基于Moldflow的汽車保險杠成型分析及產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計

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高職教師在職攻讀碩士學(xué)位：工程碩士 碩士學(xué)位論文 論文題目： 基于 汽車保險杠成型分析及產(chǎn)品 優(yōu)化設(shè)計 作者姓名 指導(dǎo)教師 學(xué)科專業(yè) 所在學(xué)院 提交日期 2015 年 11 月 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 汽車保險杠成型分析及產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計 作者姓名： 教師： 浙江工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院 2015 年 11 月 of 015 浙 江 工 業(yè) 大 學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工 作所取得的研究成果。除文中已經(jīng)加以標(biāo)注引用的內(nèi) 容外，本論文不包含其他個 人 或集體 已 經(jīng)發(fā) 表 或撰 寫 過的 研 究成果 ， 也 不 含為 獲 得浙 江 工業(yè) 大 學(xué)或 其 它教育 機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均 已在文中以明確方式標(biāo)明。本人承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保 留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借 閱 。本 人 授權(quán) 浙 江工 業(yè) 大學(xué) 可 以將 本 學(xué)位 論 文的 全 部或 部 分內(nèi) 容 編入 有 關(guān)數(shù) 據(jù) 庫 進(jìn)行檢索，可 以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 1．保密 □ ，在 年解密后適用本授權(quán)書。 2．不保密 □ 。 （請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打 “√”） 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 I 基于 汽 車保險杠成型分析及產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計 摘 要 傳統(tǒng)的模具設(shè)計主要是嘗試 法，制模周期長，風(fēng)險大。利用 件 技術(shù)能在制模前期發(fā)現(xiàn)可能存在的問題 ， 從而縮短開發(fā)周期 ， 降低生產(chǎn)成本 ， 從 而提升企業(yè)的核心競爭能力。 論文首先利用 件對保險杠進(jìn)行模流分析，研究了澆口數(shù)量對充 填時間 、 熔接痕分布 、 流動前沿溫度 、 氣穴分布 、 縮痕指數(shù)和翹曲變形等分析的 影響 ， 最后對 5 點澆口形式下的澆口位置進(jìn)行了優(yōu)化 ， 確定 6 點澆口形式的方案。 模擬結(jié)果表明 ， 在成型工藝參數(shù)不變時 ， 隨著澆口數(shù)量的增多 ， 充填時間逐 步減少 ， 從 3 澆口形式的 少到優(yōu)化方案的 接痕分布位置主要集 中在塑件的邊緣處 ， 數(shù)量隨著澆口數(shù)量的增多也有相應(yīng)的增加 ， 但并不明顯 。 流 動前沿溫差大小從 3 澆口形式的 8℃ 逐漸減少到優(yōu)化方案的 。氣穴分布位 置與熔接痕分布一致。縮痕指數(shù)由 3 澆口形式的 加到 5 澆口形式的 翹曲變形量總體上都大幅降低。 關(guān)鍵詞： 險杠，優(yōu)化設(shè)計，成型分析，翹曲變形 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 F N be in so as to of By of of of is is in is in of of of of is at of of of in is ℃ in in is is in in of is 江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 錄 摘 要 ....................................................................................................................... I .................................................................................................................... 1 章 緒 論 ....................................................................................................... 1 言 ................................................................................................................. 1 車模具行業(yè)的發(fā)展 ..................................................................................... 2 內(nèi)汽車模具行業(yè)的發(fā)展 ................................................................... 2 外汽車模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................................... 3 內(nèi)外汽車行業(yè) 究現(xiàn)狀 ...................................................................... 4 內(nèi)研究現(xiàn)狀 ...................................................................................... 