基于moldflow汽車燈罩翹曲分析及優(yōu)化

基于moldflow汽車燈罩翹曲分析及優(yōu)化

0總結(jié)隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，塑料零件在汽車行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。1摩爾血流分析前處理1.1燈藥物模型建立汽車車燈燈罩外表面光滑，透明度要求較高，內(nèi)部特征較多，屬于較復(fù)雜的塑件。塑件采用聚碳酸酯材料，其模型尺寸為188mm×57mm×12mm，整體厚度約為2mm，具體參數(shù)如圖1所示。運用商用軟件UGNX11.0建立車燈燈罩的三維模型，如圖2所示。通過軟件之間的接口將模型導(dǎo)入到Moldflow軟件中，采用雙層面類型進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格長度設(shè)定為5mm。由于燈罩模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有限元模型的網(wǎng)格質(zhì)量無法達到分析要求，因此，需要通過Moldflow網(wǎng)格修復(fù)工具消除網(wǎng)格缺陷，修復(fù)后的網(wǎng)格匹配百分比為95.5%，相互百分比為96.6%，已連接的節(jié)點為13304，最大縱橫比為6.61，最小縱橫比為1.16，平均縱橫比為1.49，自由邊，配向不正確的單元，完全重疊單元等參數(shù)均為0。1.2澆口位置的選擇在澆注系統(tǒng)設(shè)計中，熔體在模具型腔內(nèi)的流動情況在很大程度上決定了產(chǎn)品的質(zhì)量由圖3可知，最佳澆口位置位于車燈燈罩的中前部區(qū)域。在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，由于考慮到塑件采用了一模兩腔及模具排位、澆注系統(tǒng)等制造方面的實際情況，澆口位置選在稍偏離最佳澆口處，同時為避免在車燈燈罩上留下澆口痕跡，選用了針閥式熱澆口進膠。澆注系統(tǒng)的設(shè)計尺寸具體如下:澆口大端直徑為4mm，小端直徑為2mm，長度為3mm;圓形熱流道直徑為10mm，圓錐形主流道大端直徑為12mm，小端直徑為10mm，長度為50mm。在澆注系統(tǒng)成型后，得到的汽車燈罩澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如4圖所示。1.3模具冷卻工藝?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)計以冷卻管道布置為主，其目的是為滿足注射成型工藝對模具溫度的要求，保障塑料熔體充模及冷卻凝固。合理設(shè)置冷卻系統(tǒng)有利于縮短燈罩冷卻時間，減少脫模后的收縮變形，保證燈罩尺寸的穩(wěn)定性，獲得良好的力學(xué)性能及較高的表面質(zhì)量2正交試驗結(jié)果分析車燈燈罩為薄殼類產(chǎn)品，由于實際裝配需要，對塑件尺寸精度要求較高。當(dāng)注射模成型時，應(yīng)重點結(jié)合塑件的翹曲變形量。塑件翹曲的類型一般分為拱形和馬鞍形翹曲。塑件的翹曲變形不僅影響了產(chǎn)品的外觀，還降低了產(chǎn)品的成型質(zhì)量。因此，在塑件注塑成型前，對塑件進行翹曲分析，能夠明顯減少產(chǎn)品在注塑過程中出現(xiàn)的翹曲現(xiàn)象由圖6a可知，以上所有因素影響下的最大總變形量為4.188mm。由圖6b可知，冷卻不均導(dǎo)致的最大翹曲變形量為0.3276mm。由圖6c可知，收縮不均引起的最大翹曲變形量為3.283mm。由圖6d可知，角效應(yīng)引起的最大翹曲變形量為0.6549mm。從圖6中可以看出，冷卻不均和角效應(yīng)對塑件變形存在一定影響，但不是引起塑件變形的主要因素，收縮不均對塑件變形的影響較大，是導(dǎo)致塑件在兩角處發(fā)生翹曲的主要因素。車燈燈罩兩角處相對其他部位強度較高，在冷卻時此處的抗收縮性較強，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)了不均勻收縮，發(fā)生了較大的翹曲現(xiàn)象。因此，單純通過調(diào)節(jié)保壓曲線無法較好地降低燈罩的翹曲變形量，需要對注塑參數(shù)進行優(yōu)化。3優(yōu)化分析汽車涂料的彎曲變形技術(shù)3.1工藝參數(shù)選取優(yōu)化為減少燈罩的翹曲變形量，選取對燈罩翹曲變形影響較大的6個工藝參數(shù)作為控制變量進行分析，分別為熔體溫度、保壓壓力、充填時間、閥式澆口開放時間、保壓時間和冷卻時間。