氣輔注塑CAE模擬技術(shù)在汽車保險杠模具設(shè)計中的應(yīng)用-

1、氣輔注塑CAE模擬技術(shù)在汽車保險杠模具設(shè)計中的應(yīng)用X杜志惠1,燕立唐1,劉波2(11天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,天津300072;21青島科技大學(xué)新材料重點實驗室,山東青島266042摘要:運用C AE技術(shù)對汽車保險杠模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及成型工藝條件進(jìn)行了氣輔注射成型模擬分析,成功的設(shè)計出了符合實際生產(chǎn)需要的保險杠模具結(jié)構(gòu);優(yōu)化了氣體充填成型工藝和充填效果,改善了制品表面質(zhì)量和力學(xué)性能,提高了首試成功率。關(guān)鍵詞:氣體輔助注射成型;C AE;優(yōu)化設(shè)計;汽車保險杠中圖分類號:T Q320165文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1005-5770(200310-0031-02為了解決由于尺寸較大給注射成型帶來的成型

2、困難和工藝范圍狹窄的問題,大型的汽車模具往往采用增加熱流道和澆口數(shù)目的設(shè)計形式1。結(jié)果模具型腔充填很難均衡,且熔接痕數(shù)目增多,嚴(yán)重影響了制品的外觀質(zhì)量和力學(xué)性能。作為一種創(chuàng)新的注射成型工藝,氣體輔助注射成型突破了傳統(tǒng)注射成型的局限性,被逐步應(yīng)用于多種塑料產(chǎn)品2。將氣輔注射成型技術(shù)應(yīng)用到大型汽車模具的設(shè)計過程,并在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段采用C AE技術(shù)對氣輔成型過程作C AE模擬分析,有著非常重要的現(xiàn)實意義。本文以汽車保險杠氣輔注塑模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計為例,對C AE技術(shù)在氣輔注塑模設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行了深入探討。1氣輔注塑CAE模擬分析條件111分析用原料分析所用的注塑原料為DS M公司產(chǎn)PP/EPDM,其主要成

3、型參數(shù)如表1所示。表1成型材料主要成型參數(shù)T ab1Main process parameters of material頂出溫度/最高成型溫度/最高模溫/最低模溫/最大剪切速率/s-190220604024000112分析用注塑機分析采用的注塑機主要參數(shù)見表2。表2成型注塑機主要成型參數(shù)T ab2Main parameters of m olding machine設(shè)備型號最大鎖模力/t最大塑化能力/g最大注射體積/cm3最大注射壓力/MPaHTF18001800147137598189 2氣輔注塑CAE模擬分析過程211分析簡介塑料充填形態(tài)取決于模具澆注系統(tǒng)的形式,例如澆口、流道尺寸、澆口

4、的位置等;氣道設(shè)計包括進(jìn)氣形式、進(jìn)氣點的位置、氣道分布以及氣道尺寸等內(nèi)容。保險杠常用的進(jìn)氣形式有兩種,一種是從模具型腔進(jìn)氣,另一種是從主流道入口進(jìn)氣。本文采用從型腔進(jìn)氣的形式。氣體主要從制品局部壁厚尺寸較大部分穿過,因此在建模過程中須將這部分等效成氣道,并設(shè)置形狀因子;汽車保險杠模具一般采用短射或滿射氣輔成型工藝。良好的氣輔成型工藝關(guān)鍵是處理好了幾個要素的關(guān)系,這幾個要素分別為進(jìn)氣時間、射料時間、進(jìn)氣壓力。該套汽車保險杠模具的分析從這三個要素出發(fā),先后調(diào)整了澆口位置、澆口數(shù)量以及氣輔成型工藝的設(shè)置等,最終取得了良好的效果。該套汽車保險杠制件屬于薄壁狹長型制件,壁厚在1122mm之間,總長度約為

5、1200mm。212 原始方案分析圖1原始設(shè)計模型Fig1M odel of original design圖1為原始設(shè)計模型。如圖1所示,制件采用3點(A,B,C進(jìn)料;流道為熱流道,直徑12mm;澆口為側(cè)澆口,寬度8mm,長度2mm。制件邊緣處壁厚尺寸較大,可以將其用作氣道,在建模過程中等13第31卷第10期2003年10月塑料工業(yè)CHI NA P LASTICS I NDUSTRYX作者簡介:杜志惠,女,在讀碩士生,主要研究方向為材料加工成形技術(shù)及計算機模擬。tdyuan180ey ou1com效成一維圓柱,直徑為712mm ,形狀因子1113。D為進(jìn)氣點。分析條件如表3所示。表3原始方案

