气辅注塑CAE模拟技术在汽车保险杠模具设计中的应用-

1、气辅注塑CAE模拟技术在汽车保险杠模具设计中的应用X杜志惠1,燕立唐1,刘波2(11天津大学材料科学与工程学院,天津300072;21青岛科技大学新材料重点实验室,山东青岛266042摘要:运用C AE技术对汽车保险杠模具结构设计及成型工艺条件进行了气辅注射成型模拟分析,成功的设计出了符合实际生产需要的保险杠模具结构;优化了气体充填成型工艺和充填效果,改善了制品表面质量和力学性能,提高了首试成功率。关键词:气体辅助注射成型;C AE;优化设计;汽车保险杠中图分类号:T Q320165文献标识码:B文章编号:1005-5770(200310-0031-02为了解决由于尺寸较大给注射成型带来的成型

2、困难和工艺范围狭窄的问题,大型的汽车模具往往采用增加热流道和浇口数目的设计形式1。结果模具型腔充填很难均衡,且熔接痕数目增多,严重影响了制品的外观质量和力学性能。作为一种创新的注射成型工艺,气体辅助注射成型突破了传统注射成型的局限性,被逐步应用于多种塑料产品2。将气辅注射成型技术应用到大型汽车模具的设计过程,并在结构设计阶段采用C AE技术对气辅成型过程作C AE模拟分析,有着非常重要的现实意义。本文以汽车保险杠气辅注塑模具结构的设计为例,对C AE技术在气辅注塑模设计中的应用进行了深入探讨。1气辅注塑CAE模拟分析条件111分析用原料分析所用的注塑原料为DS M公司产PP/EPDM,其主要成

3、型参数如表1所示。表1成型材料主要成型参数T ab1Main process parameters of material顶出温度/最高成型温度/最高模温/最低模温/最大剪切速率/s-190220604024000112分析用注塑机分析采用的注塑机主要参数见表2。表2成型注塑机主要成型参数T ab2Main parameters of m olding machine设备型号最大锁模力/t最大塑化能力/g最大注射体积/cm3最大注射压力/MPa塑料充填形态取决于模具浇注系统的形式,例如浇口、流道尺寸、浇口的位置等;气道设计包括进气形式、进气点的位置、气道分布以及气道尺寸等内容。保险杠常用的进气

4、形式有两种,一种是从模具型腔进气,另一种是从主流道入口进气。本文采用从型腔进气的形式。气体主要从制品局部壁厚尺寸较大部分穿过,因此在建模过程中须将这部分等效成气道,并设置形状因子;汽车保险杠模具一般采用短射或满射气辅成型工艺。良好的气辅成型工艺关键是处理好了几个要素的关系,这几个要素分别为进气时间、射料时间、进气压力。该套汽车保险杠模具的分析从这三个要素出发,先后调整了浇口位置、浇口数量以及气辅成型工艺的设置等,最终取得了良好的效果。该套汽车保险杠制件属于薄壁狭长型制件,壁厚在1122mm之间,总长度约为1200mm。212 原始方案分析图1原始设计模型Fig1M odel of origin

5、al design图1为原始设计模型。如图1所示,制件采用3点(A,B,C进料;流道为热流道,直径12mm;浇口为侧浇口,宽度8mm,长度2mm。制件边缘处壁厚尺寸较大,可以将其用作气道,在建模过程中等13第31卷第10期2003年10月塑料工业CHI NA P LASTICS I NDUSTRYX作者简介:杜志惠,女,在读硕士生,主要研究方向为材料加工成形技术及计算机模拟。tdyuan180ey ou1com效成一维圆柱,直径为712mm ,形状因子1113。D为进气点。分析条件如表3所示。表3原始方案分析条件T ab 3Analysis conditions of original des

6、ign 项目数值注射时间/s411进气时间/s 417气体保压时间/s 30最大气压/MPa 35注射温度/225图2为原始方案分析气体掏空率。从图2可以看出,气道附近有气体不均匀渗出;且部分气体通过浇口C 进入热流道内,使成型工艺较难调整。造成以上缺陷的原因可能有如下几点:一是3个浇口造成充填不均匀,从而影响气体穿透;二是气压太大,延迟时间太短;三是进气点离浇口太近 。图2原始方案分析气体掏空率Fig 2Skin 2polymer fraction of original design图3原始方案分析熔接痕Fig 3Weld line of original design图3为原始方案分析熔

7、接痕。从图3可以看出,制品表面有大量尺寸较大的熔接痕,大大影响了制品表面质量和力学性能。213优化方案分析表4优化方案分析条件T ab 4Analysis conditions of optimized design 项目数值注射时间/s411进气时间/s 5气体保压时间/s 30最大气压/MPa 25注射温度/225根据原始方案分析发现的问题作出如下调整:浇口数目由原来的3个减少为1个;将最大气压减小为25MPa ,并增大延迟时间;将进料点设计到进气点相对的一侧。分析条件如表4所示。图4为气体掏空率。从图4看出,气体均匀穿透气道,渗出面积较小,没有气体进入热流道 。图4优化方案分析气体掏空率

