綜合實驗報告
（計算機類）
題目: 吹風cad建模及成型過程cae分析
學院: 材料科學與工程
年級 、專業: 2010級材料成型及控制工程
學生姓名: 牟俊宇
學號: 312010
指導教師: 彭必友王巨集斌
開題時間: 2013 年 1 月 7 日
完成時間: 2013 年 1 月 18 日
目錄摘要2
引言31實驗目的3
2 實驗平台簡介3
3實物零件簡介及設計要求4
4 cad元件設計5
5 成型過程cae分析及討論6
5.1 前處理6
5.1.1 網格劃分6
5.1.2 網格檢驗與修改6
5.1.3 設定澆道,模腔等7
5.2 計算並分析7
5.2.1 計算7
5.2.2 缺陷分析8
5.3 後處理（解決方案9
6 總結11
參考文獻11
中文摘要
本次實驗是對吹風機實物,建立各個零件的三維cad模型,並最終在cad軟體中裝配為乙個整體.再通過cae軟體對吹風機乙個零件進行有限元法引數化模型,並設定工藝引數進行分析零件缺陷.cad實驗過程中應用了曲面的一些基本造型方法,再用pro/e中一些基本的拉伸、倒角等命令對零件進行修飾.
cad建模完成以後再通過有限元分析軟體moldflow對零件進行缺陷分析,發現零件存在熔接痕、氣孔等缺陷,然後提出解決辦法,重新設定了工藝引數等對零件進行了進一步的修改.
關鍵詞： 吹風機,三維數位化建模,有限元法,裝配,缺陷
引言模具行業試國家工業發展的重要基礎行業，各種先進技術應首先應用於模具行業，cad/cae技術作為一項重要的技術手段，正越來越廣泛地在模具行業得以應用。本文闡述了cad/cae技術的發展歷程，以及在模具結構設計和分析過程中的一般應用形式，闡述了cad/cae技術的應用中的發展趨勢。隨著科學技術的不斷進步和社會的高速發展，產品更新換代越來越快。
無論是工業產品還是家電產品，大多數應用模具成型。因此，產品對模具的精度要求越來越高、越來越普及。由於模具是典型的技術密集型產品，為了表達清楚設計意圖，設計人員必須花費大量的時間來繪製模架、頂桿、滑塊等結構相對固定的零部件。
目前，cad/cae的發展，為廣大模具設計人員提供了方便。特別是近幾年來，模具cad/cae技術發展很快，應用範圍日益擴大，並取得了可觀的經濟效益。
1 實驗目的
（1）：
本實驗是自選或自行設計一鑄件，對其進行cad三維建模，然後進行成形分析。其中cad主要包括實體特徵的建立、曲面特徵的建立、零件設計變更、零件裝配的基本操作和工程圖的製作；cae部分主要包括hzcae應用初步，可對鑄件進行純凝固、純充型、流動傳熱耦合分析和基於耦合的凝固分析等，**選定件可能出現的缺陷，並分析起原因，並提出解決辦法，以實驗來驗證所提出解決辦法的可行性。
（2）：
本實驗是自選或自行設計一塑件，對其進行cad三維建模，然後進行成形分析。其中cad主要包括實體特徵的建立、曲面特徵的建立、零件設計變更、零件裝配的基本操作和工程圖的製作；cae部分主要包括moldflow應用初步，可對塑件進行充填、保壓、冷卻、分子取向、翹曲、澆口位置等分析，**選定件可能出現的缺陷，並分析起原因，並提出解決辦法，以實驗來驗證所提出解決辦法的可行性。
2 實驗平台簡介
（1）cad平台
pro/engineer
pro/e是美國ptc公司率先在計算機輔助設計系統中提出了引數化的概念而成功的開發出的cad/cam/cae一體化的三維軟體。它以引數化為基礎、以三維造型為設計模式的pro/e系統改變了傳統設計觀念，帶動了整個行業的發展。其功能如下：
1、特徵驅動（如凸台、槽、倒角、腔、殼等）；
2、引數化（引數可以為尺寸、圖樣中的特徵、載荷、邊界條件等）；
3、通過零件的特徵之間、載荷邊界調節與特徵引數之間（如表面積等）的關係來進行設計；
