翹曲moldflow有限元分析說明書

1、<p>　　5.1 Moldflow基本流程</p><p>　　利用Moldflow進(jìn)行注射分析的基本流程包括三個(gè)主要步驟：建立模型→設(shè)定參數(shù)→分析結(jié)果。其中建立模型和設(shè)定參數(shù)稱為前處理，分析結(jié)果稱為后處理，分述如下。</p><p><b>　　建立模型</b></p><p>　　包括新建一個(gè)工程項(xiàng)目、導(dǎo)入或新建CAD模型、劃分

2、網(wǎng)格、檢驗(yàn)及修改網(wǎng)格。導(dǎo)入或新建CAD模型時(shí)，通常還需根據(jù)分析的具體要求，將模型進(jìn)行一定的簡化。</p><p>　　在Moldflow中，要建立一個(gè)分析模型，需要先建立一個(gè)工程項(xiàng)目，再新建一個(gè)CAD模型?；蚶猛ㄟ^數(shù)據(jù)格式導(dǎo)入利用UG、Pro/E、CATIA等CAD軟件或ANSYS、NASTRAN等CAE軟件建好的模型。然后對(duì)該模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。根據(jù)需要設(shè)置網(wǎng)格的類型、尺寸等參數(shù)，對(duì)劃分好的網(wǎng)格進(jìn)行檢驗(yàn)，刪除面

3、積為零和多余的網(wǎng)格，修正畸變嚴(yán)重的網(wǎng)格。</p><p>　　網(wǎng)格劃分和修改完畢，需要設(shè)定澆口位置，有時(shí)還需創(chuàng)建澆注和冷卻系統(tǒng)，并確定主流道和分流道的大小及位置，以及冷卻水道的大小和位置。</p><p><b>　　設(shè)定參數(shù)</b></p><p>　　包括選擇分析類型、成型材料、工藝參數(shù)。參數(shù)設(shè)定中首先要確定分析的類型，根據(jù)分析的主要目的選

4、擇相應(yīng)的模塊進(jìn)行分析。然后，在材料庫中選擇成型的材料，或自行設(shè)定材料的各種物理參數(shù)。按照注射成型的不同階段，設(shè)置相應(yīng)的溫度、壓力和時(shí)間等工藝參數(shù)。</p><p><b>　　分析結(jié)果</b></p><p>　　前處理都完成后，就可以進(jìn)行模擬分析了。根據(jù)模型的大小和網(wǎng)格的數(shù)量，分析的時(shí)間長短不一。在分析結(jié)束后，可以看到產(chǎn)品成型過程中填充過程、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)的變化和分

5、布，以及產(chǎn)品成型后的形狀等信息。利用Moldflow進(jìn)行注射分析的基本流程如下：</p><p>　　創(chuàng)建一個(gè)工程項(xiàng)目→導(dǎo)入或新建CAD模型→劃分網(wǎng)格→檢查及修改網(wǎng)格→選擇分析類型→選擇成型材料→確定工藝參數(shù)→選擇澆口位置→創(chuàng)建澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)→分析→查看分析結(jié)果→制作報(bào)告</p><p><b>　　5.2模型的前處理</b></p><p&g

6、t;　　前處理被認(rèn)為是有限元分析中最重要的一部分，其中網(wǎng)格生成是前處理中很重要的一部分，也是整個(gè)分析過程中最耗時(shí)和最復(fù)雜的一項(xiàng)工作。同時(shí)網(wǎng)格的劃分的好壞將直接影響計(jì)算的精度和計(jì)算的速度。除此之外，在前處理中還要完成邊界條件的約束和模型的簡化，能否得到與模型相近似的簡化結(jié)果也將直接影響到模型的運(yùn)算精度和速率。</p><p>　　5.2.1模型的創(chuàng)建及模型的導(dǎo)入</p><p>　　在MPI

