聚碳酸酯汽车玻璃热态气压胀形工艺参数及数值模拟研究

论文摘要

伴随汽车行业的飞速发展,安全性及轻量化已经成为现代汽车制造业追求的主要目标之一,而汽车玻璃是关系到汽车安全性的一个重要方面。聚碳酸酯(polycarbonate,简称PC)以其良好的透光性、耐候性、柔韧性,较高冲击强度及较小的比重等综合性能成为汽车玻璃首选的替代品。然而传统的注塑、挤出等加工方法对加工此类大尺寸复杂形面PC汽车玻璃制件显得无能为力,因此探索热态气压胀形的方法加工此类大尺寸复杂形面PC汽车玻璃制件有着重要意义。本文首先进行了不同温度、不同应变速率组合下的PC板材高温拉伸试验,获得了其力学性能参数。根据PC板材高温拉伸试验结果,研究了温度及应变速率对PC板料力学性能的影响规律,获得PC板材热气压胀形最佳工艺参数组合。根据PC板材高温拉伸试验结果,建立了PC高温塑性本构方程,为PC板材热态气压胀形数值模拟提供了理论依据。鉴于PC汽车玻璃形面的复杂性,根据其几何形状建立了三种不同工艺补充形式的热气压胀形有限元模型。通过对PC汽车玻璃数值模拟及结果分析,以切边后PC汽车玻璃制件壁厚均匀性、脱模后残余变形为评价指标对上述三种模型进行优选,为以后PC汽车玻璃胀形提供了最佳有限元模型。利用Dynaform软件对PC汽车玻璃热态气压胀形进行了数值模拟研究了,获得了气压力、压边力、摩擦系数等工艺参数对PC汽车玻璃的厚度分布及回弹等的影响规律。采用正交优化方法对气压力、压边力、摩擦系数进行参数优选,通过极差分析及方差分析获得最佳工艺参数组合及各工艺参数对PC汽车制件壁厚不均匀性、减薄率及回弹量影响的显著性,为以后实际加工提供了参考。利用最佳工艺参数组合下的回弹结果对PC胀形模具进行了模面修正,为以后加工PC汽车玻璃制件提供了良好的成形模具。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚碳酸酯国内外研究现状
• 1.3 聚碳酸酯汽车玻璃在国内外的研究现状
• 1.4 胀形在国内外研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 聚碳酸酯高温拉伸试验及其塑性本构方程
• 2.1 引言
• 2.2 PC 板材高温拉伸实验
• 2.2.1 试样的形状与尺寸
• 2.2.2 试样的制备及要求
• 2.2.3 试验方法
• 2.3 试验结果与分析
• 2.3.1 温度对应力的影响分析
• 2.3.2 应变速率对应力的影响
• 2.3.3 PC 板料力学性能
• 2.4 PC 板料高温拉伸塑性本构方程
• 2.4.1 PC 高温拉伸塑性本构方程参数确定
• 2.4.2 本构方程的验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 聚碳酸酯汽车玻璃热气压胀形数值模拟研究
• 3.1 引言
• 3.2 PC 汽车玻璃热态气压胀形有限元模拟
• 3.2.1 PC 汽车玻璃几何及有限元模型
• 3.2.2 PC 汽车玻璃模面设计
• 3.3 PC 汽车玻璃胀形过程数值模拟
• 3.3.1 PC 汽车玻璃厚度分布
• 3.3.2 PC 汽车玻璃应力分布
• 3.3.3 PC 汽车玻璃塑性应变
• 3.4 PC 汽车玻璃热态气压胀形模面优选
• 3.4.1 PC 汽车玻璃制件品面评价
• 3.4.2 PC 汽车玻璃壁厚评价
• 3.4.3 PC 汽车玻璃脱模后最小残余变形评价
• 3.4.4 PC 汽车玻璃模面的优选结论
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于正交试验的热态气压胀形工艺参数优化
• 4.1 引言
• 4.2 工艺参数影响规律分析
• 4.2.1 气压力对PC 汽车玻璃壁厚及回弹量的影响
• 4.2.2 压边力对PC 汽车玻璃壁厚及回弹量的影响
• 4.2.3 摩擦系数对PC 汽车玻璃壁厚及回弹量的影响
• 4.2.4 加压方式对PC 汽车玻璃壁厚及回弹量的影响
• 4.2.5 板料形状对PC 汽车玻璃对壁厚的影响
• 4.2.6 凹模圆角PC 汽车玻璃对壁厚的影响
• 4.3 正交试验设计
• 4.3.1 确定试验指标
• 4.3.2 确定因素及水平
• 4.4 数值模拟优化分析
• 4.4.1 极差分析
• 4.4.2 方差分析
• 4.5 优化结果模拟验证
• 4.5.1 成形极限分析
• 4.5.2 不均匀度及平均减薄量分析
• 4.5.3 回弹量分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 回弹及补偿
• 5.1 引言
• 5.2 回弹概述
• 5.2.1 回弹的计算方法
• 5.2.2 回弹的模拟方法
• 5.2.3 影响回弹的主要因素
• 5.2.4 回弹的控制
• 5.3 PC 汽车玻璃回弹分析
• 5.3.1 整体回弹
• 5.3.2 切边回弹
• 5.4 回弹补偿
• 5.4.1 补偿分析
• 5.4.2 补偿结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