5 外研究現(xiàn)狀 ...................................................................................... 7 術(shù)在注塑成型中的應(yīng)用 ...................................................................... 7 塑成型 統(tǒng)過程和方法 .................................................. 7 術(shù)中的 件 ............................................................. 8 題的背景及意義 ......................................................................................... 9 題的來源 .......................................................................................... 9 景和意義 ........................................................................................ 10 術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用 ............................................................. 11 究內(nèi)容 ............................................................................................ 12 第 2 章 汽車保險杠產(chǎn)品的模流分析前處理 ........................................................... 13 流分析基礎(chǔ) ............................................................................................. 13 車保險杠產(chǎn)品模流分析前的模型處理 ................................................... 14 品參數(shù)分析和成型工藝參數(shù) ......................................................... 14 件的網(wǎng)格劃分與修復(fù) .................................................................... 15 佳澆口位置分析 ............................................................................ 19 章小結(jié) ..................................................................................................... 21 第 3 章 汽車保險杠產(chǎn)品的模流分析及成型缺陷分析 ........................................... 22 案一的模流分析效果 ............................................................................... 24 品厚度分析 ..................................................................................... 24 體充填分析 .................................................................................... 24 品翹曲變形分析 ............................................................................ 27 案二的模流分析效果 ............................................................................... 29 體充 填分析 ..................................................................................... 29 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 產(chǎn)品翹曲變形分析 ............................................................................ 31 種澆口模型分析結(jié)果對比 ....................................................................... 33 章小節(jié) ....................................................................................................... 34 第 4 章 汽車保險杠產(chǎn)品成型工藝的優(yōu)化設(shè)計 ........................................................ 35 化設(shè)計方案 ............................................................................................. 35 化設(shè)計方案的翹曲變形分析 ................................................................. 36 化設(shè)計方案的其它參數(shù)分析 ................................................................. 37 章小結(jié) ..................................................................................................... 38 第 5 章 實驗驗證 ........................................................................................................ 