基于CAE的汽车水室注塑工艺优化与模具设计

摘要

在汽车轻量化的背景下，塑料以其质轻、性能优良的特性在汽车上的应用越来越广泛，汽车塑料件的产品质量也越来越受到企业的重视。近年来，CAD/CAE技术的广泛应用使得模具设计和工艺参数优化的效率大大提高，有效提高生产效率，越来越受到企业和研究者的重视。本文以某公司生产的汽车水室作为研究对象，借助CAD/CAE技术进行模具设计，运用Taguchi试验设计、响应面模型和遗传算法NSGA-II对工艺参数进行优化。
　　本研究主要内容包括：⑴概述了塑料在汽车上的应用及注塑成型工艺，重点分析了翘曲和收缩的产生机理及预防措施，介绍了CAE技术理论基础和CAE技术在注塑成型中的应用。将三维设计软件UG和模拟仿真软件Moldflow相结合，通过对汽车水室的成型过程进行模拟，结合模具设计准则，设计合理的模具结构，缩短模具开发进度。⑵将Taguchi试验设计与CAE技术相结合，以翘曲变形和顶出时体积收缩率为质量考核目标，分析模具温度、保压压力、保压时间、熔体温度及冷却时间对两指标的影响。通过均值分析可以分析出各参数对两指标的影响规律，经过变量分析，得出各因素对两指标的具体影响程度。随后，运用加权综合评分法，计算两指标各自所占的权重，初步选出兼顾两指标的工艺参数组合。⑶正交试验只是区域优化，为得到更合理的工艺参数，在 Taguchi试验优化的基础上，选出对综合质量影响最为显著的两个因素：保压压力和熔体温度，通过等径八边形试验设计，分别建立两指标的二阶响应面模型，并验证响应面模型的显著性，然后结合遗传算法 NSGA-II对工艺参数进行多目标寻优，得出最佳工艺参数组合。结合Moldflow软件，将最佳工艺参数组合进行模拟验证，所得试验值与响应面模型的预测值误差很小，并且优化结果比 Taguchi试验优化更明显。将优化后的工艺参数组合用于实际生产中，生产出满足质量要求的产品，充分验证模型预测的准确性及有效性，表明运用数值模拟技术，结合响应面模型与遗传算法，可为优化工艺参数和提升产品质量提供理论指导及依据。

目录

声明

第一章绪论

1.1论文研究背景与意义

1.2塑料在汽车上的应用

1.3长条状塑件的主要缺陷分析

1.4 CAE技术在注塑成型中的应用

1.5 本文主要研究内容及工作安排

第二章注塑成型工艺及CAE理论基础

2.1注塑成型过程

2.2工艺参数对成型质量的影响

2.3流变学基本方程

2.4注塑成型各阶段数学模型

2.5本章小结

第三章基于CAE的汽车水室模具设计

3.1模具设计基本流程

3.2塑件分析

3.3浇注系统设计

3.4冷却系统的设计

3.5模具成型零部件的设计

3.6顶出机构

3.7模具总装图

3.8本章小结

第四章基于Taguchi的注塑工艺参数优化

4.1 Taguchi试验设计

4.2多指标试验的综合评分法

4.3汽车水室注射成型Taguchi试验设计

4.4多指标试验综合质量评价

4.5本章小结

第五章 基于响应面模型和遗传算法的注塑工艺优化

5.1代理模型技术简介

5.2响应面模型

5.3遗传算法简介

5.4二阶响应面模型的建立与检验

5.5基于NSGA-II遗传算法的注塑工艺参数寻优

5.6最佳工艺参数组合模拟验证

5.7本章小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

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