4、支援大型、複製組合件的設計；
5、中貫穿所有的完全相關性。
（2）cae平台
moldflow plastics insight 6.2
mpi使用有限元網格進行計算分析，可以提供深層次的模擬分析，分析成型過程中各個階段的具體引數變化情況，**產品各種成型缺陷，實現進行產品和模具的優化。mpi提供了整套的工具來為客戶進行全方位的分析：確定塑膠材料，確定澆口位置，平衡澆注系統，評估冷卻系統，優化生產週期，發現和控制產品產生的流痕、縮水及翹曲等缺陷。
缺陷主要有下列幾種：
短射、滯流、噴射、流痕、燒傷、熔接線、氣泡、剪下力過大、收縮不均、縮水凹痕、翹曲變形等。
3 實物零件簡介及設計要求
圖 1 吹風機圖2
名稱：吹風機殼體
組成：手柄、圓筒、後蓋
4 cad元件設計
（1） 採用pro/e軟體，在草繪介面先畫出4條曲線，通過邊界混合命令畫出圓筒的曲面，再通過對曲面加厚形成殼體，然後同樣畫出支架的曲線與邊界混合命令形成殼體。最後將所有曲面合併再實體化，抽殼，倒角，形成圖示零件。
圖3.圓筒
（2） 新建零件，草繪出乙個截面，然後使用旋轉命令畫出乙個大概圖形，再草繪乙個圓形截面拉伸切除材料形成通風口，通過偏移命令，偏移出5個通風口，再通過陣列，就可得到乙個圓形通風口。同理可得外沿上的所有通風口，最終形成如圖4所示零件。
圖4.後蓋
3）新建零件，採用，圓弧，曲線草繪出乙個截面，再通過拉伸可得到乙個大致圖形，再通過拉伸切除材料，倒角，打孔等命令可形成如圖5所示手柄。
圖5.手柄
4）新建元件，匯入先前儲存的三個零件，通過約束一些面重合，中心線重合來達到完全約束，最終得到如圖6的完整吹風機。
圖6.吹風機
5 成型過程cae分析及討論
5.1 分析前處理
5.1.1 網格劃分
（1） 在pro/e中儲存零件副本為.stl格式，如圖所示
（2） 在moldflow中新建工程檔案text1並匯入.prt檔案;
圖7. 圓筒stl格式
（3） 設定好網格的基本引數，準備劃分網格；
（4） 網格劃分完成如圖8所示。
圖 8.網格劃分
5.1.2 網格檢驗與修改
（1） 對已劃好網格進行統計，若不合要求，再進行網格診斷，如圖9,圖10.
圖9.網格統計圖10縱橫比診斷
（2） 使用節點工具修改不合要求網格，使匹配大於90%，縱橫比小於10，如圖11,圖12.
圖11.網格統計2圖12.縱橫比診斷2
5.1.3 設定澆道,模腔等.
（1）對零件進行複製,並在零件上任選一處作為澆口，使用建模命令中的流道系統嚮導設定流道做成一模兩腔結構，如圖13所示；
（2）對所零件設定冷卻系統，如圖14所示；
圖13.一模兩腔圖14.冷卻系統
(3) 設定分析順序為,冷卻-充填.
5.2 計算並分析
5.2.1 計算.
(1)moldfolw計算如圖15所示.
圖15計算資料
5.2.2 缺陷分析.
(1)熔接痕。塑件表面的一種線狀痕跡，系由注射或擠出中若干股流料在模具中分流匯合，熔料在介面處未完全熔合，彼此不能熔接為一體造成熔合印跡，影響塑件的外觀質量及力學效能。從形成熔接痕的原因而言，要減少熔接痕，就要降低注射或擠出過程中物料的「分流後匯合」現象發生的可能性。
圖16.吹風機圓筒的熔接痕
（2）氣穴。在塑料填充型腔時多股熔料前沿包裹形成的空腔或者熔料填充末端由於氣體無法排出導致填充不完全的現象.澆口和流道設計不合理澆口位置應設定在塑件的厚壁處直澆口出現真空的現象比較突出盡量避免選.
圖17,吹風機圓筒的氣穴
(3)充填時間。在設定不同澆口位置時會產生不同的
充填時間，所以設定良好的澆口位置會使充填時間
大大縮短。
圖19.充填
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