39 驗?zāi)康? ....................................................................................................... 39 驗設(shè)備 ....................................................................................................... 39 驗工藝條件 ............................................................................................... 39 驗材料準(zhǔn)備 .................................................................................... 39 型工藝參數(shù) .................................................................................... 39 流分析結(jié)果的實際生產(chǎn)驗證 ................................................................... 40 第 6 章 結(jié)論與展望 .................................................................................................... 42 論 ............................................................................................................. 42 望 ............................................................................................................. 42 參 考 文 獻(xiàn) ................................................................................................................ 43 致 謝 ............................................................................................................................ 46 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 第 1 章 緒 論 言 中國的注塑產(chǎn)業(yè)在改革開放后取得了很大的發(fā)展 。 在當(dāng)今社會各行業(yè)的注塑 加工制品中，有將近 85％必須通過注塑成型的工藝生產(chǎn)。特別是 2000 年以后， 人們的生活對塑料制品的需求量也越來越大 ， 汽車產(chǎn)品 、 家用電器 、 食品 、 醫(yī)藥 等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對塑料制品的需求也日益增長 ， 從而推動了整個注塑成型技術(shù)水準(zhǔn) 的發(fā)展和提高。 近十年 ， 我國汽車工業(yè)取得了長足發(fā)展 。 前瞻產(chǎn)業(yè)研究 院 《 中國汽車模具行 業(yè)產(chǎn)銷需求預(yù)測與轉(zhuǎn)型升級分析報告 》 顯示 ， 國內(nèi)汽車銷量已由 2001 年的 輛迅速提高到 2014 年的 輛，年均復(fù)合增長率高達(dá) 26%以上，其中 對汽車覆蓋件模具需求量大的轎車年均復(fù)合增長率更是高達(dá) 30%以上 [l]。目前， 中國模具行業(yè)產(chǎn)值超過千億元 ， 汽車行業(yè)作為模具行業(yè)的主要應(yīng)用下游之一 ， 中 國約有 1/3 模具產(chǎn)品為汽車行業(yè)服務(wù)。 中國模具產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾十年來的技術(shù)積累 ， 并在近些年來加大國際交流 ， 狠抓 技術(shù)創(chuàng)新 ， 在生產(chǎn)技術(shù)上已取得明顯突破 ， 企業(yè)具備更強競爭 力 ， 業(yè)內(nèi)預(yù)計 2015 年我國模具產(chǎn)銷值將達(dá)到 3700 億元。 雖然近年來國內(nèi)模具出口不斷增加 ， 國際競爭力水平也有所提升 。 但大多集 中于中低檔領(lǐng)域 ， 模具的技術(shù)水平偏低 ， 附加值偏低 ， 部分高精模具還要依賴進(jìn) 口，所以國內(nèi)的模具制造業(yè)在各領(lǐng)域要加強整合。 在整個發(fā)展過程中，相關(guān)行業(yè)及企業(yè)需登高望遠(yuǎn)，潛下心思，狠抓新技術(shù)、 新工藝方的研究，逐步形成有分工、有協(xié)作、多領(lǐng)域、全方位的科研開發(fā)格局， 推出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模具產(chǎn)品 。 現(xiàn)在我國模具行業(yè)通過引進(jìn)外資 ， 吸收了國 外模具制造的先進(jìn)經(jīng)驗 、 先進(jìn)技術(shù)及高水平人才 ， 我國 模具的設(shè)計和制造水平有 了很大提高。 隨著中國國內(nèi)需求的不斷增加 ， 可以預(yù)計在以后的日子里 ， 中國模具工業(yè)仍 會有較大的增長 。 尤其是汽車工業(yè) ， 已經(jīng)帶動了中國模具工業(yè)的飛速發(fā)展 ， 推進(jìn) 模具企業(yè)的快速轉(zhuǎn)型升級 。 模具專家羅百輝認(rèn)為 ， 大力加強自主創(chuàng)新 ， 各行業(yè)在 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 轉(zhuǎn)變增長方式 、 優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上 ， 都更加需要高水平的模具機(jī)械裝備 ， 為模具產(chǎn) 業(yè)的發(fā)展提供廣闊的發(fā)展空間。 目前，中國面臨著發(fā)達(dá)國家的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展中國家價格優(yōu)勢的雙重壓力 [2]。