基于数字模拟的大型汽车零件注塑工艺优化设计

摘要

现代汽车制造中，企业为了降低汽车行驶时的耗油量提高经济性，降低汽车重量是世界各大车厂的目标，近年来汽车车身零件越来越多使用塑料来代替钢材。汽车轻量化、塑料化将成为未来汽车制造商的主要研究课题。在大型的汽车塑料零件中，由于产品多筋，而且尺寸差异较大，很容易在制品表面出现沉降斑，并可能会因收缩不均匀发生翘曲变形，导致产品质量不过关。而在塑料零件的注塑成型过程中，工艺参数对产品质量所发挥的作用是至关重要的，它不仅仅决定着塑料产品的表面质量，同时也决定着塑料产品的机械性能。要想提高零件的质量，一定要以优化注塑工艺参数为根本。正是因为工艺参数的上述重要性，注塑工艺参数的合理性一直是工程人员所共同关注的核心。传统的工艺参数设置，往往是工作人员的长期经验结晶的积累，而缺乏系统的理论的分析。CAE分析尽管在一定程度上能够验证参数设置的合理性，但是它难以确定最优的工艺参数。因此，针对CAE分析所存在的这一缺陷，我们有必要也必须重新建立新工艺模型，用以确定优化的注塑工艺方案。
　　 本文选取制品的最大沉降斑指数、体收缩率变化作为质量指标，以成型过程模拟--工艺参数对产品质量影响--工艺参数的优化--制品质量为主线，构造成型过程的数理模型，并将现代优化算法与数值模拟相结合优化工艺参数，最后对大型汽车塑料零件进行工厂实际注塑实验，验正数值的准确性。本研究主要内容包括：⑴以汽车后门内壁为例子为研究对象建立仿真模型，设计合理模具结构。⑵初步设定合理工艺参数进行注塑数值模拟仿真实验，进行初步的产品成型情况分析。⑶实现Taguchi试验与数值模拟技术的融合，利用系统性、综合性的分析，探讨熔体温度、模具温度、熔体注射时间、保压时间和保压压力分别对大型汽车塑料零件的沉降斑与体积收缩率的影响度，得出工艺参数对质量指标影响的级差图，从而判断影响质量指标的主要参数，为工艺参数的优化以及工艺参数的控制提出一定的依据和指导。⑷建立注塑成型工艺优化的非线性模型，采用混合遗传算法优化成型工艺。⑸通过实际汽车后门内壁制件的生产实验，验证数值分析的准确性。