汽车散热器水箱上盖注塑成型及翘曲优化

摘要

本文研究的是汽车散热器水箱上盖注塑成形数值模拟及翘曲变形优化。研究目的是为了在批量投入生产之前，通过对注塑件进行数值模拟及翘曲变形优化，使注塑件达到高精度要求。这对于减少模具试模次数、提高生产效率、降低生产成本、提高注塑件成型质量具有重大意义。
　　为了减小注塑制品的翘曲变形问题，首先对注塑制品翘曲变形的理论进行了研究，包括熔体充模过程的理论基础，粘性流体力学的基本方程，注塑成型中熔体流动行为的数学模型，以及注塑成型翘曲变形的数学模型。
　　然后以汽车散热器水箱上盖为例，运用Moldflow软件对注塑成型过程进行初步的数值模拟，得到汽车散热器水箱上盖翘曲变形量为2.374mm，通过流动分析、冷却分析、翘曲分析三个过程得到导致翘曲的原因为玻纤取向异常、冷却不均以及收缩不均，进而通过对注塑件进行模具结构以及保压曲线的优化来降低翘曲变形量。具体优化数据为：冷却系统优化和浇注系统优化后，翘曲变形量减小为1.513mm，与初始方案相比，翘曲变形降低了36.27%；保压曲线优化后，翘曲变形量减小为1.094mm，与初始方案相比，翘曲变形降低了54.04%。
　　最后，建立DOE试验进行注塑工艺参数优化。借助统计分析软件Minitab建立正交试验，通过对Moldflow仿真试验进行极差数据分析，得到影响注塑件翘曲的最佳工艺参数组合为A2B2C2D3E1，即模具温度取90℃，熔体温度取260℃，注射时间取3s，保压压力取100MPa，保压时间取40s，通过对方差以及因子的贡献率进行分析，得到影响翘曲变形量的显著因子为注射时间和保压压力。通过对显著因子建立二阶响应曲面方程的方式获得精确地工艺参数组合为注射时间4.414s，保压压力106.27MPa，制品翘曲变形量减小为0.872mm，较初始方案降低了63.3%，完成了高精度翘曲优化目标。
　　本文的研究表明：通过对注塑成型翘曲变形进行理论、材料特性、模具结构、工艺参数等方面进行研究并做出优化，同时结合正交试验以及二阶响应曲面方程进行Moldflow数值模拟，能够有效降低注注塑件翘曲变形量。

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摘 要

Abstract

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Content

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外注塑模具翘曲的研究现状

1.2.1 国外注塑模具翘曲的研究现状

1.2.2 国内注塑模具翘曲的研究现状

1.3 主要研究内容

1.3.1 主要研究内容

1.4 翘曲优化技术路线

2 注塑制品翘曲变形的理论研究

2.1 注塑成型翘曲变形的 CAE 数值模拟理论

2.1.1 熔体充模过程的理论基础

2.1.2 粘性流体力学的基本方程

2.1.3 注塑成型中熔体流动行为的数学模型

2.1.4 注塑成型翘曲变形的数学模型

2.2 翘曲变形概述

2.3 翘曲变形产生的原因

2.4 减小翘曲变形的措施

2.5 本章小结

3 汽车散热器水箱上盖注塑成型模拟分析

3.1 Moldflow 翘曲分析基本流程

3.2 研究对象

3.2.1 研究对象简介

3.2.2 汽车散热器水箱上盖材料选择

3.2.3 研究对象尺寸公差的选择

3.3 方案创建及模型的网格划分

3.3.1 网格类型及选择

3.3.2 网格划分

3.3.3 网格优化

3.4 初始浇注系统的建立

3.4.1 初始浇口的设计

3.4.2 初始热流道的设计

3.5 初始冷却系统的建立

3.6 初始方案的翘曲分析过程

3.7 初始方案翘曲结果分析

3.7.1 流动分析

3.7.2 冷却分析

3.7.3 翘曲分析

3.8 本章小结

4 汽车散热器水箱上盖结构及保压曲线翘曲优化

4.1 冷却系统优化

4.2 浇注系统优化

4.2.1 玻纤配向分析优化

4.2.2 浇口位置优化

4.2.3 浇注系统优化后的翘曲量

4.3 保压曲线优化

4.3.1 注塑机的选型

4.3.2 保压压力与保压时间设定

4.3.3 保压曲线对翘曲的影响及保压曲线设定

4.3.4 保压曲线翘曲优化结果分析

4.4 本章小结

5 基于 DOE 试验的汽车散热器水箱上盖工艺参数优化

5.1 基于正交试验的注塑件工艺参数优化

5.1.1 正交试验设计流程

5.1.2 正交试验注塑工艺参数方案建立

5.1.3 正交试验表建立

5.2 正交试验结果分析

5.2.1 数据的极差分析

5.2.2 数据的方差分析

5.2.3 因子的贡献率

5.2.4 优化成型工艺参数组合验证

5.3 基于二阶响应曲面法的注塑件工艺参数优化

5.3.1 响应曲面设计法概述

5.4 中心组合设计方案试验设计

5.4.1 中心组合设计方案试验点分析

5.4.2 中心组合设计方案建立

5.4.3 拟合中心组合设计方案试验模型

5.4.4 中心组合设计方案残差诊断

5.5 回归方程建立以及最优解计算

5.6 二阶响应曲面最佳工艺组合模拟验证

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间取得学术成果和获奖情况