在中國模具行業(yè)成為一個巨大的挑戰(zhàn)，印度，泰國和東歐國家在最近幾年， 工業(yè)模具發(fā)展十分迅速 ， 其模具的價格也具有很強的競爭優(yōu)勢 ， 中國的模具行業(yè)， 成本和價格優(yōu)勢將逐漸減弱并最終消失。 車模具行業(yè)的發(fā)展 內(nèi)汽車模具行業(yè)的發(fā)展 據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)在的模具生廠廠家已經(jīng)超過 17000 家，從業(yè)人員 60 多萬 [3]。 模具行業(yè)的發(fā)展 ， 已從國有企業(yè)的專業(yè)模具廠形成了社會模具專業(yè)廠 、 合資模具 廠 、 個體模具作坊發(fā)展的形 式 。 隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展 ， 模具 行業(yè)在激烈的市場競 爭中 ， 模具產(chǎn)業(yè)分工也越來越明 確 ， 其都逐漸向高端模具方向發(fā)展 。 現(xiàn)在模具行 業(yè)的發(fā)展 ， 競爭主要集中在模具的質(zhì)量及制造周期上 。 特別是最近幾年汽車行業(yè) 的快速發(fā)展，也帶動了汽車模具產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。 中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀很好地體現(xiàn)了我國在模具工業(yè)發(fā)展的狀況 。 90 年代， 我國汽車產(chǎn)輛不足 1 萬輛，進(jìn)入 2000 年后，我國的汽車行業(yè)得到長足的發(fā)展， 到了 2009 年，雖然在國際金融危機(jī)的沖擊下全球各行業(yè)都不景氣，但我國汽車 產(chǎn)銷量卻突破千萬輛大關(guān)，躍居世界第一 [4]。而到了 2013 年，汽車產(chǎn)銷 突破更 是達(dá)到 2000 萬輛水平，連續(xù)五年位居世界第一位 [5]。 汽車行業(yè)是模具的最大市場，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家這一市場占整個模具市場的 60%以上 [6]?，F(xiàn)階段汽車更新越來越快，從車型設(shè)計到新車發(fā)布，周期越來越來 越短 ， 有的在 1 至 2 年就有新產(chǎn)品出現(xiàn) 。 一個型號新車的出現(xiàn) ， 模具必須要更 新 。 一般情況下，如一個車型的轎車共需要模具上千套，產(chǎn)值近億元 [7]。正是各行業(yè) 的快速發(fā)展，我國的注塑模具行業(yè)也得到了長足的進(jìn)步。 到現(xiàn)階段 ， 我國有 50 多家的車身模具企業(yè)已初具規(guī)模 ， 有 20 多家年產(chǎn)值達(dá) 到 5000 萬元 [8]。目前我國車身模具主要企業(yè)有一汽模具制造有限公司，其主要 為輕、中、重型卡車、面包車、轎車制造了大量的模具。公司擁有國內(nèi)一流的的 產(chǎn)品設(shè)計及模具研發(fā)團(tuán)隊 ， 經(jīng)過多年的發(fā)展 ， 已經(jīng)具有自主開發(fā)整車模具的能力。 四川成飛集成科技是成都飛機(jī)工 業(yè) （集團(tuán) ） 有限責(zé)任公司聯(lián)合成都航空儀表公司、 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 南京航空航天大學(xué) 、 西北工業(yè)大學(xué)和吉利汽車共同創(chuàng)建的一家以汽車模具為主的 科技公司，在模具設(shè)計與制造行業(yè)有較強的實力 [9]。躍進(jìn)汽車集團(tuán)南京 模具裝備 有限公司 ， 經(jīng)過多年的發(fā) 展 ， 其客戶遍布國內(nèi)主要的汽車生產(chǎn)企業(yè) ， 如南京汽車 集團(tuán)公司 、 上海大眾汽車 、 廣汽集團(tuán)等 。 其設(shè)計 、 制造的大批模具還出口到英國、 日本等國。 雖然我國的模具行業(yè)取得了長足的進(jìn)步，但是由于傳統(tǒng)的影響及行業(yè)的特 點，我國模具的發(fā)展與國外模具行業(yè)水平相比還有較大的差距，主要表現(xiàn)如下： 1、模具材料差，致使模具使用壽命短。如比較相關(guān)高端模具，我國的使用 周期能達(dá)到 20 萬次，但國外，同類型的模具，使用壽命可達(dá)到 100 萬次，差距 比較明顯 [10]。 2、模具的制造精度差 比較國產(chǎn)車與進(jìn) 口車 ， 就可發(fā)現(xiàn) ， 汽車的內(nèi)飾做工精 度相差很大 ， 進(jìn)口汽車在內(nèi)飾上會讓整車提升幾個檔次 。 其主要原因就是模具水 平的差異。國外的車身模具企業(yè)實施 “ 2 毫米工程 ” ，但國內(nèi)很少有企業(yè)能達(dá)到 這個水平。 3、模具的制造開發(fā)周期長 由于整個加工制造行業(yè)的水平 ， 國內(nèi)企業(yè)模具的 生產(chǎn)開發(fā)周期是國外企業(yè)的 2~3 倍 。 從而導(dǎo)致我國的模具企業(yè)競爭力不強 ， 在面 對瞬息萬變的市場時 ， 為了能趕上市場的需要 ， 每年都要從國外進(jìn)口大量的模具。 正視差距，我們才能迎頭趕上，造成現(xiàn)在的局面，主要有以下幾個方面。 1、模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度低 。 2、 模具人員的技術(shù)力量弱、制造加工水平低。 3、企業(yè)管理人員綜合素質(zhì)不高，對模具行業(yè)了解不夠。 外汽車模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 新技術(shù) 、 新裝備已經(jīng)在日本 、 德國等模具產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的企業(yè)里得到了廣泛應(yīng)用 , 其技術(shù)代表了國際先進(jìn)水平 [11]。 現(xiàn)階段將出現(xiàn)的新技 術(shù) 、 新裝備應(yīng)用于模具的設(shè) 計與制造中 ， 已成為模具行業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量 、 降低生產(chǎn)周期 、 提高企業(yè)競爭力的 強有力保證。 1、 術(shù)的廣泛應(yīng)用 [12] 在歐美， 成為模具企業(yè)普遍應(yīng)用的技術(shù)。在整個設(shè)計過 程中 ， 利用 3D 設(shè)計完成的工作量已達(dá)到了 75%以上 。 