聚丙烯车门内板翘曲变形影响因素分析及优化

摘要

聚丙烯车门内板有形状复杂,零件尺寸大的特点;由于零件翘曲变形,大量出现整车装配时外观匹配不良;零件局部和金属钣金干涉,造成整车震动异响。这是引起汽车内饰生产厂家产品报废的最大问题,每年都会造成了巨大的经济损失。本文针对车门内板翘曲变形问题,利用质量学以及数字仿真等相关工具,分析和改进了收缩率的测量方法,优化了模具的冷却效率、产品结构与成型工艺,从而获得了满意的解决方案。论文主要的研究成果如下:
　　1)聚丙烯材料收缩率测量与分析
　　由于聚丙烯材料在TD(沿流动方向)和MD(垂直流动方向)的收缩率可能存在差异,这种差异会造成零件的不均匀收缩,并造成制品的翘曲变形。测量系统需要有效的分辨这种差异,以支持材料和模具的开发。本文通过对现有测量系统的数据分析,发现游标卡尺手工测量方法在重复性和再现性无法满足精度要求;从而研究建立了基于数字图像处理的测量系统,并通过实例验证该系统能够满足测量分辨率的要求,可以有效辨识收缩率在两个方向的差异。
　　2)注塑工艺参数优化
　　针对模具温度、材料温度、注射速度、保压压力、保压时间等注塑成型工艺参数,本文基于MoldFlow软件平台,通过对注塑工艺的实验设计,分析影响车门内板翘曲变形的关键性工艺参数。通过分析发现保压时间是显著性影响因素,通过延长保压时间和升高材料注塑温度有助于降低车门内板的翘曲变形。
　　3)注塑模具冷却效率控制
　　模具的冷却效率直接影响车门内板脱模时的产品表面温度,而较高的温度必然带来较大的后收缩,从而引起翘曲变形。本文通过MoldFlow软件平台进行仿真实验实验设计,找到冷却水温度和水路直径对模具冷却效率影响显著;利用Fluent软件对常用的水路接头和冷却水井结构进行单位时间流量分析,从中得到较优的水路接头结构和冷却水井结构,提高模具冷却效率,从而降低翘曲变形。
　　4)车门内板转角结构设计仿真与优化
　　针对车门内板转角处容易产生翘曲变形缺陷,本文通过Fluent软件的多相流计算分析,发现聚丙烯材料中的填充物密度不均匀是转角处产生翘曲变形的主要原因。通过优化车门内板转角处的几何结构,达到改变流场速度分布的目的,从而使聚丙烯材料中填充物在注塑过程中分布趋于均匀,以减少车门内板转角翘曲变形。

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第一章 绪论

1.1课题来源

1.2 车用聚丙烯共混材料发展现状

1.3聚丙烯车门内板翘曲变形产生机理

1.4现有翘曲变形的研究和解决方法

1.5论文的主要工作及意义

第二章 收缩率测量与分析

2.1 现有收缩率的测量与测量系统分析

2.2 数字图像测量收缩率

2.3 本章小结

第三章 注塑工艺参数优化

3.1 注塑成型工艺过程分析

3.2 注塑工艺的DOE实验

3.3 实机注塑结果和CAE的比对

3.4 本章小结

第四章注塑模具冷却效率分析与优化

4.1 影响模具冷却关键性因素的分析

4.2 实验和Mold Flow的结果比对

4.3 模具冷却设计关键点的模拟分析

4.4 本章小结

第五章车门内板结构设计仿真与优化

5.1聚丙烯车门内板转角变形的机理

5.2使用Fluent进行直角流动两相流分析

5.3 仿真分析结果验证

5.4 优化结构设计减少角度

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文