红英扇外壳的注塑模具设计-塑料注射模含NX三维及10张CAD图带模流
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第10章 Moldflow的注塑模拟成型分析10.1 成型模拟简述本次课题设计主要利用MoldFlow软件对浇注系统进行分析,了解塑件在成型过程中的状态以及其成型性能。在Moldflow软件中,选用其中的MPA模块,这个模块对注塑模具方面的许多问题都能提供比较近似的解决方案,完美结局有关塑料模具方面的问题。本次分析的成型过程主要包括收缩痕、气泡和熔痕分析、充填性能分析、流动分析、预测成型的质量以及选择最佳的浇口位置。这次设计使用MPA模块的过程只是进行相对简单的分分析。对注塑机的参数设置如下所示:注塑机参数: 最大注塑机锁模力 = 7.0002E+03 tonne 最大注射压力 = 1.8000E+02 MPa 最大注塑机注射率 = 5.0000E+03 cm3/s 注塑机液压响应时间 = 1.0000E-02 s 工艺参数: 充填时间 = 1.9000 s 自动计算已确定注射时间。 射出体积确定 = 自动 冷却时间 = 20.0000 s 速度/压力切换方式 = 自动 保压时间 = 10.0000 s 螺杆速度曲线(相对): % 射出体积 % 螺杆速度 0.0000 100.0000 100.0000 100.0000 保压压力曲线(相对): 保压时间 % 充填压力 0.0000 s 80.0000 10.0000 s 80.0000 20.0000 s 0.0000 环境温度 = 25.0000 C 熔体温度 = 230.0000 C 理想型腔侧模温 = 50.0000 C 理想型芯侧模温 = 50.0000 C表10-1 注塑机参数设置对注塑模流材料做如下设置10.2成型过程分析在Moldflow界面导入UG所绘制的三维模型,首先确定软件的分析单位,然后对塑件产品进行 网格划分。网格划分是有效分析的先决条件。塑件的网格划分的方法主要有以下三种:中性面、零件表面、3D数模,如图9-1所示。图10-1网格划分方法在MOLDFLOW软件中选择菜单,导入绘制的模型,对壁厚开始分析以及统计曲面网格。本课题采用双层面(双面流)的方法对塑件进行网格划分,分析的内容项目主要包括塑料熔体的平衡流动、模具是否困气、模具的冷却、产品的熔接痕以及注塑后可能发生的产品变形等。通过软件对塑件进行网格划分,模型细节如下所示。模型细节 : 网格类型 = 双层面 网格匹配百分比 = 90.2 % 相互网格匹配百分比 = 90.5 % 节点总数 = 8593 注射位置节点总数 = 1 注射位置节点标签是: 546 单元总数 = 16238 零件单元数 = 16238 主流道/流道/浇口单元数 = 0 管道单元数 = 0 连接器单元数 = 0 分型面法线 (dx) = 0.0000 (dy) = 0.0000 (dz) = 1.0000 三角形单元的平均纵横比 = 3.8573 三角形单元的最大纵横比 = 56.8747 具有最大纵横比的单元数 = 5832 三角形单元的最小纵横比 = 1.1643 具有最小纵横比的单元数 = 33827 总体积 = 89.3110 cm3 最初充填的体积 = 0.0000 cm3 要充填的体积 = 89.3110 cm3 要充填的零件体积 = 89.3110 cm3 要充填的主流道/流道/浇口体积 = 0.0000 cm3 总投影面积 = 177.7118 cm2表9-2 塑件的网格参数在对注塑机的参数设置完毕后,还需要设定需要进入模流分析的参材料参数,本次设定的是热塑性材料,他的详细数据与参数如下所示。材料数据 : 树脂 : (0% Rubber) : Monsanto Kasei pvT 模型: 两域修正 Tait 系数: b5 = 366.0300 K b6 = 2.5500E-07 K/Pa 液体阶段 固体阶段 -b1m = 0.0010 b1s = 0.0010 m3/kgb2m = 6.1390E-07 b2s = 3.0210E-07 m3/kg-Kb3m = 2.0321E+08 b3s = 2.5425E+08 Pab4m = 0.0053 b4s = 0.0043 1/Kb7 = 0.0000 m3/kgb8 = 0.0000 1/Kb9 = 0.0000 1/Pa 比热(Cp) = 2400.0000 J/kg-C 热传导率 = 0.1800 W/m-C 粘度模型: Cross-WLF 系数: n = 0.2808 TAUS = 7.0508E+04 Pa D1 = 1.2400E+11 Pa-s D2 = 373.1500 K D3 = 0.0000 K/Pa A1 = 25.8490 A2T = 51.6000 K 转换温度 = 100.0000 C 机械属性数据: E1 = 1200.0000 MPa E2 = 1200.0000 MPa v12 = 0.4300 v23 = 0.4300 G12 = 419.6000 MPa 热膨胀(CTE)数据的 横向各向同性系数: Alpha1 = 0.0001 1/C Alpha2 = 0.0001 1/C表10-3 材料数据10.3 充填时间分析充填的时候,塑料熔体沿着流道进入模腔,设计的时候将4个浇口的流道设计成相等的长度,塑料熔体容易开始注入到到达浇口的时间是相等的。