38000字硕士毕业论文汽车零件注塑模具的CAE分析与优化

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：38000字

论点：浇口,冷却,分析

论文概述：

随着CAE技术在注塑行业的应用，通过模流软件的分析结果，可直观地发现塑件在成型后可能出现的缺陷，并有针对性地提出改进方案或修改设计参数，从而避免在实际生产中进行反复的试模，降

论文正文：

介绍

1.1研究背景和意义
随着科学技术的进步和生产技术的快速发展，工程塑料因其优异的性能被广泛应用于电子、汽车、家用电器、机械设备等许多行业。随着塑料在汽车工业中的广泛应用，汽车塑料已经成为衡量汽车工业发展水平的重要标志。一些数据显示，发达国家汽车用塑料的数量已经从50？到21世纪初，60公斤/辆已经增长到100 ~ 120公斤/辆，而且还在继续增长。同时，塑料汽车部件已经从汽车内部部件扩展到汽车车身、外部部件和功能结构部件。据媒体报道，英国在2007年11月推出了全塑料轿车。“塑料代替钢”和“塑料代替木材”已经成为世界发展的趋势。随着汽车工业的快速发展，工艺设计水平日益制约其发展速度。如何提高汽车零部件的制造水平和成形工艺水平迫在眉睫。CAE技术在汽车领域的应用，可以使产品和模具在设计阶段通过计算机模拟成型过程，提前发现潜在问题，进行有针对性的改进和完善，给企业带来经济效益，对汽车行业的制造和加工具有重要意义。

1.2国内外汽车零部件研究现状

1.2.1国外研究现状
成植、金崔浩等分析了汽车保险杠的选材。指出复合材料的使用具有明显的优势，本文中的塑料件是由玻璃纤维环氧复合材料制成的。分析表明，该复合材料的性能明显优于其他材料，并努力减轻汽车的重量。钱荣升等研究了汽车保险杠的表面质量。通过对汽车保险杠材料的表面处理，提高和验证了塑料零件的表面质量。基于流速与塑件壁厚成正比的假设，金用几何方法研究了边界层流动问题。利用这种几何方法，给出了填充方式的近似解，使塑料零件得到了更好的填充。通过对汽车仪表板塑料零件的填充，验证了该方法的可行性。虽然其研究环境是注射成型，但这种方法也可以应用于其他领域。容沈康等
1.2.2国内研究现状
刘小毅
3浇注系统的设计和优化............................20-31
3.1注塑模具浇注系统组成............................20-22
3.1.1主频道............................20-21 [/BR/] 3.1.2分支渠道............................21[/比尔/] 3.1.3大门............................21-22
3.2闸门位置和数量确定............................22-24
3.3浇注系统的设计和优化............................24-29
3.3.1主河道直径的计算............................24-25
3.3.2支管直径的计算............................25
3.3.3点闸门直径的计算............................25-26
3.3.4分析结果的比较............................26-29
3.4本章概述............................29-31
4冷却系统设计和优化............................31-38 [/BR/] 4.1冷却分析简介............................31
4.2冷却分析效果............................31-32 [/BR/] 4.3冷却系统设计原则............................32[/比尔/] 4.4冷却管道设计计算............................32-33
4.5冷却系统设计和优化............................33-37
4.5.1冷却系统设计............................34-35[/溴/] 4.5.2改进前后的冷却结果............................35-37 [/BR/] 4.6本章概述............................37-38
5翘曲变形优化............................38-43
5.1塑料零件翘曲变形的原因............................38-39
5.2翘曲变形模拟目的............................39
5.3翘曲分析和优化............................39-42
5.3.1翘曲分析............................39-40
5.3.2翘曲优化............................40-42 [/BR/] 5.4本章概述............................42-43使用Moldflow软件模拟分析汽车储物箱上下盖的填充、流动、冷却和翘曲。通过分析结果，对浇注系统进行了设计和优化，从而在实践中指导塑料零件的加工和生产。王茂军
结论使用Moldflow模拟注塑汽车B柱下护板的成型过程，并根据产品本身的特点设计了四套旁路注射系统。通过流动分析，预测熔融塑料在型腔中的流动填充情况，获得最佳浇注系统。在此基础上，为模具表面温度设定了几组不同的温度值，以获得最佳模具表面温度和最佳熔体温度，从而找出最佳注射压力和保压压力。利用Moldflow软件优化获得了最佳注射系统、模具表面温度(25℃)、熔体温度(2251:)、注射压力(61.26兆帕)和保压压力(49.01兆帕)，并将获得的最佳工艺参数应用于实际注射过程。针对注射成型中工艺条件和设计参数缺乏参考，通过对注射成型过程中薄壁产品缠绕位置的数值计算，利用电子词典电池盖的注射成型来验证塑料零件填充良好。哈桑·奥克特姆(Hasan Oktem)等人
2汽车仪表板模型流动分析和预处理的理论基础利用田口方法调整工艺参数，优化薄壳产品成型过程中因收缩不均匀导致的翘曲变形。对多组Moldflow分析的数据进行正交试验，找出影响翘曲和收缩的工艺参数，进而找出薄壁塑料件成型中的最佳工艺参数，使产品翘曲和收缩分别增加2.17%和0.7%，验证田口方法是优化翘曲问题的非常有用的工具。。分析焊缝形成的原因，并通过修改有限元网格优化焊缝。焊缝的数值计算结果应与实验结果进行比较。焊缝角度通过不同的流动长度测量，并通过比较三种不同网格下的焊缝角度进行优化。从以上文献可以看出，国外对汽车塑料零件的研究主要集中在原材料使用性能和注塑工艺的理论研究上，为减轻汽车重量做出了努力，并对注塑工艺的理论研究做出了一定贡献。

