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CAE技术在汽车塑料件生产中的应用
原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-27 原文发表:2007-06-27 人气:1
本文章共3730字，分3页，当前第1页，快速翻页：
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摘要：采用CAE 分析软件针对轿车塑料件的注塑过程进行模拟分析和优化设计。首先建立制品的三维几何模型，根据现生产用材料、设备，分别进行了注塑过程和注塑参数优化分析。找出了现生产中制品出现缺陷的原因。分析结果表明：塑料CAE 模拟分析技术在汽车塑料产品结构优化、模具设计和产品生产中具有很大的应用前景。
关键字：塑料CAE 模拟分析 模型 注射系统 优化
随着塑料在汽车上越来越广泛的应用，对汽车塑料件的质量需求越来越高。而设计制造高质量的汽车塑料零件需要优秀的产品设计、高水准的模具和优化的注塑成型工艺三个环节的有机结合。目前，在现生产中，诸如产品结构是否满足注塑成型工艺要求、所选的原材料是否能与模具结构相匹配、产品注塑成型工艺参数是否合理、产品熔接痕的位置、数量及对产品质量的影响、模具设计及反复试模耗费大量时间等问题始终困扰着我们。
由于塑料CAE 模拟技术能事先对产品结构的工艺性、制件成型后的质量及模具流道结构进行有效设计，使发现的问题及时在产品设计完成之前予以修正，避免了传统设计程序的弊端——模具加工完成、试模出问题后，再去修改设计、试模调模。从而缩短了产品开发周期，降低了产品成本。
下面针对现有几种汽车塑料制件存在的质量问题，应用MOLDFLOW 软件进行模拟分析，探索将塑料CAE 技术与产品设计相结合，解决产品缺陷。以下是我们就塑料件的尺寸、缩痕、翘曲变形、应力集中等质量缺陷，应用CAE 技术进行模拟分析的几个实例：
分析对象包括：汽车散热器水箱面罩、杂物箱盖、倒车灯灯罩；
分析模拟用软件：MOLDFLOW；
CAD 建模软件：EUCLID、PRO/E。
1 模拟分析杂物箱盖翘曲问题的原因及消除
1.1 盖翘曲问题的原因
目前存在的问题是产品生产出来后，在盖的两角处发生向外翘曲，影响了产品外观质量和装车进度。为找出问题产生的原因，我们首先用现生产工艺参数进行模拟分析。
表1 现生产工艺参数
材料名称 改性 PP
模具温度 40℃
熔体温度 210℃
注射时间 3s
注射压力 37MPa
保压时间 3.5s
保压压力 30 MPa
现生产工艺采用一级注塑、一级保压。经对制件体收缩分析，得到产品体收缩分布图（图1）。
图1
可以看出：两端处体收缩（比较大）达11%，高于中间部位（7%）。由于产品整体体收缩不均，导致了产品翘曲。
1.2 改进方案一
按照传统的设计思想——修改产品结构：在产品内侧加两条加强筋。但实际生产出的产品，翘曲依然存在，而且加强筋外表面出现明显缩痕。经我们通过计算机模拟分析，得到如图2 所示结果。
图2
两端处体收缩仍为11%，而且加强筋相对的外表面的体收缩增大，因而导致上述结果。可见这一方案并没有从根本上将问题解决。
1.3 改进方案二
采用CAE 分析技术对工艺参数优化设计经过模拟分析，我们获得优化的工艺参数。主要是：增加了保压曲线（由一级保压变为二级保压），保压压力由原来的30MPa 增加到60MPa，并延长保压时间，由原来的3.5s 增加到10s。
图3 保压曲线
这样得到的产品两端体收缩降到4.5%，而且在产品表面分布均匀（图4），从而消除了翘曲变形。
图4 产品体收缩分布图
2 汽车倒车灯灯罩的应力分析及结构优化
目前，此产品存在着成型后两端头出现内部裂纹的缺陷。分别按照现生产工艺参数（采用材料为PMMA模具温度50℃，熔料温度220℃）和MOLDFLOW 数据库推荐参数（模具温度80℃，熔料温度230℃）进行模拟分析，得到的分析结果表明应力均集中在两端头，且均超过材料的最大的剪应力。图5 是以MOLDFLOW 数据库推荐参数进行模拟获得的应力分布图：
图5
从图5 中我们看到，整个产品应力分布最大值为0.5～0.6MPa，并且位置集中在两端头。而材料的最大剪应力为0.4 MPa。一般在应力值高的地方易产生应力集中，而裂纹是应力释放的结果。这就是产品在两端部出现裂纹的原因。
随后我们采用修改两端头壁厚的方案，也就是将两端头的壁厚增加0.2mm，力图使此部位物料流动顺畅，从而降低此处剪切应力，使产品的整体应力水平下降。工艺参数不变，模拟分析得到产品成型后应力分布图（图6）。
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