进入型腔之后,同时充填各个部分。如下图所示,深蓝色的部位是填充时间最短的区域,相反,红色区域就是填充时间最长的区域,也就是说红色区域是塑料熔体最迟到达的地方。不填充的区域讲没有任何颜色。下图比较清楚地显示了整个模腔的充填时间。图10-2 充填时间从上图分析可以得出,该模具型腔每一个部位都得到了塑料熔体的填充,填充的效果还是比较好的,这就表明塑料熔体的流向比较均匀,在最后填充的额部位,塑料熔体到达的时间都是相同的。软件分析塑料熔体的充填时间大约为5.293s。10.4流动前沿温度分析流动前沿温度是的是塑料熔体充填一个节点时的中间流温度,这个温度是充填过程中流动波前温度的分布,它代表的是流道截面中心的温度,通常情况下不会有太大的变化。熔接线首先形成的地方是在截面的中心,所以,如果流动前沿的温度高,熔接线强度一般都会高;若流动波前温度下降的趋势比较快,接近于凝固温度,那就会阻碍了后面塑料熔体再进入这个区域,产生短射。在壁厚较薄的地方,有可能会出现不能充填的情况,在软件中,这个区域没有温度显示。分析的结果如下图所示。图10-3 流动前沿温度图中的红色区域表示流动前沿温度比较高,塑料熔体都可以充填这些区域。蓝色区域表示这些部位流动前沿温度比较低,可能会发生塑料溶体凝固的现象,导致溶体停滞流动或者流速过满。结果:流动前沿温度最高为232.4,最低式204.5。10.5 顶出时体积收缩率顶出时的提及收缩率指的是堵料溶体最初进入模具型腔之后的体积与熔体保压冷却成型以后的体积比。体积收缩率的分析如下图所示。图10-4 体积收缩率从图中的分析数据可以得出,顶出时的体积收缩率为7.485,越靠近流道末端,收缩率越小,蓝色区域的收缩率最小。10.6 锁模力的分析在注塑过程中,当定模与动模在注塑机的作用下合模,就会产生一定的锁模力,锁模力会随着时间的变化 而发生变化。锁模力与注塑机的额定锁模力相互紧密联系,也与塑件在Z轴方向上面的投影面积、成型压力存在一定的函数关系,软件所模拟的结果一般不应该超过近注塑机额定锁模力的80%,以确保安全。对模具进行锁模力分析的结果如下图所示。图10-5 锁模力xy图由上图可以看出,锁模力也随着注塑机开始注塑而发生变化,在塑料熔体进入模具型腔后,锁模力逐渐增加,大约完成一次塑件注塑周期之后,锁模力达到最大,之后进入压力逐渐减小的阶段。结果:需要最大锁模力约为900T。10.7 冻结层因子分析冻结层因子是取一个中间值,跟随时间的变化,冻结层因子也随之变化,从最小的取值一直到最大的取值。冻结层因子其数值范围在0-1之间,其理想状态是在一个恒定的值,在充填的过程中,冻结层一般都应该在恒定的厚度之间,使得每个部位流动的连续均匀。冻结层因子的分析结果如下图所示。图10-6 冻结层因子从图上可看出塑件在35.27S时已经凝固下来。10.8 熔接痕分析塑料熔体在不同的浇口进入型腔之后,跟随型腔的外形缓缓流动,在流动的过程中,例如熔体相遇的地方就有可能会出现熔接痕,类似熔体相遇的区域,出现熔接痕的概率就会越大。熔接痕是塑件结构上的一种瑕疵或缺陷,尤其是一些对外观要求比较高的产品来说,更是一种致命的影响,严重影响着塑件的正常使用。一般来说,影响熔接痕的因素有很多,包括注塑工艺的参数(温度、注射压力、保压压力、注射速度和时间等)、模具的结构(浇注系统、排气系统、冷料井、温度控制系统、型腔型芯的表面粗糙度)等。在Moldflow软件中进行模拟分析,可以看出熔接痕大概会出现的区域,如下图所示。图10-7 熔接痕10.9 变形量分析变形量主要与材料的收缩率有关系,不同材料的收缩率都是不一样的,收缩是注塑过程中塑料本身的一种变形属性,这种收缩与模具结构、浇口的位置等的因素没有太大的联系。通过软件的分析,我们可以提前知道塑件在注塑成型后的变形状况,但是这个情况只是接近,并不完全是这样,需要对实际的情况进行分析。总变形量如下图所示。图10-8 总变形量从以上各图可以得出总的变形量2.521mm,其余XYZ方向如图以及其余模流分析报告与数据,均可以查看附件HTML动态REPORT所示。10.10 温度、零件在注塑充填完成后,塑件需要通过冷却水道来降温,通过一定时间后,冷却至合适的温度后才可以开模和脱模,冷却后的结果值如下图所示。图10-9 温度、零件从上图可以看出,塑件完成冷却后的温度在50度左右,人体可以接触。冷却效果非常好,证明水路的设计合理。12
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