汽車部件注塑模具CAE研析及優化設想探究

來源: www.tcwpwd.live 作者:lgg 發布時間:2013-01-03 09:00 論文字數:38000字
論文編號: sb201301021313155493 論文地區:中國 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文 論文價格: 150
隨著CAE技術在注塑行業的應用,通過模流軟件的分析結果,可直觀地發現塑件在成型后可能出現的缺陷,并有針對性地提出改進方案或修改設計參數,從而避免在實際生產中進行反復的試模,降

1緒論


1.1研究背景和意義
隨著科技的進步和生產技術的快速發展,工程塑料因其優良性能被廣泛地應用于電子電器、汽車、家電、機械設備等諸多行業。而隨著塑料在汽車工業的廣泛應用,汽車塑料化己成為衡量汽車工業發展水平的重要標志。有資料顯示:發達國家的塑料在汽車上的用量從20世紀70年代的50?60kg/輛到21世紀初已發展到100~120kg/輛,且增長還在繼續。同時塑料制汽車部件己由汽車內飾件擴展到車身、外裝件和功能結構件。據媒體披露,英國于2007年11月推出了全塑轎車。"以塑代鋼"、"以塑代木"已成為當今世界發展的趨勢。汽車工業的快速發展,使得工藝設計水平愈來愈制約其發展速度,如何提高汽車零件的制造水平和成型工藝水平己迫在眉睫。CAE技術在汽車領域中的應用,可使制品和模具在設計階段通過計算機對成型過程進行模擬,提前發現潛在的問題并有針對性地進行改進和完善,為企業帶來經濟效益,對汽車工業的制造加工有著重要的意義。


1.2汽車零部件在國內外研究現狀


1.2.1國外研究現狀
Seong Sik Cheon、 Jin Ho Choi等對汽車保險杠的材料選擇進行分析,指出采用復合材料有顯著優勢,文中塑件的材料選用玻璃纖維環氧復合物。通過分析表明復合材料的性能明顯優于其他材料,為汽車的輕量化做出了努力。C.KJung. L.S.Ba等對汽車保險杠的表面質量進行了研究。通過對汽車保險杠選用的材料表面進行處理,提高了塑件材料的表面質量,并對其驗證。C.K. Au在假設流動速率與塑件壁厚成比例的基礎上,利用幾何方法研究了邊界層流動問題,利用該幾何法給出填充模式一個近似解,使塑件得到較好的充填。并通過對汽車儀表板塑件的充填驗證了該方法的其可行性。盡管它的研究環境是在注塑成型中,但這種方法同樣可應用于其他領域。Yung-Kang Shen等[5]針對注塑成型中加工條件和設計參數缺少參照問題,通過對薄壁產品的注塑過程中的繞口位置數值計算,利用對電子詞典的電池蓋的注塑加工驗證了塑件得到了較好的充填。Hasan Oktem等[6]運用田口方法調整工藝參數,對薄殼產品成型中由收縮不均勾引起的翹曲變形進行優化。通過多組Moldflow分析出的數據進行正交實驗,找出影響翹曲和收縮的工藝參數,并進一步找出薄壁塑件成型中的最佳工藝參數,使產品翹曲和收縮提高了 2.17%和0.7%,驗證了通過田口方法對翹曲問題優化是非常有用的工具。.T.GKovacs, B. Sikl6[7]對熔接線形成原因進行分析并通過修改有限元網格優化熔接線。熔接線的數值計算結果要與實驗結果對比,通過不同流動長度測量熔接線角度,比較三種不同網格下的熔接線角度對其進行優化。由上述文獻可看出,國外對汽車塑料零部件的研究主要集中在原材料使用性能及注塑成型過程中的理論研究,為汽車輕量化做出了努力及對注塑成型過程中的理論研究做出了 一定的貢獻。


1.2.2 國內研究現狀
劉曉藝[8]利用Moldflow軟件對汽車儲物盒的上下蓋進行充填、流動、冷卻及翹曲模擬分析,通過分析結果對澆注系統進行了設計優化,據此指導塑件在實際中的加工生產。王茂軍[9]應用Moldflow對注塑件轎車B柱下護板成型過程進行仿真模擬,結合產品自身的特點設計出了四套繞注系統的方案,通過流動分析預測熔融的塑料在型腔內的流動充填情況得出最佳的澆注系統,并在此基礎上對模具表面溫度設定幾組不同的溫度值得出最佳的模具表面溫度和最佳的熔體溫度,從而找出最佳的注塑壓力和保壓壓力。該文利用Moldflow軟件優化得到了最佳的繞注系統、模具表面溫度(25°C)、熔體溫度(2251:)、注塑壓力(61.26MPa)和保壓壓力(49.01Mpa),并將得到的最佳工藝參數應用到實際的注塑工藝中。


