表面的公差与配合 V 目 录 第1 章 绪论.1 1.1 注塑成型 CAE 技术的发展.1 1.2 国内外注塑模 CAE 技术水平.4 1.3 注塑模 CAE 的发展趋势.6 1.4 Moldflow 软件介绍.7 第2 章 聚合物的结构特点与常见塑料的 性能.9 2.1 聚合物的结构特点.9 2.2 常用塑料简介.11 2.3 注塑制品注射过程中主要的缺陷.14 2.3.1 欠注.14 2.3.2 收缩凹陷.15 2.3.3 翘曲变形.16 2.3.4 变色焦化.17 2.3.5 波流痕.17 2.3.6 银纹.18 2.3.7 熔接痕.18 2.3.8 产品黏模.18 2.3.9 气穴.19 2.3.10 溢料.19 2.4 注塑条件对制品成型的影响.19 第3 章 Moldflow 网格前处理.21 3.1 概述.21 3.2 网格的类型.22 3.3 网格的划分.22 3.4 网格状态统计.24 3.5 网格处理工具.26 3.6 网格缺陷诊断.33 3.7 网格处理实例.38 3.8 网格划分实例.40 3.8.1 模型的网格划分.40 3.8.2 网格缺陷修改.41 第4 章 Moldflow 用户界面及基本操作.57 4.1 Moldflow 用户界面.57 4.1.1 窗口分布及简要说明.57 4.1.2 菜单栏和工具栏.58 4.2 菜单功能简介.59 4.2.1 文件操作.59 4.2.2 编辑.61 4.2.3 视图.61 4.2.4 建模.62 4.2.5 网格.63 4.2.6 分析.63 4.2.7 结果.64 4.2.8 报告.65 4.2.9 工具.65 4.2.10 窗口和帮助.65 4.3 基本操作.66 4.3.1 分析项目管理.66 4.3.2 鼠标操作.67 第5 章 基础建模.68 5.1 节点的创建.68 5.2 线的创建.69 5.3 面（区域）的创建.72 5.4 多模腔创建.74 5.5 浇口创建.78 5.5.1 浇口创建命令.78 5.5.2 浇口属性设置.79 5.5.3 浇口曲线与柱体单元划分.80 5.6 浇口创建实例.81 5.6.1 侧浇口的创建.81 5.6.2 扇形浇口的创建.83 5.6.3 顶针潜伏式浇口的创建.84 5.6.4 牛角形（香蕉）浇口的创建.86 5.7 冷流道浇注系统创建实例.88 塑料成型 CAEMoldflow 应用基础 IV 第6 章 冷却水路创建.92 6.1 冷却水路手动创建命令.92 6.2 冷却水路属性设置.93 6.3 冷却水路曲线与柱体单元划分.94 6.4 循环式冷却水路创建实例.95 6.5 挡板式水路创建实例.97 6.6 喷泉式水路创建实例.99 第7 章 工艺参数设置.102 7.1 分析序列的设定.102 7.2 物料的选择.104 7.3 成型工艺参数的设置.107 7.3.1 成型工艺参数.107 7.3.2 成型工艺参数的设置.109 第8 章 最佳浇口位置设计.112 8.1 浇口设计原则.112 8.2 最佳浇口位置设计.113 8.2.1 分析前处理.113 8.2.2 产品初始成型分析.116 8.2.3 原设计方案优化后的分析.120 8.2.4 计算结果分析.123 第9 章 浇注系统的平衡设计.125 9.1 概述.125 9.2 lock-left 的浇口位置分析.128 9.2.1 分析前处理.128 9.2.2 分析计算.129 9.2.3 结果分析.130 9.3 lock-right 的浇口位置分析.131 9.3.1 分析前处理.131 9.3.2 结果分析.132 9.4 handspike 的浇口位置分析.133 9.4.1 分析前处理.133 9.4.2 结果分析.133 9.5 组合型腔的充填分析.134 9.5.1 分析前处理.135 9.5.2 分析计算.143 9.5.3 结果分析.143 9.6 组合型腔的流道平衡分析.145 9.6.1 分析前处理.146 9.6.2 分析计算.149 9.6.3 结果分析.150 9.6.4 流道优化平衡分析小结.152 9.7 组合型腔优化后的流动分析.153 9.7.1 设计方案的调整及分析前处理.153 9.7.2 分析计算.155 9.7.3 结果分析.156 第10 章 浇口位置的不同对熔接痕的 影响.158 10.1 概述.158 10.2 原方案熔接痕的分析.158 10.2.1 项目创建和模型导入.158 10.2.2 材料选择.164 10.2.3 工艺过程参数的设定和分析 计算.165 10.3 改进原始方案.168 10.3.1 增加加热系统后的分析.168 10.3.2 分析计算.173 10.3.3 结果分析.175 10.4 对浇口位置和形式改变后的分析.176 10.4.1 分析前处理.176 10.4.2 分析计算和结果分析.183 第11 章 注射成型流动模拟结果的分析.185 11.1 流动模拟结果分析.185 11.2 分析报告的生成.202 11.3 动画和图片的保存.205 第12 章 基于正交试验工艺参数 优化分析.207 12.1 正交实验概述.207 12.2 数值模拟与正交试验方法结合的 多工艺参数优化.209 12.2.1 基于正交试验多工艺参数优化.209 12.2.2 单个因素影响的试验.212 第13 章 Moldflow 分析案例.219 13.1 汽车保险杠.219 13.2 录音机前面板.225 13.2.1 方案 1（原始浇注系统）.226 13.2.2 方案 2（只改变流道尺寸）.232 13.2.3 方案 3（改变浇注系统）.234 13.2.4 方案 4（采用热流道系统）.236 13.3 优化冷却系统，缩短成型周期.238 参考文献.242 第 1 章 绪论 1 Chapter 1第1章 绪 论 1.1 注塑成型 CAE 技术的发展 塑料成型是制造业中的一个重要组成部分，而流动模拟对塑料成型具有重要意义。运用塑料流动模拟能帮助设计人员优化成型工艺与模具结构，指导设计人员从成型工艺的角度改进产品形状结构、选择合适的塑料材料和成型设备，评判不同材料采用同一工艺与模具成型的可行性，分析可能出现的问题，达到降低生产成本、缩短模具开发周期的目的。对于一般简单的塑料制品（简称制品）的成型，只进行流动模拟分析即可，但对于复杂精密塑件的成型，不仅要对流动过程进行模拟分析，还需要对充模、保压过程中塑件与模具的冷却进行分析，甚至需要分析开模后塑件的残余变形与应力等。成型过程数值模拟是模具 CAE 中的基础，目前，所采用的数值模拟方法主要有两种：有限元法和有限差分法。一般在空间上采用有限元方法，而当涉及时间时，则运用有限差分法。CAE 软件的应用过程如图 1-1 所示。首先根据制品的几何模型剖分具有一定厚度的三角形单元，对各三角形单元在厚度方向上进行有限差分网格剖分，在此基础上，根据熔体流动控制方程在中性层三角形网格上建立节点压力与流量之间的关系，得到一组以各节点压力为变量的有限元方程，解方程组求得节点压力分布，同时将能量方程离散到有限元网格和有限差分网格上，建立以各节点在各差分层对应位置的温度为未知量的方程组，求解方程组得到节点温度在中性层上的分布及其在厚度方向上的变化，由于压力与温度通过熔体黏度互相影响，因此，必须将压力场与温度场进行迭代耦合。其中，数值分析采用有限元/有限差分混合法，其基本步骤