模内层压成形工艺关键技术研究

摘要

随着汽车产业的发展，为了增强和/或改变汽车内饰件产品的外观、提高柔软触感和质地，通常需要在坚硬形态的塑料制品外表面添加覆盖薄层，如 PVC人造革、织物、PU皮革、真皮等。传统工艺采用先成形塑料基材、再粘结外覆盖层的方法，存在工序多、生产成本高、环境污染等问题。模内层压工艺是先在模具型腔内嵌入层压材料(外覆盖层)，合模后一次注射成形，塑料熔体在层压材料内表面流动并在冷却后与层压材料粘结在一起，具有生产成本低、环保等优点。但模内层压成形新工艺存在层压材料易拉裂和起皱、层压材料与塑料基材易剥离、专用成形设备过于昂贵等问题。为此，本文开展了以下研究工作。
　　采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法，分析了层压材料在层压过程拉裂和起皱的机理及成形性的主要影响因素，通过实验获得了PVC人造革的力学性能参数，发现其具有应变率敏感性强的特性并建立非线弹性本构模型，采用ABAQUS/Explicit有限元数值模拟研究了成形速度等对层压材料成形性的影响，为层压过程预测缺陷、优化工艺和模具提供了指导依据。
　　基于界面机械互锁理论和扩散理论，探明了模内层压产品层间界面的形成机理，分析了层间结合强度的主要影响因素，通过工艺实验研究建立了塑料基材和注射工艺参数对层间结合强度的影响规律，为优化产品的层间结合强度提供了科学方法。
　　研究了模内层压成形过程的工艺特性，考虑到国外模内层压专用注射机过于昂贵的实际，提出了在通用注射机上开发模内层压外接控制系统的新方案，实现了嵌入式模内层压控制系统的总体方案、硬件系统和软件系统设计，构建了热流道系统温度控制和中子动作控制算法，研制出满足模内层压工艺要求同时降低成本的成形装备。
　　以汽车内门板上框架的模内层压产品为例，进行了产品的可成形性分析，采用数值模拟对产品的层压过程和注射过程进行了工艺分析与优化，研究并设计了具有特殊结构的模内层压模具，实现了模内层压工艺的实际应用与验证，并在汽车工业中进行了推广应用。
　　综上，论文系统地研究了模内层压成形工艺中的层压材料成形性、层间结合强度、模内层压控制系统、模具设计与工艺优化等关键技术，突破了技术瓶颈，实现了该工艺的工程化应用，为该工艺的进一步推广应用提供了理论指导和技术支撑。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 模内层压成形工艺研究现状

1.3 课题来源与主要研究内容

2 层压材料的成形性分析

2.1 成形性的影响因素

2.2 力学性能测试

2.3 本构建模

2.4 层压过程模拟与缺陷分析

2.5 本章小结

3 模内层压产品层间结合强度研究

3.1 层间界面的机理及层间结合强度的影响因素分析

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 模内层压控制系统的研究与实现

4.1 模内层压成形过程的工艺特性分析

4.2 模内层压控制系统的架构与设计

4.3 硬件系统的设计与实现

4.4 软件系统的设计与实现

4.5 关键控制算法研究

4.6 本章小结

5 模内层压产品的工艺设计与应用验证

5.1 产品的可成形性工艺分析

5.2 层压过程的模拟与优化

5.3 注射过程的模拟与优化

5.4 模具结构设计

5.5 应用验证

5.6 本章小结

6 全文总结与研究展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读博士学位期间发表的论文及成果