2模流分析理論基礎及汽車儀表板前處理


2. 1注塑過程模流分析理論基礎
塑料熔體的充填過程是一個粘彈性、非穩態、非等溫不可壓縮流動與傳熱的復雜過程。熔體的流動滿足連續性方程、動量定理及能量守恒方程,但對其流動做精確描述比較困難,故在實際應用中,需對粘性流體力學的基本方程做適當的假設。
(1) 聚合物熔體可表示為廣義牛頓流體,熔體在型腔中的流動可視為廣義Hele-Shaw流動,因此熔體的注塑過程中的流動可視為擴展層流。于是z向的速度分量可忽略(w=0),且認為壓力不沿Z向變化,即1^ = 0 。
(2) 在注塑流動過程中,可認為熔體是不可壓縮的,g1]Vp = 0。并假設前沿位置在厚度方向不變。
(3) 熔體厚度方向的流速分量可忽略不計,且壓力不沿厚度方向變化。
(4) 由于熔體粘度大,故忽略正應力,僅考慮剪切應力。此外還可忽略熔體的彈性效應。
(5) 在熔體流動方向上,相對于熱對流而言,熱傳導很小,(佩克萊特數Pe>102),可忽略不計。此外熔體中不含熱源,即q=0。
(6) 熔體在注塑階段的溫度變化很小,其定容比熱容和熱導率視為常數。
(7) 忽略熔體前沿附近的噴氣式流動影響。


3 澆注系統設計及優化............................ 20-31
    3.1 注塑模澆注系統組成............................  20-22
        3.1.1 主流道............................  20-21
        3.1.2 分流道............................  21
        3.1.3 澆口 ............................ 21-22
    3.2 澆口位置及數量確定............................  22-24
    3.3 澆注系統設計及優化............................  24-29
        3.3.1 主流道管徑計算............................  24-25
        3.3.2 分流道管徑計算 ............................ 25
        3.3.3 點澆口管徑計算 ............................ 25-26
        3.3.4 分析結果比較............................  26-29
    3.4 本章小結............................  29-31
4 冷卻系統設計及優化............................  31-38
    4.1 冷卻分析簡介 ............................ 31
    4.2 冷卻分析作用 ............................ 31-32
    4.3 冷卻系統設計原則............................  32
    4.4 冷卻管道設計計算............................  32-33
    4.5 冷卻系統設計及優化 ............................ 33-37
        4.5.1 冷卻系統設計............................  34-35
        4.5.2 改進前后冷卻結果............................  35-37
    4.6 本章小結 ............................ 37-38
5 翹曲變形優化............................  38-43
    5.1 塑件翹曲變形原因............................  38-39
    5.2 翹曲變形模擬目的............................  39
    5.3 翹曲結果分析及優化............................  39-42
        5.3.1 翹曲分析............................  39-40
        5.3.2 翹曲優化............................  40-42
5.4 本章小結 ............................ 42-43


結論


隨著CAE技術在注塑行業的應用,通過模流軟件的分析結果,可直觀地發現塑件在成型后可能出現的缺陷,并有針對性地提出改進方案或修改設計參數,從而避免在實際生產中進行反復的試模,降低了制造成本,縮短了模具的開發周期,提高了產品質量。因此結合CAE技術是今后模具設計發展的必然趨勢。
本文以某款汽車塑料儀表板為研究對象,以Pro/E軟件為工具進行三維建模,通過總結CAE技術在國內外汽車零部件注塑成型過程中的研究現狀,運用CAE模擬分析軟件Moldflow,并結合聚合物流變學和傳熱學對模具澆注系統及冷卻系統進行設計計算,根據模擬結果有針對性地調整設計方案,最終提高了產品質量及生產效率。本論文的研究可得出如下結論:
(1) 運用MoldFlow軟件對注塑模具澆口位置初步分析找到最佳澆口位置。利用流動分析對澆口位置及數量進行優化分析,最終確定最佳的澆口位置及最佳澆口數量。
(2) 根據聚合物流變學理論基礎,對汽車儀表板制件的澆注系統中的主流道、分流道和澆口管徑進行設計計算,通過模擬分析結果發現熔接痕是該設計中出現的最大缺陷,通過改變澆口類型對其改進優化。通過對改進后的澆注系統模擬分析,有效減少了熔接線的長度和數量,并使體積收縮提高了 0.03%。
(3) 結合傳熱學理論,對制件的冷卻系統中冷卻管道管徑進行計算,并結合制件結構特點進行管道布置,運用冷卻分析模塊對初步設計的冷卻系統進行模擬分析,通過分析結果對冷卻系統進行了合理的優化設計,優化后使得塑件改進前后的冷卻時間從13.34s降低到12.90s,冷卻效率提高了 3.3%;使開模時間從4.279s提前到4.150s,提前了開模時間,縮短了冷卻周期,提高了生產效率。
(4) 通過翹曲分析模塊,對汽車儀表板成型后的翹曲結果進行了模擬分析,結合分析結果找出收縮不均勻是造成制件產生翹曲變形的主要原因,通過改變保壓曲線使得制件總翹曲變形量由優化前的0.4926mm降低到0.418mm,減少了 15.1%。大大降低了制品成型后的翹曲變形量。


原文地址:http://www.tcwpwd.live/jxlw/5493.html,如有轉載請標明出處,謝謝。

您可能在尋找機械論文方面的范文,您可以移步到機械論文頻道(http://www.tcwpwd.live/jxlw/)查找


二年级看图写话下课了