江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 軟件得到了廣泛的應(yīng)用，其解決了產(chǎn)品模具從 2D 設(shè)計到 3D 模型的取得，到最 后為 程提供數(shù)據(jù)的整個流程操作，是一種符合現(xiàn)代設(shè)計、制造加工的 集成形式。 控技術(shù)的大量使用，保證了模具零件的生產(chǎn)周 期及精度要求，同時可以降低對模具裝配鉗工水平的依賴。 術(shù)在國外已 經(jīng)發(fā)展成熟。在注塑模具設(shè)計中應(yīng)用 析軟件，模擬塑料的充填過程及分 析塑件的變形效果 ， 預(yù)測在注塑成型過程中可能發(fā)生的各種缺陷 。 隨著高精模具 的出現(xiàn)， 術(shù)的應(yīng)用在模具行業(yè)中的作用也越來越大，據(jù)不完全統(tǒng)計，國 外模具企業(yè)在應(yīng)用 術(shù)后，減少了模具的修模及試模次數(shù)，時間上減少了 50%以上。 2、高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用 目前，國外模具企業(yè)在生產(chǎn)加工中廣泛應(yīng)用高速機(jī)床，五軸聯(lián)動的加工的 設(shè)備也越來越普遍 ， 其轉(zhuǎn)數(shù)一般達(dá)到 ～ 3 萬 r/采用高速銑削技術(shù) ， 可 極大的減少模具的開模時間 ， 同時也能得到高精度的模具型面 ， 后續(xù)只 需略經(jīng)過 拋光工藝便可投入生產(chǎn)使用 ， 節(jié)省了大量模具加工制造時間 。 在國外模具行業(yè)的 技術(shù)進(jìn)步和設(shè)備更新會很快地反映到模具的企業(yè)中 ， 從而更加促進(jìn)了其模具產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展。 3、工藝先進(jìn)、模具標(biāo)準(zhǔn)化程度高 國內(nèi)的模具廠的制模形式，一般采用鉗工負(fù)責(zé)制，模具質(zhì)量的好壞與鉗工 的水平有很大關(guān)系 。 但國外的模具生產(chǎn)企業(yè)是靠先進(jìn)的工藝設(shè)備和工藝路線確保 模具零件精度和生產(chǎn)進(jìn)度的 。 每副模具均有詳細(xì)的設(shè)計圖 ， 包括每個零件的詳細(xì) 設(shè)計，并且都制定了詳細(xì)的加工工藝。 在國際上 ， 模具的生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入專業(yè)化 、 標(biāo)準(zhǔn)化 、 現(xiàn)代化的階段 [13]。 相關(guān) 的 模具行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都由外國制定，如日本的 “ 富特巴 ” 、美國的 “ 及德國的 “ 哈斯考 ” 等。 內(nèi)外汽車行業(yè) 究現(xiàn)狀 注塑模 術(shù)的應(yīng)用在國外已相當(dāng)普遍，而在我國注塑模具設(shè)計仍停留 在以經(jīng)驗為主導(dǎo)的設(shè)計模式，成熟的注塑模 戶屈指可數(shù)。但經(jīng)過多年的 發(fā)展，在以塑件的 析研究中各位前輩已經(jīng)做了大量的研究工作。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 內(nèi)研究現(xiàn)狀 黃虹等 [13]利用 件對汽車塑料保險杠注射過程中的熔體流動過程 進(jìn)行數(shù)值模擬分析 。 通過設(shè)置 6 個澆口和 3 個澆口的兩種方案 ,分析了填充時間、 填充 /保壓轉(zhuǎn)換點壓力、鎖模力、殘余應(yīng)力、熔接痕分布等情況選擇出合適的結(jié) 構(gòu)形式。 李雯雯等 [14]利用 件，結(jié)合電器產(chǎn)品闡述了如何進(jìn)行模流分析， 如何利用分析結(jié)果預(yù)測熔體填充過程中可能出現(xiàn)的熔接痕、氣穴、翹曲等缺陷， 為模具設(shè)計及注塑工藝成型提供參考。 劉曉藝等 [15]運用 件對汽車 儲物盒下蓋在不同澆口數(shù)目下的注塑 過程進(jìn)行數(shù)值模擬 。 分析填充時間 、 氣穴 、 熔接痕及翹曲產(chǎn)生的原因及其對制件 表面質(zhì)量的影響 。 比較結(jié)果表明 ： 選擇填充時間較短 、 表面質(zhì)量較好 、 翹曲相對 不明顯的澆口數(shù)目為最終優(yōu)化方案。 件在澆注系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用減 少了修模次數(shù)，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。 王小明等 [16]以汽車副儀表板裝飾蓋為例 ,借助 件進(jìn)行模擬分析， 預(yù)測其翹曲變形量 ,通過分析材料、熔體溫度和模具溫度對翹曲的影響，從而得 到最佳的工藝參數(shù)組合，對改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本都有重要的指導(dǎo) 意義。 林礪宗等 [17]利用 件對汽車安全氣囊的進(jìn)行充填、流動、冷卻及 翹曲模擬分析 ， 通過分析結(jié)果對澆注系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計優(yōu)化 ， 據(jù)此指導(dǎo)塑件在實際 中的加工生產(chǎn)。 姜羨等 [18]針對注塑模具中合理的澆口位置和數(shù)目在塑料制品設(shè)計中的重要 性 ,在研究中以汽車的副儀表板裝飾蓋零件為例 ,借助模擬分析軟件 其澆口位置及數(shù)目進(jìn)行計算機(jī)模擬分析。通過對單澆口和雙澆口的對比 ,綜合分 析各種因素對注塑成型的影響 ,確定最佳澆口位置和澆口數(shù)目 ,優(yōu)化模具澆口設(shè) 計 ,并具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 余玲 等 [19]針對大型注塑模的結(jié)構(gòu)特點 ,以某汽車儀表板注塑件為例 ,應(yīng)用 件 ,模擬分析閥式控制的流動過程 ,優(yōu)化了澆注系統(tǒng)設(shè)計和成型工藝 參數(shù) ,為注塑模具設(shè)計和試模時工藝參數(shù)的設(shè)定提供了依據(jù) ,并獲得了高質(zhì)量的 產(chǎn)品。 李永泉 [20]應(yīng)用 注塑件轎 車 保險杠的注塑成型過程進(jìn) 行 充填 、 保 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 6 壓和冷卻分析模擬 ， 結(jié)合汽車保險杠自身的特點設(shè)計出 2 個澆注系統(tǒng)方案 。 