為優(yōu)化邊界條件，需要對選取的工藝參數(shù)的取值范圍進行限制，熔體溫度范圍為295～335℃，保壓壓力為40～50MPa;填充時間范圍為1.2～1.8s，保壓時間范圍為20～40s，冷卻時間范圍為15～25s，閥式澆口開放時間為25～35s。在注塑過程中，設(shè)計了三水平六因素的正交表，試驗因子水平分析表如表1所示，正交試驗數(shù)據(jù)表如表2所示。3.2閥式澆口開放時間對塑件翹曲量的影響極差的值直接反映了各因素對注塑產(chǎn)品翹曲變形的影響，其值越大，影響程度越大。為研究各成型工藝參數(shù)對燈罩翹曲量的影響程度，對正交試驗的結(jié)果進行了極差分析，具體參數(shù)值如表3所示。從表3中可以看出，K為了更直觀的探究各試驗因素對翹曲變形量的影響，將表3、4中的數(shù)據(jù)作折線圖，如圖7所示。由表3、4的極差值可知，各因素對燈罩翹曲變形量的影響程度由大到小為:熔體溫度>保壓壓力>保壓時間>冷卻時間>充填時間>閥式澆口開放時間。由圖7a、7b、7c可知，隨著熔體溫度、保壓壓力和充填時間的增加，塑件翹曲變形量呈下降趨勢。由圖7d可知，隨著閥式澆口開放時間的增加，塑件翹曲量呈先減小后上升的趨勢。由圖7e可知，以上所有因素引起的塑件翹曲量隨著保壓時間的增大，各因素引起的翹曲變形量均呈下降趨勢;由收縮因素引起的翹曲變形量，隨著保壓時間的增大，呈先減小后上升的趨勢。由圖7f可知，隨著冷卻時間的增加，塑件的翹曲量逐漸增加。因此，為獲得最佳的翹曲變形量，從以上所有因素引起的翹曲變形的極差分析中獲得了最佳工藝參數(shù)為A3B3C3D2E3F1;從收縮因素引起翹曲變形的極差分析中獲得最佳工藝參數(shù)為A3B3C3D2E2F1。在其他成型參數(shù)相同的情況下，閥式澆口關(guān)閉后，延長保壓時間對產(chǎn)品翹曲變形量基本無影響，因此，為縮短產(chǎn)品成型時間，降低成本，選取的最佳工藝參數(shù)組合為A3B3C3D2E2F1。為進一步研究各因素對翹曲變形量的影響程度，對試驗結(jié)果進行了方差分析。方差分析可以準(zhǔn)確顯示不同條件下試驗結(jié)果的數(shù)據(jù)波動，判斷分析因素對翹曲變形量的影響程度是否顯著由表5、6可知，熔體溫度、保壓壓力及保壓時間的顯著性水平P<0.01，因此，熔體溫度、保壓壓力及保壓時間在燈罩注塑成型過程中對翹曲變形量的影響極大。冷卻時間在所有因素中引起的塑件翹曲量的方差分析中的顯著性水平0.01<P≤0.25，是較弱顯著性因素;在收縮因素引起的塑件翹曲量的方差分析中的顯著性水平P<0.01，為顯著性因素，這表明冷卻時間對所有因素引起的翹曲總變形量的影響程度較弱，對收縮因素引起的翹曲總變形量的影響程度較大。充填時間及閥式澆口開放時間的顯著性水平P>0.25，為不顯著因素。以F值為標(biāo)準(zhǔn)，影響翹曲變形的因素按顯著性由大到小的順序依次為:熔體溫度>保壓壓力>保壓時間>冷卻時間>充填時間>閥式澆口開放時間，與極差分析得到的結(jié)果一致，因此，最佳工藝參數(shù)為A3B3C3D2E2F1。3.3初始成型方案下最大變形量結(jié)果為分析優(yōu)化參數(shù)的可靠性，根據(jù)正交試驗獲得的最優(yōu)參數(shù):熔體溫度為335℃，保壓壓力50MPa，填充時間為1.8s，閥式澆口開放時間30s，保壓時間為30s，冷卻時間為15s進行數(shù)值仿真，得到結(jié)果如圖8所示。由圖8a可知，以上所有因素影響下的總最大變形量為3.386mm。由圖8b可知，冷卻不均導(dǎo)致的最大翹曲變形量為0.2053mm。由圖8c可知，收縮不均引起的最大翹曲變形量為2.733mm。由圖8d可知，角效應(yīng)引起的最大翹曲變形量為0.4988mm。與初始成型方案翹曲變形量相比，最大總變形量下降了19.15%，冷卻不均導(dǎo)致的最大翹曲變形量下降了37.33%，收縮不均引起的最大翹曲變形量下降了16.75%，角效應(yīng)引起的最大翹曲變形下降了23.84%。因此，優(yōu)化后的成型工藝參數(shù)降低了制品的翹曲變形量，能滿足產(chǎn)品最新標(biāo)準(zhǔn)3.5mm的容差要求。4最佳工藝參數(shù)的確定及驗證性試驗結(jié)合汽車燈罩的實際注塑情況，對產(chǎn)品進行模流仿真分析，得到以下結(jié)論。(1)冷卻不均和角效應(yīng)對汽車燈罩塑件變形均有一定影響，但不是主要因素，收縮不均對塑件變形的影響較大，是導(dǎo)致塑件在兩角處發(fā)生翹曲的主要因素。(2)利用正交試驗進行工藝參數(shù)優(yōu)化，獲取翹曲變形程度最小的工藝參數(shù)組合為熔體溫度335℃，保壓壓力50MPa，填充時間1.8s，閥式澆口開放時間30s，保壓時間30s，冷卻時間15s。與初始成型方案翹曲變形量相比，在以上因素的影響下，最大總變形量下降了19.15%，冷卻不均導(dǎo)致的最大翹曲變形量下降了37.33%，收縮不均引起的最大翹曲變形量下降了16.75%，角效應(yīng)引起