7、的分析中，首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，用于包含整個(gè)分析工程，可以通過【文件】→【新建工程】命令，系統(tǒng)彈出【創(chuàng)建新工程】對(duì)話框，在【工程名稱】文本框中輸入“項(xiàng)目名稱”。</p><p>　　MPI支持多種格式文件導(dǎo)入，常用的導(dǎo)入格式有stl、igs、step、asm、prt、udm、sdy等。本例采用的是stl格式的文件。stl格式文件是一個(gè)表面面片模型，它會(huì)將曲線打斷成很多段直線來表現(xiàn)。風(fēng)扇底座的實(shí)體模型是在UG建立起

8、來的prt模型。首先我們將風(fēng)扇底座的prt文件轉(zhuǎn)換成stl文件，通過【文件】→【輸入】命令將轉(zhuǎn)換的stl文件導(dǎo)入到MPI中，這里將預(yù)先選擇網(wǎng)格劃分類型（Fusion）和產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸單位（Milimeters）。</p><p><b>　　5.2.2產(chǎn)品修復(fù)</b></p><p>　　本課題采用UG建模，但是由于各種不同軟件的處理精度的差異在將模型導(dǎo)入到MPI之前對(duì)

9、網(wǎng)格進(jìn)行修復(fù)簡化，首先導(dǎo)出*.x—t格式的文件并導(dǎo)入到CADdoctor進(jìn)行處理簡化模型結(jié)構(gòu)。CADdoctor窗口如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 CADdoctor操作界面圖形</p><p>　　錯(cuò)誤診斷 點(diǎn)【Check】→【Excute】或status面板上的圖標(biāo)，執(zhí)行錯(cuò)誤診斷，左邊的status面板上顯示錯(cuò)誤結(jié)果如圖5.2所示：</p><p&

10、gt;　　圖5.2 錯(cuò)誤診斷結(jié)果 圖5.3 錯(cuò)誤修復(fù)結(jié)果</p><p>　　查看translation缺陷結(jié)果，然后通過【Heal】按鈕對(duì)模型進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，修復(fù)結(jié)果如圖5.3所示。</p><p>　　模型簡化及修復(fù) 模型簡化需要先將工作狀態(tài)由【Translation】切換到【Simplification】下，單擊【Check】按鈕檢查模型，結(jié)果如圖5.4：

11、</p><p>　　圖5.4 簡化模型檢測(cè)結(jié)果</p><p>　　首先去R角，在【Status】面板中點(diǎn)【Fillet】，按右鍵修改【Fillet】最大值為1.0，點(diǎn)擊，查找1.0以內(nèi)的R角，結(jié)果如圖5.4，共有8個(gè)半徑小于等于1的倒圓角。</p><p>　　圖5.4 倒角錯(cuò)誤檢查結(jié)果 圖5.5 清除R角后的結(jié)果</p>

12、;<p>　　將結(jié)果內(nèi)容詳細(xì)展開，按【Next】一一進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，利用命令【Remove all】一次性將R角全部去除。清除結(jié)果如圖5.5所示。</p><p>　　之后一一將Boss、倒角、字符及Rib。</p><p>　　至此，所有小特征均去除，將工作狀態(tài)由【Simplification】切換到【Translation】下。由于在簡化過程中，去除特征后，重新生成

13、面時(shí)，模型可能出現(xiàn)幾何拓?fù)溴e(cuò)誤，故需要再次對(duì)模型進(jìn)行診斷及修復(fù)，直到所有錯(cuò)誤全部為零。</p><p>　　模型輸出 點(diǎn)【File】→【Export】，出現(xiàn)【Export】對(duì)話框，在【File Name】中鍵入文件名，點(diǎn)【保存】。</p><p>　　5.2.3 MPI的前處理</p><p>　　導(dǎo)入udm模型并劃分網(wǎng)格</p><p>

14、　　在用MPI軟件進(jìn)行分析時(shí)，首先應(yīng)新建一個(gè)工程項(xiàng)目（本設(shè)計(jì)所用MPI軟件的版本為2010）。接著將幾何模型導(dǎo)入MPI，導(dǎo)入MPI的方式有很多，將修復(fù)好的udm模型在新建好的工程項(xiàng)目設(shè)定工作目錄之后，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。這里選擇的網(wǎng)格類型為Fusion，單位為mm。網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖5.6所示。</p><p>　　圖5.6 產(chǎn)品的Fusion網(wǎng)格模型</p><p><b>　　模

