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1、 目录中文摘要- 2 -关键词：- 2 -引 言- 2 -1 实验目的- 3 -2 实验平台简介- 3 -3 实物零件简介及设计要求- 4 -4CAD组件设计- 4 -5 成型过程CAE分析及讨论- 6 -5.1建立有限元分析模型- 6 -5.2最佳浇口位置分析- 7 -5.3根据最佳浇口位置进行充填初步分析- 7 -5.3充填初步分析结果讨论。- 7 -5.3.1气穴产生可能的原因及改善方法- 8 -5.3.2熔接痕产生可能的原因及改善方法- 8 -5.4确定改善方案- 9 -5.6改善后充填分析- 9 -5.7充填分析改善前后分析结果对比- 9 -5.8分析5.6中方案失败原因及提出进一步
2、的改进方案- 10 -6总结- 10 -【参考文献】- 11 -中文摘要 本实验是在学习三维建模软件和常见成型分析软件后的一个综合实践应用。在我们平时的生活中有许多的产品，它们有的外形复杂。在设计时，单靠手工的绘图设计不仅效率低下，而且修改麻烦。在制造和成型过程中有许多的缺陷我们无法预测，如单考实验验证则大大增大成本和延长生产周期。然而计算机辅助设计与数字化模拟成型技术却给我们的设计和制造带来了很大的便利，不仅效率高，而且精度也好。本次试验是以生活中的一个小风扇为模型，通过建立其模型和对其一些零件的成型分析来熟悉和掌握PROE/5.0的一些常用CAD建模方法，以及对MOLDFLOW初步应用进行
3、熟悉和掌握。CAD部分主要是对小风扇的各个零件的建模以及其简单的装配，其中主要用到的建模方法有拉伸，旋转，螺旋扫描，扫描伸出项以及简单的曲面建模。CAE部分主要对小风扇塑料制件进行浇口位置，充填，和冷却+流动+翘曲分析来预测选定件可能出现的气穴，熔接痕，翘曲变形等缺陷，并分析缺陷产生的原因，提出相应的解决方案，以实验来验证所提出解决办法的可行性，最后得出相应结论。关键词：小风扇 PROE/5.0 拉伸 旋转 扫描伸出项 曲面造型 边界混合 MOLDFLOW 充填分析 浇口位置 一模两腔 引 言 CAD是计算机辅助设计的简称，是利用计算机辅助人设计的一种方法和技术。他用计算机代替传统的图板，充分
4、借助计算机的高速运算、大容量储存和强大的图像处理功能分担人的部分劳动，让设计者将主要精力集中于设计和创造性工作，从而大大设计率。广义的CAD是指凡是计算机完成的产品设计过程，而现在我们一般指的CAD是指狭义的CAD，即是指描述产品形状和尺寸的几何建模及相关的技术。在本实验CAD部分，我们将用到PROE/5.0的三维建模软件，结合课堂学习的基本建模方法，逐个构建小风扇各个零件，并按实际小风扇模型装配。同时也包括在CAE部分分析时需要对一些零件模型进行适当的修改。CAE是计算机辅助工程的简称，是利用计算机从事工程分析的方法和技术。它实际上是一种计算方法，比如有限元法，在本实验CAE部分，MOLDF
5、LOW软件用到的就是有限元法。有限元分析的一般过程是：1、建立几何模型2、选择单元类型3、定义材料特性4、划分网格5、检查模型6、定义边界条件7、计算求解8、结果分析。本实验所用的分析软件就是MOLDFLOW，其建立有限元分析模型过程也是按照这一基本过程进行。在CAE分析过程中，对塑件成型过程中可能出现的气穴，熔接痕等缺陷给出了一定的预测，并结合成型过程中的成型工艺，浇口位置等给出了缺陷出现的一些参考原因以及改善方法。1 实验目的（1） 本实验是自选一塑件，对其进行CAD三维建模，然后进行成形分析。其中CAD主要包括实体特征的建立、曲面特征的创建、零件设计变更、零件装配的基本操作和工程图的制作