6、分析條件T ab 3Analysis conditions of original design 項目數(shù)值注射時間/s411進(jìn)氣時間/s 417氣體保壓時間/s 30最大氣壓/MPa 35注射溫度/225圖2為原始方案分析氣體掏空率。從圖2可以看出,氣道附近有氣體不均勻滲出;且部分氣體通過澆口C 進(jìn)入熱流道內(nèi),使成型工藝較難調(diào)整。造成以上缺陷的原因可能有如下幾點:一是3個澆口造成充填不均勻,從而影響氣體穿透;二是氣壓太大,延遲時間太短;三是進(jìn)氣點離澆口太近 。圖2原始方案分析氣體掏空率Fig 2Skin 2polymer fraction of original design圖3原始方案分析熔

7、接痕Fig 3Weld line of original design圖3為原始方案分析熔接痕。從圖3可以看出,制品表面有大量尺寸較大的熔接痕,大大影響了制品表面質(zhì)量和力學(xué)性能。213優(yōu)化方案分析表4優(yōu)化方案分析條件T ab 4Analysis conditions of optimized design 項目數(shù)值注射時間/s411進(jìn)氣時間/s 5氣體保壓時間/s 30最大氣壓/MPa 25注射溫度/225根據(jù)原始方案分析發(fā)現(xiàn)的問題作出如下調(diào)整:澆口數(shù)目由原來的3個減少為1個;將最大氣壓減小為25MPa ,并增大延遲時間;將進(jìn)料點設(shè)計到進(jìn)氣點相對的一側(cè)。分析條件如表4所示。圖4為氣體掏空率。從

8、圖4看出,氣體均勻穿透氣道,滲出面積較小,沒有氣體進(jìn)入熱流道 。圖4優(yōu)化方案分析氣體掏空率Fig 4Skin 2polymer fraction of optimized design圖5優(yōu)化方案分析氣輔工藝變化曲線Fig 5Pressure at injection location圖5為優(yōu)化方案分析氣輔工藝變化曲線。從圖5可以看出,主流道入口處壓力僅為29111MPa ,制品成型較容易。氣輔進(jìn)氣延遲時間為019111s 。對原始方案的優(yōu)化分析,使氣體充填更加均勻,熔接痕數(shù)量減少,改善了制件表觀質(zhì)量,提高了制件的力學(xué)性能,降低了模具的成本,優(yōu)化了成型工藝。3結(jié)論1以汽車保險杠模具為例,在模具

9、設(shè)計中應(yīng)用氣體輔助注射成型技術(shù);同時在設(shè)計過程中輔以氣輔C AE 模擬技術(shù)對設(shè)計方案進(jìn)行成型模擬和優(yōu)化,大大提高制品的質(zhì)量,節(jié)省模具設(shè)計和制造成本,優(yōu)化成型工藝條件,因此具有非常重要的現(xiàn)實意義。2該套汽車保險杠模具最佳設(shè)計方案為:采用一個熱流道,從制品中間單點進(jìn)料;可將制品邊緣局部較厚部位用作氣道,不必增加其余氣道設(shè)計,可從制品中間部位采用型腔形式進(jìn)氣。3保險杠模具氣輔注塑工藝:成型溫度225;最大氣壓25MPa 。氣輔進(jìn)氣延遲時間019111s 。參考文獻(xiàn)1李偉,李榮勛1中國塑料,2001,15(1:482申長雨1塑料模具計算機輔助工程1河南:河南科學(xué)技術(shù)23塑料工業(yè)2003年出版社,199

10、8169(本文于2003-07-08收到Application of G as 2assisted 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,Chin

11、a Abstract :The G as 2assisted m olding of the 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 pro

12、duct ,increasing the rate of success in initial 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 intera

13、ction with P B chain 1The addition of the com 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 A

14、rtificial N eural N etw ork in Prediction of 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

15、 injection parametric values is estab 2lished 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

16、 ork p s predictive results and the testing 2data 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 ord

17、s :Artificial Neural Netw ork ;Matlab ;Prediction of Values of Injection Parameters(上接第30頁孔和槽,有較大的包緊力,為保正塑件的推出,故設(shè)計了25根推桿來平衡推出力6。經(jīng)過生產(chǎn)實踐證明,該套模具的開合模動作完全符合設(shè)計要求,塑件的產(chǎn)品質(zhì)量也得到了根本保證。參考文獻(xiàn)1吳虹,馮雨1模具工業(yè),2003,(4:362屈華昌1塑料成型工藝及模具設(shè)計1北京:機械工業(yè)出版社,19991403賈潤禮,程志遠(yuǎn)1實用塑料注射模具設(shè)計手冊1北京:中國輕工業(yè)出版社,20001104馮炳堯,韓泰榮,蔣文森1模具設(shè)計與制造簡明手冊1上

18、海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,199813405李德群1塑料成型工藝及模具設(shè)計1北京:機械工業(yè)出版社,19941506唐志玉,李德群,徐佩弦1塑料模具設(shè)計師指南1北京:國防工業(yè)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 stru