15、型網(wǎng)格修改</b></p><p>　　對(duì)于Fusion模型，網(wǎng)格信息必須滿足以下一些原則：</p><p>　　Connectivity regions（聯(lián)通域）的個(gè)數(shù)應(yīng)該為1；</p><p>　　Free edges（自由邊）和Non-manifold edges（非交疊邊）個(gè)數(shù)應(yīng)該為0；</p><p>　　Element

16、s not oriented（未定向單元）應(yīng)該為0；</p><p>　　Elements intersection（交叉單元）個(gè)數(shù)應(yīng)該為0；</p><p>　　Full overlapping elements（完全重疊單元）個(gè)數(shù)應(yīng)該為0；</p><p>　　Aspect ratio（單元縱橫比）一般取到10以下，但是對(duì)于零件尺寸比較大的，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的最大縱

17、橫比也可以取到20以下；</p><p>　　Match ratio（網(wǎng)格匹配率）由于要進(jìn)行翹曲分析所以應(yīng)大于80%；</p><p>　　Zero area triangle elements（零面積單元）個(gè)數(shù)應(yīng)該為0。</p><p>　　選擇網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)命令，網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)的結(jié)果就會(huì)以窗口的形式彈出。如圖4.1所示，為網(wǎng)格修復(fù)完后的網(wǎng)格狀態(tài)統(tǒng)計(jì)。由于手提式電器外殼產(chǎn)品模

18、型較為復(fù)雜，網(wǎng)格劃分后很多的自由邊和較高的縱橫比及較低的匹配率等缺陷，網(wǎng)格修復(fù)工作很繁瑣，應(yīng)用到很多的技巧和工具，具體的修復(fù)過程就不體現(xiàn)了。</p><p>　　如圖5.8所示，為經(jīng)過修復(fù)后的網(wǎng)格已符合分析網(wǎng)格的要求。假如網(wǎng)格質(zhì)量不符合要求，在分析的過程中會(huì)發(fā)出警告或?qū)е路治鲋袛?，甚至不能進(jìn)行分析。</p><p>　　圖5.7是網(wǎng)格最終劃分之后的網(wǎng)格信息：</p><

19、p><b>　　圖5.7 網(wǎng)格特性</b></p><p>　　由上圖可見模型符合分析的基本要求。</p><p>　　5.2.4塑件材料的選取</p><p>　　MPI軟件中包含著很多的材數(shù)據(jù)庫，包括世界上大部分的著名塑料廠商，及其牌號(hào)供我們自行選擇。本設(shè)計(jì)采用的材料為ABS塑料，選擇方法為雙擊材料選擇，在出現(xiàn)的對(duì)話框中找到搜索，輸入

20、ABS，找到我們需要的牌號(hào)。本設(shè)計(jì)采用的材料是材料為CMOLD Generic Estimates公司的ABS塑料，材料屬性如下圖5.8所示：</p><p>　　圖5.8 ABS材料屬性</p><p>　　5.2.5工藝參數(shù)的設(shè)定</p><p>　　產(chǎn)品成型過程將采用推薦的工藝參數(shù)如圖5.9所示，在軟件中給出了各種不同的材料成型的工藝范圍。因此在分析產(chǎn)品的成型

21、工藝過程中節(jié)省了很多設(shè)置工藝參數(shù)的時(shí)間。同時(shí)在軟件內(nèi)部提供了材料的流動(dòng)特性參數(shù)的相關(guān)曲線，為優(yōu)化不同溫度下的成型工藝提供了參考。</p><p>　　圖5.9 材料成型推薦的工藝參數(shù)信息</p><p><b>　　冷卻設(shè)置</b></p><p>　　模具表面溫度，采用默認(rèn)值50℃，熔體溫度，是指進(jìn)料口處的熔體溫度，采用默認(rèn)值230℃，注射+