6、；CAE部分主要包括MOLDFLOW应用初步，可对塑件进行充填、保压、冷却、分子取向、翘曲、浇口位置等分析，预测选定件可能出现的缺陷，并分析其原因，并提出解决办法，以实验来验证所提出解决办法的可行性。2 实验平台简介（2） CAD平台：PROE/5.0是一个CAD/CAE/CAM的集成化的应用软件，它本身包括设计分析和制造功能，三种活动可以在统一的平台下进行，它广泛应用于汽车、航天航空、电子、模具、玩具、工业设计和机械制造等行业。其三维建模功能强大，其基于特征的建模方法对建模带来了很大的便利，同时实现尺寸驱动也使零件模型设计修改更加方便。主要特征建模方法有拉伸、旋转、扫描、混合、扫描、钻孔、抽
7、壳、加强筋等造型方法。 PROE/5.0全数据相关性保证了整个设计、分析和制造数据的一致性和相关性，能保证各个过程的联动。并且PROE/5.0还能实现装配后的模型动画仿真，模拟零件工作过程。但PROE/5.0分析能力一般，故此实验只用其三维建模功能，为CAE分析提供一个实体模型。CAE系统基于几何模型定义分析模型（如有限元网格的自动划分），因此PROE/5.0建立的几何模型便是CAD/CAE两者之间的纽带。本试验中为了让CAD实体几何模型导入到CAE分析软件中，在建模过程中要将实体几何模型保存副本为STL文件格式，并在PRO/E5.0建立的浇道草绘线存为IGS文件格式。（3） CAE平台：MO
8、LDFLOW是一个模拟塑料成型的软件，多用于注射成型，其能准确反应塑胶制品在成型过程中的充填过程，体积收缩，熔接痕，气穴，冷却效果以及变形等情况。其分析流程主要是导入分析的实体模型、网格划分、设置浇口位置，定义材料、定义成形工艺及参数、分析求解、后处理。其分析类型有充填、流动、冷却、冷却+流动+翘曲、流动+翘曲、浇口位置、快速充填。我们可以根据实际生产需要，选择合适的分析类型。在本实验中，我们将用它对小风扇的注塑零件做充填分析，个别塑件还将做冷却+流动+翘曲分析。通过MOLDFLOW模拟这个注塑零件的成型过程，预测成型后出现的气穴、熔接痕等缺陷。在分析这些缺陷产生的原因后，再适当改变注塑工艺，
9、浇口位置等，以改善气穴、熔接痕等缺陷。在改变注塑工艺，浇口位置后再次用MOLDFLOW模拟这个注塑零件的成型过程，对比结果，观察缺陷是否改善或改善的程度。3 实物零件简介及设计要求（1） 实物（图1）是一个小风扇，它是由前外壳（图2）、后外壳（图3）、叶片（图4）、电机底座（图5）、电机 (图6)、支架(图7)。 （2） 设计要求：（3） 用PROE/5.0建立各个组建的模型，并建立装配关系。（4） 对于选定作为CAE分析的零件存为STL文件格式，建立的浇道草绘线则存为IGS文件格式。4 CAD组件设计1、前外壳：先在front面拉伸出一个环，作为前外壳的主框架，再在主框架上，用扫描伸出项做出
10、一条支架，阵列从而完成其他的支架，然后再根据支架末端确定一个基准面，并在此基准面上拉伸出前外壳中心的圆饼，最后在指定位置倒圆角。（完成后如图2）。图1图2图3图4图5图6图7 图8 图9图112、后外壳：先在front面拉伸出一个环，作为后外壳的主框架，再在主框架上，用扫描伸出项做出一条支架，阵列从而完成其他的支架，然后用旋转命令旋转出后盖，并用拉伸阵列等命令做出后盖上相应的孔，最后在适当位置倒圆角（完成后如图3）。3、叶片：a拉伸两圆柱曲面；b建立一个基准平面DTM1并建立基准点，这些点分别大为小圆柱面上两圆柱边与FRONT面和DTM1面的交点；c分别以这些点建立两个基准平面DTM2 和DT