通過 流動分析預(yù)測熔融的塑料在型腔內(nèi)的流動充填情況得出最佳的澆注系統(tǒng) ， 并在此 基礎(chǔ)上對模具澆注系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 ， 從而找出最佳的注塑進(jìn)膠方案 ， 該方案能 夠?qū)a(chǎn)品翹曲變形降到最小值 。 該文中得到結(jié)論 ： 通過優(yōu)化注塑成型的保壓曲線 能夠控制塑件的翹曲變形，為實際生產(chǎn)提供了有效的幫助。 孫國棟等 [21]利用 件 ,對開關(guān)盒上蓋 進(jìn) 行冷 卻 、 流動 、 翹曲模 擬 , 分析塑件不同方向上的翹曲量大小和影響塑件翹曲變形的主要原因 。 經(jīng)分析得出 影響塑件翹曲變形的主要因素是收縮不均勻。通過將單段保壓改為分段保壓 ,有 效降低了塑件翹曲變形量 ,并達(dá)到設(shè)計要求 。 對比不同的分段保壓方式 ,得出適合 的保壓方 案 ,為模具開發(fā)提供了依據(jù)。 王殿君等 [22]針對注塑件在實際生 產(chǎn) 中所產(chǎn)生的短射 、 氣穴 、 翹曲 、 滯留 、 飛 邊及色差等問題 ,利用有限元理論 ,運用 件對轎車塑料內(nèi)飾件中央飾 罩的 3 種澆注系統(tǒng)進(jìn)行充型、熔接痕、翹曲分析的數(shù)值模擬 ,直觀體現(xiàn)塑料在型 腔內(nèi)的變化過程。比較分析結(jié)果表明 ,選擇充型均勻、平穩(wěn) ,熔接痕深度較淺 ,翹 曲較小的澆注系統(tǒng)設(shè)計方案。 賀華波等 [23]基于 件分析薄壁面板的成型工藝 ,給出了基于制品 表面縮痕最小的最佳澆口位置分析和最佳成型工藝參數(shù)設(shè)置的方法 ,并根 據(jù)實際 模具設(shè)計的要求給出了合理的澆口位置和最佳的模具溫度和熔體溫度等工藝參 數(shù)。據(jù)此進(jìn)行模具設(shè)計 ,可加快模具開發(fā)進(jìn)度 ,進(jìn)而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期 ,提高企業(yè) 的產(chǎn)品質(zhì)量和競爭能力。 周章添 [24]運用 件對汽車外飾件進(jìn)行了注塑成型填充分析及冷 卻分析 ， 對澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)分別比較了 種設(shè)計方案 ， 通過對比不同方 案下的模擬結(jié)果如最佳澆口位置分析 、 填充分析 、 保壓分析 、 成型缺陷分析 、 熔 接痕分析等 ， 得出了最佳的澆口設(shè)計及冷卻系統(tǒng)設(shè)計方案 ， 得到了優(yōu)化的模具模 腔設(shè)計。 綜合上述研究成果，目前 國內(nèi)研究人員在對 術(shù)的研究上主要還是利 用 流分析的結(jié)果指導(dǎo)實際的模具設(shè)計、制造，并通過分析處理數(shù)據(jù)對成 型工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。 術(shù)能夠在模具開發(fā)的前期發(fā)現(xiàn)可能存在的問題， 并能指導(dǎo)后期的設(shè)計加以解決。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 7 外研究現(xiàn)狀 國外在利用 術(shù)對汽車產(chǎn)品進(jìn)行分析的研究里，主要集中在原材料性 能 ， 結(jié)構(gòu)設(shè)計及模具設(shè)計方 面 ， 注重產(chǎn)品的實驗研究 ， 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(xiàn)。 等 [25]對高熱傳導(dǎo)系數(shù) 的 注塑材料進(jìn)行收縮分析 ， 指出采用材料的 局 部 收縮原因主要是由于在注射成型過程中 ， 熔體和模具的換熱較大 ， 導(dǎo)致塑件不同 方向的體積收縮率不均勻，最終導(dǎo)致薄壁處產(chǎn)生一種的翹曲變形。 等 [26]對注塑模具的新型冷卻系統(tǒng)和傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了對比研 究 。 通過對傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn) ， 提高了塑件材料的表面質(zhì)量和翹曲變形等 問題，并對其驗證。 [27]在計算機(jī)樹脂模擬的基礎(chǔ)上，研究了注塑成型工藝參數(shù)對塑件的 表面質(zhì)量和收縮的影響 。 研 究表明 ： 高的保壓壓力有利于獲得表面粗糙度較好的 塑件，同時塑件的收縮和變形有所下降，但是這也提高了設(shè)備的要求。 [28]針對注塑成型中加工條件和設(shè)計參數(shù)缺少函數(shù)關(guān)系的問題，通過 建立和訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對注塑產(chǎn)品在注塑過程中的收縮進(jìn)行研究 ， 通過訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)得到了注塑工藝參數(shù)和收縮之間的關(guān)系，并都得到了最佳的工藝參數(shù)組合。 G. [29]運用模擬和 試 驗相結(jié)合的方法 ， 對注塑產(chǎn)品 成 型中的收縮進(jìn) 行模擬分析。通過多組 析出的數(shù)據(jù)進(jìn)行實驗，找出影響翹曲和收縮 的工藝參數(shù) ， 并進(jìn)一步找出薄壁塑件成型中的最佳工藝參數(shù) ， 使產(chǎn)品翹曲和收縮 改善，驗證了 件對翹曲問題優(yōu)化是非常有用的工具。 22]運用田口 方 法調(diào)整工藝參 數(shù) ， 對薄殼產(chǎn) 品 成型中由收縮不均 勾引起的翹曲變形進(jìn)行優(yōu)化。通過多組 析出的數(shù)據(jù)進(jìn)行正交實驗， 找出影響翹曲和收縮的工藝參數(shù)，并進(jìn)一步找出薄壁塑件成型中的最佳工藝參 數(shù)，使產(chǎn)品翹曲和收縮提高了 驗證了通過田口方法對翹曲問題優(yōu) 化是非常有用的工具。 術(shù)在注塑成型中的應(yīng)用 塑成型 統(tǒng)過程和方法 1、 算機(jī)輔助設(shè)計） 利用 行注塑模具的設(shè)計主要包括如下兩方面內(nèi)容： 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 8 第一是結(jié)合產(chǎn)品實物或圖紙，結(jié)合相關(guān) 件，如 來完成產(chǎn)品三 維數(shù)據(jù)建模工作。 第二是在獲得滿意真實感效果評價的前提下進(jìn)行模具 計工作。 