汽车保险杠的流动平衡分析及模具技术研究

论文摘要

目前注塑模具设计常常采用经验设计来设计浇注系统及冷却系统,并非最优化设计,设计中含有揣测猜想成分。并且,设计人员检查这种设计的合理性往往通过实际试模来检验。若是试模不成功则要修改设计,有时是个反复的过程,甚至最后还得不到最优化的方案。这种设计及试模的传统模式的弊端在于:缺乏理论上的依据,流道系统的平衡及冷却质量无法保证,无法预测工艺方案,模塑制件的翘曲变形、缩痕、成型周期等无法预测。其最终结果必将导致产品开发周期延长、模具设计周期延长、工艺不稳定、无法连续生产、生产周期过长、修模次数多、模具成本上升、制件变形量大、缺陷多、产品报废量大,原材料浪费明显等。针对目前模具设计及试模的这种传统模式的弊病,本文以汽车保险杠为研究对象,在聚合物流变学理论的基础上,运用注塑成型分析软件Moldflow,建立了汽车保险杠的有限元模型,进行了注塑成型填充分析,冷却分析,对浇注系统及冷却系统分别比较了两种典型的注塑系统设计方案,通过对比不同方案下的模拟结果如填充分析、保压分析、模腔残余应力、气穴及翘曲变化等,得出了最佳的浇口设计及冷却系统设计方案,得到了优化方案。在此基础上,完成了保险杠模具的二维、三维设计。在工艺优化方面,对制件进行了CAE模拟试模,这在业界很少或几乎没有被提及到。通过应用Moldflow的工艺设置向导模块,模拟了一台2800吨的注塑机对该保险杠进行试模,并模拟设置了注塑机的温度、时间、压力三大参数。同时,目前注塑机常用的5段分段注射方式也进行了模拟设置。此工艺模拟设置下保险杠的注塑工艺达到了最佳,实际调试工程师完全可以以此工艺为基础或以此工艺为基础进行微调即可。本论文的研究将注塑成型CAE分析、三维模具设计、CAE试模有机的结合在一起,并通过实际生产验证,具有较高的实用价值,可指导实际设计与生产。此种设计分析模式可以最大限度的改善制品质量、降低成型周期、减少模具设计时间及修模次数及极大的降低设计、制造,修模成本。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 轿车保险杠
• 1.2 大型注塑模的复杂性
• 1.3 塑料注射模CAD/CAE/CAM 的发展概况
• 1.4 大型注塑模与模流分析
• 1.5 大型注塑模的设计与制造
• 1.6 热流道技术
• 1.7 本课题的主要意义和任务
• 1.8 本课题的创新点
• 第二章 聚合物熔体流变学基础
• 2.1 流体的流动
• 2.2 基本方程
• 2.2.1 连续性方程
• 2.2.2 运动方程
• 2.2.3 能量方程
• 2.2.4 应力－应变速率关系
• 2.3 聚合物熔体的粘性流动
• 2.3.1 假塑性流体
• 2.3.2 其他流体
• 2.4 塑料熔体在圆管中的流动分析
• 2.4.1 牛顿流体在圆形通道中的流动
• 2.4.2 非牛顿流体在圆形通道中的流动
• 第三章 MOLDFLOW 模流分析及浇口平衡性研究
• 3.1 MOLDFLOW 软件简介
• 3.1.1 Moldflow Plastic Advisers 简介
• 3.1.2 Moldflow Plastic Insight 简介
• 3.2 传统的塑料件生产路线及结合CAE 路线的差异
• 3.3 汽车保险杠的有限元模型的建立
• 3.3.1 保险杠3D 数据的优化处理
• 3.3.2 有限元网格划分及网格修补
• 3.4 材质及工艺参数设置
• 3.5 浇口设置分析及流动平衡分析
• 3.5.1 Gate Laction 模块的单点进浇
• 3.5.2 汽车保险杠的多点进浇系统及流动平衡分析
• 3.6 冷却系统模拟分析
• 3.6.1 冷却系统设计的原则
• 3.6.2 保险杠冷却系统设置及Moldflow 建模
• 3.6.3 Moldflow 模拟对冷却系统的预测及优化
• 3.6.4 采用直孔隔板式冷却系统与默认冷却系统的比较
• 3.7 本章总结
• 第四章 汽车保险杠模具设计
• 4.1 大型注塑模
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 大型注塑模设计特点
• 4.1.3 保险杠制件设计要求
• 4.1.4 保险杠工艺准备
• 4.1.5 注塑机要求
• 4.2 保险杠模具设计
• 4.2.1 三维设计的优越性
• 4.2.2 模具结构及装配关系
• 4.2.3 分型面及型芯型腔的设计
• 4.2.4 浇注系统设计及热流道
• 4.2.5 动定模及合模机构
• 4.2.6 复杂的侧向分型与侧抽芯机构
• 4.2.7 脱模机构
• 4.2.8 冷却系统
• 4.3 模具的制造
• 4.3.1 目前模具常见的加工方法
• 4.3.2 保险杠模具材质及热处理
• 4.3.3 各加工项要求和方法
• 4.4 模具设计与制造小结
• 第五章 模具试模及成型工艺优化
• 5.1 概述
• 5.2 试模前准备
• 5.2.1 模具检验
• 5.2.2 模具的吊装及注塑机检查
• 5.2.3 提高模具温度
• 5.2.4 选材和试色
• 5.3 试模步骤
• 5.4 CAE 试模新技术
• 5.5 强大的MOLDFLOW 的工艺设置向导模块
• 5.6 注塑机选择或自定义
• 5.7 螺杆分段行程的确定
• 5.7.1 Molflow 中的推荐螺杆转速
• 5.7.2 五段行程的设置
• 5.7.3 保压曲线的设定
• 5.8 CAE 试模与实际试模情况的比较
• 5.9 小结
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果