CAE技術(shù)在汽車塑料件生產(chǎn)中的應(yīng)用.doc

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1、CAE技術(shù)在汽車塑料件生產(chǎn)中的應(yīng)用作者：第一汽車集團(tuán)公司江梅叢穆????來源：PT現(xiàn)代塑料摘要：采用CAE分析軟件針對轎車塑料件的注塑過程進(jìn)行模擬分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先建立制品的三維幾何模型，根據(jù)現(xiàn)生產(chǎn)用材料、設(shè)備，分別進(jìn)行了注塑過程和注塑參數(shù)優(yōu)化分析。找出了現(xiàn)生產(chǎn)中制品出現(xiàn)缺陷的原因。分析結(jié)果表明：塑料CAE模擬分析技術(shù)在汽車塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化、模具設(shè)計(jì)和產(chǎn)品生產(chǎn)中具有很大的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：塑料CAE模擬分析模型注射系統(tǒng)優(yōu)化隨著塑料在汽車上越來越廣泛的應(yīng)用，對汽車塑料件的質(zhì)量需求越來越高。而設(shè)計(jì)制造高質(zhì)量的汽車塑料零件需要優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、高水準(zhǔn)的模具和優(yōu)化

2、的注塑成型工藝三個(gè)環(huán)節(jié)的有機(jī)結(jié)合。目前，在現(xiàn)生產(chǎn)中，諸如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是否滿足注塑成型工藝要求、所選的原材料是否能與模具結(jié)構(gòu)相匹配、產(chǎn)品注塑成型工藝參數(shù)是否合理、產(chǎn)品熔接痕的位置、數(shù)量及對產(chǎn)品質(zhì)量的影響、模具設(shè)計(jì)及反復(fù)試模耗費(fèi)大量時(shí)間等問題始終困擾著我們。由于塑料CAE模擬技術(shù)能事先對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的工藝性、制件成型后的質(zhì)量及模具流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，使發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成之前予以修正，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)程序的弊端——模具加工完成、試模出問題后，再去修改設(shè)計(jì)、試模調(diào)模。從而縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了產(chǎn)品成本。下面針對現(xiàn)有幾種汽車塑料制件存在的質(zhì)量問題，應(yīng)用MOLD

3、FLOW軟件進(jìn)行模擬分析，探索將塑料CAE技術(shù)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相結(jié)合，解決產(chǎn)品缺陷。以下是我們就塑料件的尺寸、縮痕、翹曲變形、應(yīng)力集中等質(zhì)量缺陷，應(yīng)用CAE技術(shù)進(jìn)行模擬分析的幾個(gè)實(shí)例：分析對象包括：汽車散熱器水箱面罩、雜物箱蓋、倒車燈燈罩；分析模擬用軟件：MOLDFLOW；CAD建模軟件：EUCLID、PRO/E。1模擬分析雜物箱蓋翹曲問題的原因及消除1.1蓋翹曲問題的原因目前存在的問題是產(chǎn)品生產(chǎn)出來后，在蓋的兩角處發(fā)生向外翹曲，影響了產(chǎn)品外觀質(zhì)量和裝車進(jìn)度。為找出問題產(chǎn)生的原因，我們首先用現(xiàn)生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行模擬分析。表1現(xiàn)生產(chǎn)工藝參數(shù)材料名稱改性PP模具溫度4

