基于moldflow汽车灯罩翘曲分析及优化

基于moldflow汽车灯罩翘曲分析及优化

0总结随着汽车工业的发展，塑料零件在汽车行业的应用越来越广泛。1摩尔血流分析前处理1.1灯药物模型建立汽车车灯灯罩外表面光滑，透明度要求较高，内部特征较多，属于较复杂的塑件。塑件采用聚碳酸酯材料，其模型尺寸为188mm×57mm×12mm，整体厚度约为2mm，具体参数如图1所示。运用商用软件UGNX11.0建立车灯灯罩的三维模型，如图2所示。通过软件之间的接口将模型导入到Moldflow软件中，采用双层面类型进行网格划分，网格长度设定为5mm。由于灯罩模型结构复杂，有限元模型的网格质量无法达到分析要求，因此，需要通过Moldflow网格修复工具消除网格缺陷，修复后的网格匹配百分比为95.5%，相互百分比为96.6%，已连接的节点为13304，最大纵横比为6.61，最小纵横比为1.16，平均纵横比为1.49，自由边，配向不正确的单元，完全重叠单元等参数均为0。1.2浇口位置的选择在浇注系统设计中，熔体在模具型腔内的流动情况在很大程度上决定了产品的质量由图3可知，最佳浇口位置位于车灯灯罩的中前部区域。在设计浇注系统时，由于考虑到塑件采用了一模两腔及模具排位、浇注系统等制造方面的实际情况，浇口位置选在稍偏离最佳浇口处，同时为避免在车灯灯罩上留下浇口痕迹，选用了针阀式热浇口进胶。浇注系统的设计尺寸具体如下:浇口大端直径为4mm，小端直径为2mm，长度为3mm;圆形热流道直径为10mm，圆锥形主流道大端直径为12mm，小端直径为10mm，长度为50mm。在浇注系统成型后，得到的汽车灯罩浇注系统结构图如4图所示。1.3模具冷却工艺冷却系统设计以冷却管道布置为主，其目的是为满足注射成型工艺对模具温度的要求，保障塑料熔体充模及冷却凝固。合理设置冷却系统有利于缩短灯罩冷却时间，减少脱模后的收缩变形，保证灯罩尺寸的稳定性，获得良好的力学性能及较高的表面质量2正交试验结果分析车灯灯罩为薄壳类产品，由于实际装配需要，对塑件尺寸精度要求较高。当注射模成型时，应重点结合塑件的翘曲变形量。塑件翘曲的类型一般分为拱形和马鞍形翘曲。塑件的翘曲变形不仅影响了产品的外观，还降低了产品的成型质量。因此，在塑件注塑成型前，对塑件进行翘曲分析，能够明显减少产品在注塑过程中出现的翘曲现象由图6a可知，以上所有因素影响下的最大总变形量为4.188mm。由图6b可知，冷却不均导致的最大翘曲变形量为0.3276mm。由图6c可知，收缩不均引起的最大翘曲变形量为3.283mm。由图6d可知，角效应引起的最大翘曲变形量为0.6549mm。从图6中可以看出，冷却不均和角效应对塑件变形存在一定影响，但不是引起塑件变形的主要因素，收缩不均对塑件变形的影响较大，是导致塑件在两角处发生翘曲的主要因素。车灯灯罩两角处相对其他部位强度较高，在冷却时此处的抗收缩性较强，导致产品出现了不均匀收缩，发生了较大的翘曲现象。因此，单纯通过调节保压曲线无法较好地降低灯罩的翘曲变形量，需要对注塑参数进行优化。3优化分析汽车涂料的弯曲变形技术3.1工艺参数选取优化为减少灯罩的翘曲变形量，选取对灯罩翘曲变形影响较大的6个工艺参数作为控制变量进行分析，分别为熔体温度、保压压力、充填时间、阀式浇口开放时间、保压时间和冷却时间。为优化边界条件，需要对选取的工艺参数的取值范围进行限制，熔体温度范围为295～335℃，保压压力为40～50MPa;填充时间范围为1.2～1.8s，保压时间范围为20～40s，冷却时间范围为15～25s，阀式浇口开放时间为25～35s。在注塑过程中，设计了三水平六因素的正交表，试验因子水平分析表如表1所示，正交试验数据表如表2所示。3.2阀式浇口开放时间对塑件翘曲量的影响极差的值直接反映了各因素对注塑产品翘曲变形的影响，其值越大，影响程度越大。为研究各成型工艺参数对灯罩翘曲量的影响程度，对正交试验的结果进行了极差分析，具体参数值如表3所示。