2、 算機(jī)輔助工程分析） 的 術(shù)是應(yīng)用 何模型之物理問題的技術(shù)，可以讓 設(shè)計者進(jìn)行仿真以研究 產(chǎn) 品的行 為 ， 從而進(jìn)行一步優(yōu)化后續(xù) 設(shè) 計 [31]。 其通過注塑 成型模擬分析 ， 能很好的優(yōu)化模具的澆注及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 ， 并能提前模擬產(chǎn)品 在注塑過程中可能出現(xiàn)的產(chǎn)品缺陷 ， 其應(yīng)用于整個塑件設(shè)計 、 模具設(shè)計和注塑成 型等過程，并能起到很好的作用。在現(xiàn)實工作過程中， 術(shù)在注塑成型過 程中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在如下幾個方面： （ 1）充填模擬 提供平衡的澆注系統(tǒng)樣式，澆口設(shè)置的數(shù)量、截面尺寸大 小和位置的選擇。 （ 2）預(yù)測制件熔 接線的位置。 （ 3）冷卻模擬 提供模具內(nèi)部的溫度變化情況。 （ 4）殘余應(yīng)力與翹曲變形分析 。 術(shù)中的 件 在 術(shù)的應(yīng) 用 領(lǐng)域中 ， 件占據(jù) 很 大比 重 。 件適 用于優(yōu)化塑料制件和模具設(shè)計的整個過程，并提供了整個過程的解決方案 [32]。 件的作用是其能為塑件的設(shè)計，注塑模具設(shè)計以及塑件成型等整個 過程提供有參考意義建議與相關(guān)信息。 稱 3]， 它可 以為注塑生產(chǎn)過程提供了一個高效能、低成本的解決方法。其特點是： 1、可以從 常用的 件中導(dǎo)入實體造型的 式的文件，不用做任何修改； 2、不需要進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，其可以直接進(jìn)行注塑成型工藝分析； 3、圖形處理效率高，支持 術(shù)； 4、簡單易操作。 在實際注塑成型工藝工作過程中 ， 件主要應(yīng)用在以下三個方面： 1、優(yōu)化塑件的結(jié)構(gòu)工藝性。如塑件壁厚、形狀、加強筋等。 2、優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，為模具設(shè)計人員提供合理化建議。如能形象地 模擬冷卻 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 9 機(jī)構(gòu)和澆注系統(tǒng)的實際效果，減少后期的模具試模、修模工作。 3、優(yōu)化注塑工藝參數(shù)。注塑成型工藝中最重要的是注塑過程階段，包括加 料、塑化、充模、保壓、倒流、冷卻及脫模等階段。其主要的工藝參數(shù)為溫度、 時間和壓力。通過 件模擬可以獲得較合理的參數(shù)值，從而得到優(yōu)良 的塑件產(chǎn)品。 其中 件中用于提供數(shù)字化原型的注 塑成型模擬 工具 ， 能提供深入的塑膠零件 驗 證與最佳化的注塑模擬 [34]， 有助于研 究實際的注塑成型程序。其本身也具有以下特點： 1、塑膠流動模擬 其可協(xié)助模擬射出成型過程中的充模與保壓階段 ， 以利于 預(yù)測塑料熔融狀態(tài)的流動模式 ， 提高制品質(zhì)量 。 可為設(shè)計人員提供最優(yōu)化澆口位 置、平衡流動系統(tǒng)設(shè)計、評估注塑成型條件及預(yù)測制品缺陷。 2、即時最佳化 其可引導(dǎo)設(shè)計人員通過對參數(shù)的設(shè)定及對結(jié)果的解讀 ， 以分 析制件壁厚 、 澆口位置 、 材料等加工成型條件的變更對制件成型性的影 響 。 有助 于設(shè)計初期進(jìn)行開發(fā)周期評估，以提高產(chǎn)品品質(zhì)。 3、專業(yè)模擬 工具 此軟件有助于使用者模擬常見的成型技術(shù)問題 ， 更有助于 模擬需要專門的獨特的成型技術(shù)與分析報告，以符合實際的要求。 4、深入模擬 對于復(fù)雜的制件 ， 設(shè)計人員可在制造模具之前就先預(yù)測并避免 潛在的制造問題，進(jìn)而減少成本支出，減少修模次數(shù)，加速產(chǎn)品的上市。 題的背景及意義 題的來源 汽車保險桿產(chǎn)品是汽車中的主要工作零件 ， 生產(chǎn)數(shù)量大 ， 工藝要求高 ， 結(jié)合 結(jié)構(gòu)特點 ， 該塑件在成型過程中容易出現(xiàn)翹曲等成型缺陷 。 由于該產(chǎn)品屬于薄壁 大尺寸注塑件 ， 且 需采用多澆口注射成型 ， 因此在成型過程中 ， 塑件在各個尺寸 方向上的體積收縮率不均勻 ， 從而導(dǎo)致翹曲變形的產(chǎn)生 ， 從而嚴(yán)重影響產(chǎn)品的成 型質(zhì)量。因此，對塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和澆注系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化顯得十分必要。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 10 背景和意義 塑料成型加工過程中注塑模具是一種重要的設(shè)備 。 但在實際的注塑模具設(shè)計 及生產(chǎn)過程中 ， 塑料種類千差萬別 ， 其性能也各不相同 ， 加上產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ， 工 藝條件也不盡相同 ， 所以在現(xiàn)代模 具設(shè)計過程中 ， 再依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗很難應(yīng)對工作 的需要。 在我國很多塑料模具廠在進(jìn)行模具設(shè)計時普遍還是嘗試法 ， 即設(shè)計者與制造 者通過自身的經(jīng)驗和直覺來進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ， 后期通過不斷的試模 、 修模來 修正設(shè)計方案 。 整個設(shè)計過程缺乏科學(xué)依據(jù) ， 模具質(zhì)量的好壞直接取決于相關(guān)人 員的水平與素質(zhì)。為此現(xiàn)階段我們在模具 的設(shè)計制造過程中，不僅生產(chǎn)周期長、 成本高，而且模具的質(zhì)量也難以保證 [35]。 附著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 ， 社會對產(chǎn)品的質(zhì)量及功能要求 也越來越高 ， 而作為生產(chǎn)產(chǎn) 品的模具，其設(shè)計及制造的要求也會越高。 在實際的注塑過程中 ， 塑料熔體在模具型腔中的流動與成型過程 ， 這與材料 本身的特性、制件的尺寸形狀、注塑過程中的時間、溫度、速度、壓力及模具型 芯 、 型腔內(nèi)部情況和模具本身的結(jié)構(gòu)形式等一系列 因 素有關(guān) 。 