薄壁塑件的注射成型数值模拟及模具优化设计研究

论文摘要

薄壁注塑成型技术是在常规注塑成型技术的基础上发展起来的一种新技术。在注塑成型过程中随着壁厚的减薄,聚合物熔体在型腔中的冷却速度加剧,在很短的时间内就会固化,这使得成型过程变得复杂,成型难度加大,直接影响塑件的质量。因此,利用常规注塑成型中的工艺条件已不能完全满足薄壁塑件的成型要求。对于薄壁塑件,翘曲变形是其成型过程中的主要缺陷,改善和减少产品的翘曲变形,进行注塑工艺参数和模具结构的优化已成为注塑制品生产中的重点,也越来越受到产品设计师的重视。本文基于重庆理工大学和重庆多耐达科技有限公司的科研合作项目“巴士空调直流无刷风机系统”,主要以风机底座的翘曲变形为研究对象。利用CAE技术,研究了主要工艺参数对翘曲变形的影响,运用正交试验获得最佳工艺参数组合。基于获得的最佳工艺参数组合,由模拟实验测得翘曲变形量,与企业规定的标准相比,翘曲变形虽然得到了改善,但依然存在,且影响着产品的装配精度。为了让翘曲变形量达到企业规定的标准,在最佳工艺参数的基础上,确定变形补偿量。在塑件严重翘曲的部位进行反变形设计,并对模具进行设计,利用变形补偿来抵消翘曲变形量。利用现有设备制定合理的实验方案进行产品的注塑成型,结合翘曲变形理论,分析实验结果。对随机抽出的风机底座制件,在开口翘曲变形处对其进行测量,从测量结果可以看出,塑件达到了企业规定的标准,说明用补偿法来对模具进行设计是一种行之有效的方法。将CAE分析与补偿法设计模具相结合,大大提高了产品的装配精度,缩短了生产周期,提高了产品的质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题提出及研究意义
• 1.1.1 问题提出
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 薄壁塑件成型翘曲变形的控制方法概述
• 1.3.1 修改工件的几何形状
• 1.3.2 改变模具的结构
• 1.3.3 调整工艺参数
• 1.4 主要研究内容
• 2 注塑成型 CAE 数值模拟理论及注塑件翘曲变形
• 2.1 注塑成型CAE 的数值模拟理论
• 2.1.1 动量方程（牛顿第二定律）
• 2.1.2 能量守恒定律（热力学第一定律具体形式）
• 2.1.3 连续方程
• 2.1.4 状态方程（Spencer Gilmore 方程）
• 2.1.5 注射成型中的熔体流动机理与应力应变状态
• 2.2 注塑件翘曲变形
• 2.2.1 注塑成型翘曲变形CAE 分析过程
• 2.2.2 翘曲变形补偿原理
• 2.3 本章小结
• 3 注塑成型 CAE 分析和多工艺参数优化
• 3.1 薄壁塑件及工艺性分析
• 3.2 薄壁注塑及翘曲变形分析的有限元数值仿真过程
• 3.2.1 材料的性能及主要成型参数
• 3.2.2 MPI 分析
• 3.2.3 塑件CAE 仿真实验及结果分析
• 3.2.4 产品注塑模拟方案过程分析
• 3.3 试验设计
• 3.3.1 正交试验简介
• 3.3.2 试验指标的确定
• 3.3.3 设计变量及其取值范围的确定
• 3.4 工艺参数优化分析
• 3.4.1 正交试验方案
• 3.4.2 风机底座薄壁注塑件正交试验结果及分析
• 3.4.3 单个因素的影响的试验
• 3.4.4 基于最优工艺参数组合下的CAE 分析
• 3.5 本章小结
• 4 风机底座模具设计
• 4.1 模具设计
• 4.1.1 模具总体结构设计
• 4.1.2 注射模的成型部分设计
• 4.1.3 模具的冷却系统和排气系统设计
• 4.1.4 模具的浇注系统设计
• 4.1.5 模具的脱模机构设计
• 4.2 补偿法设计型芯、型腔
• 4.2.1 反变形设计及最终补偿量的确定
• 4.2.2 修正后的型芯、型腔
• 4.3 本章小结
• 5 风机底座注塑成型实验研究
• 5.1 实验设备及相关工艺
• 5.1.1 实验设备
• 5.1.2 成型材料
• 5.1.3 注塑工艺条件及对制品成型的影响
• 5.2 产品试制及结果
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续研究工作的展望
• 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