4、0℃熔體溫度210℃注射時(shí)間3s注射壓力37MPa保壓時(shí)間3.5s保壓壓力30MPa現(xiàn)生產(chǎn)工藝采用一級注塑、一級保壓。經(jīng)對制件體收縮分析，得到產(chǎn)品體收縮分布圖（圖1）。圖1可以看出：兩端處體收縮（比較大）達(dá)11%，高于中間部位（7%）。由于產(chǎn)品整體體收縮不均，導(dǎo)致了產(chǎn)品翹曲。1.2改進(jìn)方案一按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想——修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：在產(chǎn)品內(nèi)側(cè)加兩條加強(qiáng)筋。但實(shí)際生產(chǎn)出的產(chǎn)品，翹曲依然存在，而且加強(qiáng)筋外表面出現(xiàn)明顯縮痕。經(jīng)我們通過計(jì)算機(jī)模擬分析，得到如圖2所示結(jié)果。圖2兩端處體收縮仍為11%，而且加強(qiáng)筋相對的外表面的體收縮增大，因而導(dǎo)致上述結(jié)果?？梢娺@一方案并沒有

5、從根本上將問題解決。1.3改進(jìn)方案二采用CAE分析技術(shù)對工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)過模擬分析，我們獲得優(yōu)化的工藝參數(shù)。主要是：增加了保壓曲線（由一級保壓變?yōu)槎壉海?，保壓壓力由原來?0MPa增加到60MPa，并延長保壓時(shí)間，由原來的3.5s增加到10s。圖3保壓曲線這樣得到的產(chǎn)品兩端體收縮降到4.5%，而且在產(chǎn)品表面分布均勻（圖4），從而消除了翹曲變形。圖4產(chǎn)品體收縮分布圖2汽車倒車燈燈罩的應(yīng)力分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化目前，此產(chǎn)品存在著成型后兩端頭出現(xiàn)內(nèi)部裂紋的缺陷。分別按照現(xiàn)生產(chǎn)工藝參數(shù)（采用材料為PMMA模具溫度50℃，熔料溫度220℃）和MOLDFLOW數(shù)據(jù)庫推薦

6、參數(shù)（模具溫度80℃，熔料溫度230℃）進(jìn)行模擬分析，得到的分析結(jié)果表明應(yīng)力均集中在兩端頭，且均超過材料的最大的剪應(yīng)力。圖5是以MOLDFLOW數(shù)據(jù)庫推薦參數(shù)進(jìn)行模擬獲得的應(yīng)力分布圖：圖5從圖5中我們看到，整個(gè)產(chǎn)品應(yīng)力分布最大值為0.5～0.6MPa，并且位置集中在兩端頭。而材料的最大剪應(yīng)力為0.4MPa。一般在應(yīng)力值高的地方易產(chǎn)生應(yīng)力集中，而裂紋是應(yīng)力釋放的結(jié)果。這就是產(chǎn)品在兩端部出現(xiàn)裂紋的原因。隨后我們采用修改兩端頭壁厚的方案，也就是將兩端頭的壁厚增加0.2mm，力圖使此部位物料流動(dòng)順暢，從而降低此處剪切應(yīng)力，使產(chǎn)品的整體應(yīng)力水平下降。工藝參數(shù)不變，模

7、擬分析得到產(chǎn)品成型后應(yīng)力分布圖（圖6）。圖6結(jié)果使產(chǎn)品兩端部應(yīng)力值明顯下降（降到0.4MPa左右），從而避免了應(yīng)力集中，也就消除了產(chǎn)品內(nèi)部裂紋。3應(yīng)用CAE解決汽車散熱器水箱面罩的質(zhì)量缺陷3.1產(chǎn)品存在的問題（1）產(chǎn)品橫向尺寸偏大影響裝車；（2）零件表面在8個(gè)澆口附近有收縮痕；（3）熔接痕數(shù)量多，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量。3.2模型準(zhǔn)備Moldflow動(dòng)態(tài)模擬分析所采用的模型為三維實(shí)體（Fusion）模型。模型的來源可由其他造型軟件輸入，也可以用自身所帶的建模模塊（Moldflowmoldeler）來建立。但由于我們所研究的產(chǎn)品造型較復(fù)雜，因此我們采用從其他圖形軟

8、件中讀取數(shù)據(jù)。（1）數(shù)據(jù)最初是用EUCLID軟件進(jìn)行實(shí)體建模的，所