从表3中可以看出，K为了更直观的探究各试验因素对翘曲变形量的影响，将表3、4中的数据作折线图，如图7所示。由表3、4的极差值可知，各因素对灯罩翘曲变形量的影响程度由大到小为:熔体温度>保压压力>保压时间>冷却时间>充填时间>阀式浇口开放时间。由图7a、7b、7c可知，随着熔体温度、保压压力和充填时间的增加，塑件翘曲变形量呈下降趋势。由图7d可知，随着阀式浇口开放时间的增加，塑件翘曲量呈先减小后上升的趋势。由图7e可知，以上所有因素引起的塑件翘曲量随着保压时间的增大，各因素引起的翘曲变形量均呈下降趋势;由收缩因素引起的翘曲变形量，随着保压时间的增大，呈先减小后上升的趋势。由图7f可知，随着冷却时间的增加，塑件的翘曲量逐渐增加。因此，为获得最佳的翘曲变形量，从以上所有因素引起的翘曲变形的极差分析中获得了最佳工艺参数为A3B3C3D2E3F1;从收缩因素引起翘曲变形的极差分析中获得最佳工艺参数为A3B3C3D2E2F1。在其他成型参数相同的情况下，阀式浇口关闭后，延长保压时间对产品翘曲变形量基本无影响，因此，为缩短产品成型时间，降低成本，选取的最佳工艺参数组合为A3B3C3D2E2F1。为进一步研究各因素对翘曲变形量的影响程度，对试验结果进行了方差分析。方差分析可以准确显示不同条件下试验结果的数据波动，判断分析因素对翘曲变形量的影响程度是否显著由表5、6可知，熔体温度、保压压力及保压时间的显著性水平P<0.01，因此，熔体温度、保压压力及保压时间在灯罩注塑成型过程中对翘曲变形量的影响极大。冷却时间在所有因素中引起的塑件翘曲量的方差分析中的显著性水平0.01<P≤0.25，是较弱显著性因素;在收缩因素引起的塑件翘曲量的方差分析中的显著性水平P<0.01，为显著性因素，这表明冷却时间对所有因素引起的翘曲总变形量的影响程度较弱，对收缩因素引起的翘曲总变形量的影响程度较大。充填时间及阀式浇口开放时间的显著性水平P>0.25，为不显著因素。以F值为标准，影响翘曲变形的因素按显著性由大到小的顺序依次为:熔体温度>保压压力>保压时间>冷却时间>充填时间>阀式浇口开放时间，与极差分析得到的结果一致，因此，最佳工艺参数为A3B3C3D2E2F1。3.3初始成型方案下最大变形量结果为分析优化参数的可靠性，根据正交试验获得的最优参数:熔体温度为335℃，保压压力50MPa，填充时间为1.8s，阀式浇口开放时间30s，保压时间为30s，冷却时间为15s进行数值仿真，得到结果如图8所示。由图8a可知，以上所有因素影响下的总最大变形量为3.386mm。由图8b可知，冷却不均导致的最大翘曲变形量为0.2053mm。由图8c可知，收缩不均引起的最大翘曲变形量为2.733mm。由图8d可知，角效应引起的最大翘曲变形量为0.4988mm。与初始成型方案翘曲变形量相比，最大总变形量下降了19.15%，冷却不均导致的最大翘曲变形量下降了37.33%，收缩不均引起的最大翘曲变形量下降了16.75%，角效应引起的最大翘曲变形下降了23.84%。因此，优化后的成型工艺参数降低了制品的翘曲变形量，能满足产品最新标准3.5mm的容差要求。4最佳工艺参数的确定及验证性试验结合汽车灯罩的实际注塑情况，对产品进行模流仿真分析，得到以下结论。(1)冷却不均和角效应对汽车灯罩塑件变形均有一定影响，但不是主要因素，收缩不均对塑件变形的影响较大，是导致塑件在两角处发生翘曲的主要因素。(2)利用正交试验进行工艺参数优化，获取翘曲变形程度最小的工艺参数组合为熔体温度335℃，保压压力50MPa，填充时间1.8s，阀式浇口开放时间30s，保压时间30s，冷却时间15s。与初始成型方案翘曲变形量相比，在以上因素的影响下，最大总变形量下降了19.15%，冷却不均导致的最大翘曲变形量下降了37.33%，收缩不均引起的最大翘曲变形量下降了16.75%，角效应引起