基于CAE技术的大型注塑模自干扰进浇设计及工艺参数优化

摘要

近年来，随着塑料工业与汽车、航天航空及家用电器行业的不断发展，使得大型塑件也正越来越受到广泛的重视和应用，相应地对大型模具和塑件的设计和制造也提出了更高的要求。大型塑件主要采用注塑成型，诸如轿车保险杠这类长条形大曲面特征的注塑件，其主要的成型缺陷是，成型后翘曲变形较大，影响产品的安装；局部地方有缩凹，影响制品的外观；个别熔接线较为明显，影响制品的强度和喷涂效果。 熔体自干扰流动是一种对注塑充模非常有利的流动状态，其原理与动态成型技术类似，就是通过控制熔体在型腔内特殊的流动状态来实现塑料制品的凝聚态结构的改进，从而达到提高制品性能的目的，相比而言，熔体自干扰流动无须额外装置提供压力，而是靠浇口自身的结构来实现的。 对于大型塑件的工艺参数优化这类复杂的工程问题，实验设计方法是一种科学、合理、有效的工具。田口(Taguchi)实验设计方法可以对注塑成型过程中的质量指标进行优化，在进行最少次数实验的前提下给出最佳的实验因素水平组合，确定出最佳实验条件，并将实验因素对实验目标的影响大小排序，由此获得最重要的影响因素。 本文围绕广东省关键领域重点突破项目“汽车大型精密复杂注塑模具数字化制造”(项目编号：2004A10402001)，针对汽车保险杠的主要注塑成型缺陷，将熔体白干扰流动和田口实验设计方法引入到对大型注塑件成型质量的改善当中来。基于对熔体白干扰流动的理论和实验研究成果，设计并建立了保险杠的自干扰进浇模型，从而改变了熔体充模的流动状态，改善制品的质量指标，提升制品的性能；通过田口实验设计方法，优化了自干扰进浇方案的工艺参数，设计出一组最佳的工艺参数组合，进一步提升制品的质量。本文的研究内容主要包含以下几点： 1.分析和研究熔体白干扰流动的特定规律，通过CAE模拟，分析熔体自干扰流动中两股熔体的融合机理和干扰机理，以及两股熔体融合时熔接痕的形成及影响因素。 2.通过对CAE模拟结果的分析，比较同一模型采用常规进浇和自干扰浇口进浇时对制品质量指标的影响，并通过实际注射成型样件和对其力学性能的测试进行验证。 3.将熔体自干扰流动方式引入到大型复杂薄壁件的成型，改变浇注系统浇口的形式和结构，改善熔体的流动状态及塑件凝聚态结构，提高制品的质量。 4.借助田口方法，结合实际的生产成型条件设定工艺参数进行CAE模拟，得出优化的成型工艺，减少制品的收缩率和翘曲，提高熔接痕的质量，进一步提升产品的质量。 研究结果表明，自干扰流动下两股熔体融合时是否产生明显的熔接痕取决于两浇口之间的距离，而与浇口尺寸、注射速度、材料性质、浇口形状以及白干扰浇口在壁面上的位置无关；自干扰流动可以有效的提高制品的力学性能，垂直于进浇方向的拉伸强度提高了10％左右，而白干扰试样的冲击强度有明显的提高，部分区域的冲击强度提升超过了100％；利用田口方法得出了最佳的工艺参数组合，并通过CAE(Moldflow)模拟的确认实验证实了它的有效性和可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1塑料成型CAE的发展概况

1.1.1注塑成型CAE技术的发展概况

1.1.2其它塑料成型CAE技术的发展概况

1.1.3 Moldflow软件介绍

1.2熔体自干扰流动的研究状况

1.2.1孪浇口的结构及其对聚合物熔体流变性能的影响

1.2.2熔体自干扰流动对塑件凝聚态取向效应的影响

1.2.3熔体自干扰流动的影响因素

1.3大型塑件的注塑成型介绍

1.3.1大型塑件的注塑成型缺陷及改善方法

1.3.2大型注塑模具优化对象

1.4本课题的研究意义

1.5本课题的内容与目标

1.5.1研究内容

1.5.2研究目标

第二章基于CAE的熔体自干扰流动的研究

2.1自干扰熔体融合及干扰机理

2.1.1自干扰熔体的融合机理

2.1.2自干扰熔体的干扰机理

2.2自干扰流动的拓展

2.2.1自干扰流动之浇口尺寸

2.2.2自干扰流动之材料与注射速度

2.2.3自干扰流动之浇口形状和位置

2.3本章小结

第三章熔体自干扰流动的实验研究

3.1实验方案

3.2试样的制备

3.2.1成型参数及样品的外观比较

3.2.2试样切片

3.3拉伸实验

3.4冲击实验

3.5本章小结

第四章大型塑件的自干扰进浇设计

4.1分析模型的建立

4.1.1浇口的建立

4.1.2模型的简化

4.1.3模型的前处理

4.2不同进浇方案模拟分析

4.2.1工艺参数设置

4.2.2模拟结果分析

4.3本章小结

第五章自干扰进浇的工艺参数优化

5.1田口实验设计方法

5.2设计目标和质量特性

5.3设计因子

5.3.1田口方法中因子重要性测试的机理

5.3.2基于DOE的因子重要性测试

5.4干扰策略

5.5主实验

5.6设计因子的最佳化

5.7确认实验

5.8本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间已发表的学术论文

致谢