因此 ， 在新產(chǎn)品的 開發(fā)過程中 ， 試驗人員在制作樣品或是對形狀復(fù)雜 、 精度要求較高的產(chǎn)品試生產(chǎn) 時 ， 即使是具有多年實踐經(jīng)驗的模具設(shè)計人員 ， 也不能保證設(shè)計出的模具能一次 成功 。 所以 ， 為了解決這些問題 ， 在模具設(shè)計過程中 ， 我們可以通過模流分析去 及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在 的缺陷 ， 從而保證模具設(shè)計的合理性 ， 提高模具的一次試模 成功率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本 [36]。 在注塑成型時利用模流分析的內(nèi)容和結(jié)果可以為注塑模具設(shè)計和加工提供 可靠的并經(jīng)優(yōu)化過的參照數(shù)據(jù)。 通過以上分析 ， 我們可以看出利用常規(guī)的設(shè)計 、 加工制造方法存在著很多的 缺點 ， 隨著科技的進(jìn) 步 ， 社會發(fā)展水平的不斷提 高 ， 在模具行業(yè)要求更多的應(yīng)用 術(shù)。 計算機(jī)輔助技術(shù)的使用不僅能夠讓第一次試模取得較好的效果 ， 而且可以使 模具設(shè)計和制造在質(zhì)量 ， 性 能 ， 成本上都有很大程度上 的 提 升 [37]。 利用現(xiàn)代的設(shè) 計理論方 法 ， 同時結(jié)合先進(jìn)的計算機(jī)輔助技術(shù)來進(jìn)行注塑模的設(shè)計和改進(jìn) ， 能夠 大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量 ， 縮短開發(fā)周期 ， 降低生產(chǎn)成本 ， 從而提升企業(yè)的核心競爭 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 11 能力。 術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用 注塑模具行業(yè)主要就是解決模具的設(shè)計 、 制造及最后的注塑成型加工的整個 過程 ， 即模具開發(fā)階段和產(chǎn)品生產(chǎn)階段 。 圖 1映了傳統(tǒng)的模具行業(yè)生產(chǎn)過程。 圖 1統(tǒng)模具行業(yè)生產(chǎn)過程 整個過程通過試模階段對制造完成的模具進(jìn)行質(zhì)量檢驗 ， 如試制的產(chǎn)品質(zhì)量 不能達(dá)到設(shè)計要求 ， 就要重新對產(chǎn)品或模具進(jìn)行修改設(shè)計 ， 不僅生產(chǎn)周期長 ， 制 造成本也會大幅度提高。在日新月異的今天，此種模式已不符合時代的要求了。 圖 1映了 術(shù)在模具行業(yè)生產(chǎn)過程，從圖可以看出，在模具生產(chǎn) 中采用了 術(shù)，可減少模具生產(chǎn)過程中的試模、修模環(huán)節(jié)的次數(shù)。 術(shù)提供了從產(chǎn)品設(shè)計到最后產(chǎn)品生產(chǎn)的整 個解決方案 [38]，在完成模具加工之前， 提供分析預(yù)測在整個成型過程中可能發(fā)生的問題 ， 提供修改制品設(shè)計及模具設(shè)計 有效地防止問題發(fā)生，大大縮短了開發(fā)周期，降低了生產(chǎn)成本。 圖 1于 術(shù)的模具行業(yè)生產(chǎn)過程 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 12 術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面： ⑴ 塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，能分析塑料產(chǎn)品在 注塑成型過程中可能出現(xiàn)各種缺陷 ， 在進(jìn)行開模之前 ， 就可以根據(jù)要求對產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而可以極大地減少產(chǎn)品設(shè)計時間 [39]。 ⑵ 注塑模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。 術(shù)可以對澆口的位置及形式、流道尺 寸 、 冷卻系統(tǒng)等多方面進(jìn)行 優(yōu) 化設(shè)計 [40]。 在完成模具設(shè)計圖之 前 ， 解決模具結(jié)構(gòu) 中不合理之處 ， 從而減少了后期的試模 、 修模時間 。 提高了模具質(zhì)量 ， 降低了制 模成本。 ⑶ 注塑成型工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。傳統(tǒng)的注塑成型過程中，成型工藝參數(shù)的 設(shè)置基本上取決于技術(shù)人 員的經(jīng)驗 ， 需通過多次的產(chǎn)品試制才能取得較好的成型 效果。在 技術(shù)的應(yīng)用下，模擬過程中能夠為設(shè)計者提供成型周期時間、模 具溫度、熔料溫度等很多工藝參數(shù)，為注塑成型過程提供了科學(xué)依據(jù) [41]。 究內(nèi)容 本論文利用 件對汽車保險杠產(chǎn)品進(jìn)行注塑成型工藝的模擬，通 過對塑件的成型工藝、澆口形式、充填效果、熔接痕分布、流動前沿溫度、縮痕 指數(shù)和翹曲變形分析 [42]， 對比不同的澆口形式對 塑 件成型質(zhì)量的影 響 ， 在此基礎(chǔ) 上對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。研究內(nèi)容如下： （ 1） 基于 件 ， 對保險杠產(chǎn)品的幾何模型進(jìn) 行 網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格優(yōu) 化 。 主要解決了對網(wǎng)格劃分結(jié)果質(zhì)量的統(tǒng)計和分析 ， 以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)格的 診斷 、 修復(fù)用重新劃分等工 作 。 然后確定了合理的成型工藝參數(shù) ， 為后續(xù)模流分 析做好了準(zhǔn)備。 （ 2）基于內(nèi)容（ 1）的設(shè)置，完成對保險杠產(chǎn)品進(jìn)行 3 點澆口模型和 5 點澆 口模型的建立并進(jìn)行模擬分析 。 分析的內(nèi)容包括充填效果 、 熔接痕分布 、 流動前 沿溫度 、 氣穴 、 縮痕指數(shù)和翹曲變形等