11、M3，并在基准平面DTM2 和DTM3中面中草绘一条直线，注意这两条线的方向。另外在草绘线时需要使用刚才建立的点作为参考，作曲线投影，将两条直线分别向对应的圆柱面投影；d点击边界混合工具，选择刚才建立的两条曲线，建立曲面并加厚处理，阵列得到四个叶片，在拉伸出扇叶中心部分，倒角扇叶及扇叶中心部分；e将a中拉伸的曲面和草绘线及投影的曲线隐藏。（a、b、c、d、e过程如图11）4、 电机底座：旋转即可得到（完成后如图5）。5、电机：用拉伸命令做出一个圆柱作为电机线圈部分，在拉伸做出动力输出轴（完成后如图6）。6、支架：此零件为对称结构，利用扫描即可完成一边，然后再镜像就可以完成，再在支架装配的地方打
12、一个销孔。（完成后如图7）。7、建立简单装配关系，每个零件分别用基准轴、基准面通过配对或对齐的方式按实物图装配。装配好的模型如图8、9爆炸图为图10。 5 成型过程CAE分析及讨论5.1建立有限元分析模型1. 所选分析零件为电机底座，并在PROE/5.0中打开其PRT文件后将其保存为STL文件格式。2. 打开MOLDFLOW软件，新建工程命名为“电机底座”，导入从PROE/5.0中已建好的实体模型STL文件，选择fusion网格类型，文件单位指定为毫米。3. 对零件进行网格划分，全局网格长选择默认的，立即划分网格。4. 网格划分好后进行网格统计（注意在fusion中，必须要自由边为0，最大纵横
13、比小于6，若要进行翘曲分析，则匹配率也应达到90%以上）。统计结果为自由边为0，最大纵横比为41.91，匹配百分比84.5%，由于匹配百分比84.5%不符合要求，本实验中不能进行冷却+流动+翘曲分析。对网格进行修改，用插入节点和合并节点等方法将最大纵横比修改到6以下。5. 检查模型5.2最佳浇口位置分析1. 复制5.1中建立的有限元分析模型。2. 将分析类型改为浇口位置。3. 立即分析。4. 分析结果（如图12）图125.3根据最佳浇口位置进行充填初步分析1 根据5.2中分析的最佳浇口位置，在PROE/5.0中找到相应位置，并以草绘方式建立浇道的草绘线，保存为IGS文件格式。2 在MOLDFL
14、OW中添加上一步建好的浇道草绘线的IGS文件，并更改流道草绘线的属性类型为冷流道，再更改其属性为椎体。3 对浇道草绘线划分网格，浇道草绘线变为椎体柱。4 分析类型选择充填。5 设置分析时的注塑材料为PP-7533，种类为POLYPROPYLENES (PP)。 图136 将浇道末端设置为浇口位置，工艺控制选择默认。7 连通性检查。8 立即分析。9 分析完成，查看分析结果。（此处主要查看气穴和熔接痕分析结果分别见图13、图14）图145.3充填初步分析结果讨论。从分析结果可以看出塑件在充填过程中出现一些气穴和熔接痕，现给出其产生可能的原因和相应的改善方法。5.3.1气穴产生可能的原因及改善方法在塑料溶料填充型腔时，多股融料前沿包裹形成的空腔或者融料填充末端由于气体无法排除导致填充不完全时会产生气穴。另外在空气无法从排气孔或镶埋件的缝隙逃逸时，一般出现在最后填充的区域，假如这些区域的排气孔太小或者没有排气孔，就会造成气穴。具体表现在：1 流道和浇口 浇口位置应设置在塑件的厚壁处；直接浇口产生真空现象比较突出，应尽量避免选用；如果浇口形式无法改变。可通过延长保压时间，加大供料量，减小浇口锥度等方法进行调节；缩短和加宽细长狭窄的流道，消除流道中的贮气死角，排除模具排气不良的故障。2 合理设置排气孔 排