22、保壓+冷卻時(shí)間，采用的是自動(dòng)控制。如圖5.10所示：</p><p>　　圖5.10 冷卻設(shè)置</p><p><b>　　充填、保壓設(shè)置</b></p><p>　　充填設(shè)置采用自動(dòng)，速度壓力切換為由注射壓力于120Mpa，保壓控制采用默認(rèn)。如圖5.11所示：</p><p>　　圖5.11 充填、保壓設(shè)置</p

23、><p><b>　　翹曲部分設(shè)置</b></p><p>　　翹曲部分設(shè)置只要選擇分離翹曲原因即可，如圖5.12所示：</p><p>　　圖5.12 翹曲設(shè)置</p><p>　　5.2.6創(chuàng)建澆注系統(tǒng)</p><p>　　澆注系統(tǒng)的作用是將塑料熔體順利地充滿到型腔深處，以獲得外形輪廓清晰，內(nèi)在質(zhì)

24、量優(yōu)良的塑料制品。</p><p>　　MPI中創(chuàng)建澆注系統(tǒng)，可以采用菜單中Molding（建模）→Runner System Wizard（澆注系統(tǒng)導(dǎo)向）工具，對(duì)形狀尺寸比較簡單的澆注系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)建。也可利用系統(tǒng)的直線、曲線創(chuàng)建功能，對(duì)創(chuàng)建出的澆注系統(tǒng)的中心線付與澆注系統(tǒng)的屬性，再對(duì)其網(wǎng)格劃分。對(duì)于形狀復(fù)雜的澆注系統(tǒng)，可先在CAD系統(tǒng)中創(chuàng)建，然后再導(dǎo)入到MPI中。其步驟如下：</p><p&g

25、t;　　首先在UG中建立澆注系統(tǒng)三維模型，如圖5.13所示。</p><p>　　圖5.13 澆注系統(tǒng)的UG模型</p><p>　　將澆注系統(tǒng)UG的.prt格式文件轉(zhuǎn)化為.igs格式的文件。</p><p>　　在MPI中，選擇File→Add命令將澆注系統(tǒng)的.igs格式文件導(dǎo)入到MPI中。</p><p>　　對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行表面網(wǎng)格劃分。

26、</p><p>　　簡化CAD流道，選擇Molding→Simplify model命令，將表面網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為一維單元，因?yàn)闈沧⑾到y(tǒng)的網(wǎng)格為一維的桿單元，并檢查流道直徑。圖5.15為從UG中導(dǎo)入到MPI的澆注系統(tǒng)的網(wǎng)格劃分結(jié)果。</p><p>　　圖5.14 流道網(wǎng)格劃分</p><p>　　檢查流道和產(chǎn)品的連通性。選擇Mesh→Mesh Diagnostics→C

27、onnectivity Diagnostic命令來診斷澆注系統(tǒng)和產(chǎn)品是否連通，防止出現(xiàn)不連通的情況，從而導(dǎo)致分析計(jì)算的失敗。如圖5.15顯示流道與產(chǎn)品是聯(lián)通的，不存在斷開情況。</p><p>　　5.3 MPI結(jié)果分析及相關(guān)后處理</p><p>　　雙擊方案任務(wù)視窗中的【立即分析】圖標(biāo)，求解器開始計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)束后，MPI會(huì)生成大量的文字、圖形和動(dòng)畫結(jié)果，并且分類顯示在任務(wù)欄Stud

28、y Tasks窗口中。理解分析結(jié)果，并通過對(duì)分析結(jié)果的判斷來決定解決問題的方法是非常重要的。</p><p>　　填充分析過程信息包含工藝參數(shù)信息，如圖5.16所示。</p><p>　　圖5.15 連通性檢查</p><p>　　圖5.16 填充分析過程信息</p><p>　　保壓過程分析信息如圖5.17所示，保壓壓力為44.96Mpa。

29、</p><p>　　5.3.1流動(dòng)分析結(jié)果</p><p><b>　　充填時(shí)間</b></p><p>　　填充時(shí)間顯示了料流前鋒的填充過程，它可以顯示任一時(shí)刻流動(dòng)前鋒的位置。當(dāng)填充平衡時(shí)，產(chǎn)品末端的填充時(shí)刻應(yīng)該是一致的。如圖5.18所示，為熔體充滿型腔時(shí)的結(jié)果顯示，充滿型腔所用的時(shí)間為2.232s，料流到達(dá)距澆口最遠(yuǎn)處的地方時(shí)間相等。&l