8、Fig 4Skin 2polymer fraction of optimized design图5优化方案分析气辅工艺变化曲线Fig 5Pressure at injection location图5为优化方案分析气辅工艺变化曲线。从图5可以看出,主流道入口处压力仅为29111MPa ,制品成型较容易。气辅进气延迟时间为019111s 。对原始方案的优化分析,使气体充填更加均匀,熔接痕数量减少,改善了制件表观质量,提高了制件的力学性能,降低了模具的成本,优化了成型工艺。3结论1以汽车保险杠模具为例,在模具设计中应用气体辅助注射成型技术;同时在设计过程中辅以气辅C AE 模拟技术对设计方案进行成

9、型模拟和优化,大大提高制品的质量,节省模具设计和制造成本,优化成型工艺条件,因此具有非常重要的现实意义。2该套汽车保险杠模具最佳设计方案为:采用一个热流道,从制品中间单点进料;可将制品边缘局部较厚部位用作气道,不必增加其余气道设计,可从制品中间部位采用型腔形式进气。3保险杠模具气辅注塑工艺:成型温度225;最大气压25MPa 。气辅进气延迟时间019111s 。参考文献1李伟,李荣勋1中国塑料,2001,15(1:482申长雨1塑料模具计算机辅助工程1河南:河南科学技术23塑料工业2003年出版社,1998169(本文于2003-07-08收到Application of G as 2assi

10、sted CAE T echnology in Automobile Bumper MoldDU Zhi 2hui 1,Y AN Li 2tang 1,LI U Bo 2(11C ollege of Material Sci 1and Eng 1,T ianjin University ,T ianjin 300072,China ;21K ey Lab 1of New Material ,Qingdao University of Sci 1and T ech 1,Qingdao 266042,China Abstract :The G as 2assisted m olding of th

11、e autom obile bum per m old was simulated by C AE technology 1A success ful au 2tom obile bum per m old was designed 1G as 2filling m olding and filling result were optimized ,resulted in im proving the surface quality and mechanical properties of the product ,increasing the rate of success in initi

12、al pilot production 1K eyw ords :G as 2assisted Injection M olding ;C AE ;Optimized Design ;Autom obile Bum per(continued from page 25side (P B chain ascended from -55to -4318,which indicated the resin could im proved the S BS disperse and had well interaction with P B chain 1The addition of the com

13、 patible resin in the S BS m odified asphalt had little in fluence on the penetra 2tion and s oftening point ,but the ductility increased distinctly 1K eyw ords :C om patible Resin ;S BS ;M odified Asphalt ;Ductility(continued from page 28Application of Artificial N eural N etw ork in Prediction of

14、I njection P arametersZHE NG Sheng 2rong ,XI N Y ong ,Y ANG G uo 2tai ,HE Cheng 2hong(Mechanical and E lectronic Eng 1C ollege ,Nanchang University ,Nanchang 330029,China Abstract :In this paper a tw o 2layer BP netw ork m odel for the rapid prediction of injection parametric values is estab 2lished

15、 by using the artificial neural netw ork 1The training 2data were acquired through the C AE simulation ,and the application program is written in Matlab engineering com puting language 1The com paris on and error analysis were carried out between the netw ork p s predictive results and the testing 2

16、data from C AE simulation ,showing the stability and reliability of BP netw ork in the prediction 1This expresses the fact that it is feasible for the artificial neural netw ork to be used in fast prediction of the in 2jection parametric values 1K eyw ords :Artificial Neural Netw ork ;Matlab ;Predic

17、tion of Values of Injection Parameters(上接第30页孔和槽,有较大的包紧力,为保正塑件的推出,故设计了25根推杆来平衡推出力6。经过生产实践证明,该套模具的开合模动作完全符合设计要求,塑件的产品质量也得到了根本保证。参考文献1吴虹,冯雨1模具工业,2003,(4:362屈华昌1塑料成型工艺及模具设计1北京:机械工业出版社,19991403贾润礼,程志远1实用塑料注射模具设计手册1北京:中国轻工业出版社,20001104冯炳尧,韩泰荣,蒋文森1模具设计与制造简明手册1上海:上海科学技术出版社,199813405李德群1塑料成型工艺及模具设计1北京:机械工业出

18、版社,19941506唐志玉,李德群,徐佩弦1塑料模具设计师指南1北京:国防工业出版社,1999145(本文于2003-07-02收到Design of I njection Mold for Bottom C ase of Streamlined T elephone ShellW ANG Chun 2wei ,WEI Wang 2hua(Machinery Eng 1School ,G uangxi University ,Nanning 530004,China Abstract :The technological characteristics of the plastics spare parts of the bottom case of telephone shell were ana 2lyzed 1The structure