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2。1注塑成型过程中模具流动分析的理论基础
塑料熔体的填充过程是一个粘弹性、不稳定、非等温不可压缩流动和传热的复杂过程。熔体流动满足连续性方程、动量定理和能量守恒方程，但很难准确描述其流动。因此，在实际应用中，有必要对粘性流体力学的基本方程作出适当的假设。[/BR/] (1)聚合物熔体可表示为广义牛顿流体，熔体在型腔中的流动可视为广义乐和-肖氏流动，因此注射成型过程中熔体的流动可视为扩展层流。因此，z方向上的速度分量可以忽略(w=0)，并且认为压力不会沿z方向改变，即1 = 0。
(2)在注塑流动过程中，熔体可以被认为是不可压缩的，g1]Vp = 0。假设前缘位置不会在厚度方向上改变。
(3)熔体厚度方向上的流速分量可忽略不计，压力沿厚度方向不变。
(4)由于熔体粘度高，法向应力被忽略，仅考虑剪切应力。此外，熔体的弹性效应可以忽略。
(5)在熔体流动方向，热传导相对于热对流非常小(peclet数Pe>102)，可以忽略不计。此外，熔体不含热源，即q=0。[/溴/] (6)熔体温度在注射阶段变化不大，其恒定的体积比热容和热导率被视为常数。
(7)忽略熔体前沿附近的射流。

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随着CAE技术在注塑行业的应用，通过模具流动软件的分析结果，可以直观地发现成型后塑料零件可能存在的缺陷，并提出有针对性的改进方案或设计参数的修改，从而避免实际生产中重复进行模具测试，降低制造成本，缩短模具开发周期，提高产品质量。因此，CAE技术的结合是未来模具设计和发展的必然趋势。
本文以某汽车塑料仪表板为研究对象，以Pro/E软件为工具进行三维建模，总结国内外汽车零部件注塑成型过程中CAE技术的研究现状，利用CAE仿真分析软件Moldflow，结合聚合物流变学和传热设计计算模具浇注系统和冷却系统，根据仿真结果调整设计方案，最终提高产品质量和生产效率。本文的研究可以得出以下结论:
(1)利用MoldFlow软件对注塑模具浇口位置进行初步分析，找出最佳浇口位置。流量分析用于优化闸门位置和数量，最终确定最佳闸门位置和数量。
(2)根据聚合物流变学的理论基础，设计计算了汽车仪表板零件浇注系统中主流道、支道和浇口的管径。通过仿真分析，发现焊缝是设计中最大的缺陷，通过改变浇口类型对其进行了改进和优化。通过对改进后浇注系统的仿真分析，有效减少了焊缝的长度和数量，体积收缩率提高了0.03%。
(3)基于传热理论，计算零件冷却系统中冷却管的管径，并根据零件的结构特点进行管道布置。冷却分析模块用于模拟和分析初步设计的冷却系统。通过分析结果，合理优化了冷却系统，塑料件改进前后的冷却时间从13.34秒减少到12.90秒，冷却效率提高了3.3%。开模时间从4.279秒提前到4.150秒，从而提前开模时间，缩短冷却周期，提高生产效率。
(4)通过翘曲分析模块，对汽车仪表板成型后的翘曲结果进行模拟分析。结合分析结果，发现收缩不均匀是零件翘曲变形的主要原因。通过改变保压曲线，零件的总翘曲变形在优化前从0.4926毫米减少到0.418毫米，为15.1%。产品成型后的翘曲变形大大减少。