30、t;/p><p>　　圖5.17 保壓分析過程</p><p>　　圖5.18 填充時(shí)間結(jié)果顯示</p><p><b>　　速度/壓力切換</b></p><p>　　如圖5.19所示，風(fēng)扇底座模型“速度/壓力切換”的壓力為56.20Mpa。</p><p><b>　　氣穴位置</

31、b></p><p>　　氣穴是在成型制品內(nèi)部所形成的空隙。通過模流分析可顯示出氣穴的分布情況，如圖5.20所示，氣穴主要分布在厚壁、凸臺(tái)等壁厚不均勻處的地方。模具設(shè)計(jì)時(shí)，除了可以通過在成型凸臺(tái)的小型芯上開排氣槽來排出氣體，還可以利用型芯間隙來排出。</p><p>　　圖5.19 速度/壓力切換</p><p>　　圖5.20 氣穴結(jié)果顯示</p>

32、;<p>　　熔接痕 (weld lines)</p><p>　　熔接痕屬于產(chǎn)品表觀質(zhì)量缺陷，它發(fā)生在兩個(gè)兩個(gè)料流前鋒相遇的地方，或者是料鋒分開又匯合的地方。熔接痕對(duì)網(wǎng)格密度很敏感，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)在實(shí)際并不存在的地方，有時(shí)實(shí)際存在，而又顯示沒有。熔接痕應(yīng)該和填充時(shí)間一起使用來確定熔接痕是否存在。如圖5.21所示，為熔接痕的分析結(jié)果顯示。從圖中可以看出熔接痕主要產(chǎn)生在料流的交匯和有孔的地方，對(duì)產(chǎn)品的表面

33、質(zhì)量影響不大。熔接痕消除不了，這里可以通過適當(dāng)提高料筒和噴嘴的溫度、加大澆口截面積，改變澆口位置等來改善熔接痕，提高產(chǎn)品的強(qiáng)度。</p><p>　　圖5.21 熔接痕結(jié)果顯示</p><p><b>　　5.3.2翹曲分析</b></p><p>　　總體翹曲變形：風(fēng)扇底座模型的變形量如圖5.22所示。</p><p>

34、;　　圖5.22 總翹曲變形量</p><p>　　總變形量為0.8006mm，x方向總變形量為0.5419mm，y方向上總變形量為0.5450mm，z方向上總變形量為0.3503mm。</p><p>　　5.3.3生成分析報(bào)告</p><p>　　選擇【報(bào)告】→【報(bào)告生成向?qū)А棵?，系統(tǒng)彈出【報(bào)告生成向?qū)А繉?duì)話框的第1頁，如圖5.23所示。</p>

35、<p>　　圖5.24 報(bào)告生成向?qū)?duì)話框第1頁</p><p>　　在【可用方案】中選擇“chpin_方案”，單擊【添加】按鈕，系統(tǒng)將選擇的結(jié)果添加到所選方案列表框中。單擊【下一步】按鈕，進(jìn)入【報(bào)告生成向?qū)А繉?duì)話框第2頁，如圖5.25所示。</p><p>　　圖5.25 【報(bào)告生成向?qū)А繉?duì)話框的第2頁</p><p>　　在【可用數(shù)據(jù)】列表框中，選擇

36、所需結(jié)果，單擊【添加】按鈕，將所需結(jié)果放于【所選數(shù)據(jù)】列表框里，如圖5.25所示。單擊【下一步】按鈕，進(jìn)入【報(bào)告生成向?qū)А繉?duì)話框的第3頁，如圖5.26所示。</p><p>　　圖5.26 【報(bào)告生成向?qū)А繉?duì)話框第3頁</p><p>　　選擇【缺省模版】。選中【封面】復(fù)選框，單擊【屬性】按鈕，彈出【封面屬性】對(duì)話框，如圖5.27所示。填寫完相關(guān)信息后，單擊【確定】返回到圖5.26對(duì)話框，