基于Moldflow的汽车保险杠成型分析及产品优化设计

高职教师在职攻读硕士学位：工程硕士 硕士学位论文 论文题目： 基于 汽车保险杠成型分析及产品 优化设计 作者姓名 指导教师 学科专业 所在学院 提交日期 2015 年 11 月 浙江工业大学硕士学位论文 基于 汽车保险杠成型分析及产品优化设计 作者姓名： 教师： 浙江工业大学材料学院 2015 年 11 月 of 015 浙 江 工 业 大 学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内 容外，本论文不包含其他个 人 或集体 已 经发 表 或撰 写 过的 研 究成果 ， 也 不 含为 获 得浙 江 工业 大 学或 其 它教育 机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅 。本 人 授权 浙 江工 业 大学 可 以将 本 学位 论 文的 全 部或 部 分内 容 编入 有 关数 据 库 进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1保密 ，在 年解密后适用本授权书。 2不保密 。 （请在以上相应方框内打 “”） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 浙江工业大学硕士学位论文 I 基于 汽 车保险杠成型分析及产品优化设计 摘 要 传统的模具设计主要是尝试 法，制模周期长，风险大。利用 件 技术能在制模前期发现可能存在的问题 ， 从而缩短开发周期 ， 降低生产成本 ， 从 而提升企业的核心竞争能力。 论文首先利用 件对保险杠进行模流分析，研究了浇口数量对充 填时间 、 熔接痕分布 、 流动前沿温度 、 气穴分布 、 缩痕指数和翘曲变形等分析的 影响 ， 最后对 5 点浇口形式下的浇口位置进行了优化 ， 确定 6 点浇口形式的方案。 模拟结果表明 ， 在成型工艺参数不变时 ， 随着浇口数量的增多 ， 充填时间逐 步减少 ， 从 3 浇口形式的 少到优化方案的 接痕分布位置主要集 中在塑件的边缘处 ， 数量随着浇口数量的增多也有相应的增加 ， 但并不明显 。 流 动前沿温差大小从 3 浇口形式的 8 逐渐减少到优化方案的 。气穴分布位 置与熔接痕分布一致。缩痕指数由 3 浇口形式的 加到 5 浇口形式的 翘曲变形量总体上都大幅降低。 关键词： 险杠，优化设计，成型分析，翘曲变形 浙江工业大学硕士学位论文 F N be in so as to of By of of of is is in is in of of of of is at of of of in is in in is is in in of is 江工业大学硕士学位论文 录 摘 要 . I . 1 章 绪 论 . 1 言 . 1 车模具行业的发展 . 2 内汽车模具行业的发展 . 2 外汽车模具行业的发展现状 . 3 内外汽车行业 究现状 . 4 内研究现状 . 5 外研究现状 . 7 术在注塑成型中的应用 . 7 塑成型 统过程和方法 . 7 术中的 件 . 8 题的背景及意义 . 9 题的来源 . 9 景和意义 . 10 术在模具行业的应用 . 11 究内容 . 12 第 2 章 汽车保险杠产品的模流分析前处理 . 13 流分析基础 . 13 车保险杠产品模流分析前的模型处理 . 14 品参数分析和成型工艺参数 . 14 件的网格划分与修复 . 15 佳浇口位置分析 . 19 章小结 . 21 第 3 章 汽车保险杠产品的模流分析及成型缺陷分析 . 22 案一的模流分析效果 . 24 品厚度分析 . 24 体充填分析 . 24 品翘曲变形分析 . 27 案二的模流分析效果 . 29 体充 填分析 . 29 浙江工业大学硕士学位论文 产品翘曲变形分析 . 31 种浇口模型分析结果对比 . 33 章小节 . 34 第 4 章 汽车保险杠产品成型工艺的优化设计 . 35 化设计方案 . 35 化设计方案的翘曲变形分析 . 36 化设计方案的其它参数分析 . 37 章小结 . 38 第 5 章 实验验证 . 39 验目的 . 39 验设备 . 39 验工艺条件 . 39 验材料准备 . 39 型工艺参数 . 39 流分析结果的实际生产验证 . 40 第 6 章 结论与展望 . 42 论 . 42 望 . 42 参 考 文 献 . 43 致 谢 . 46 浙江工业大学硕士学位论文 1 第 1 章 绪 论 言 中国的注塑产业在改革开放后取得了很大的发展 。 在当今社会各行业的注塑 加工制品中，有将近 85必须通过注塑成型的工艺生产。特别是 2000 年以后， 人们的生活对塑料制品的需求量也越来越大 ， 汽车产品 、 家用电器 、 食品 、 医药 等产业的发展对塑料制品的需求也日益增长 ， 从而推动了整个注塑成型技术水准 的发展和提高。 近十年 ， 我国汽车工业取得了长足发展 。 前瞻产业研究 院 中国汽车模具行 业产销需求预测与转型升级分析报告 显示 ， 国内汽车销量已由 2001 年的 辆迅速提高到 2014 年的 辆，年均复合增长率高达 26%以上，其中 对汽车覆盖件模具需求量大的轿车年均复合增长率更是高达 30%以上 l。目前， 中国模具行业产值超过千亿元 ， 汽车行业作为模具行业的主要应用下游之一 ， 中 国约有 1/3 模具产品为汽车行业服务。 中国模具产业经过几十年来的技术积累 ， 并在近些年来加大国际交流 ， 狠抓 技术创新 ， 在生产技术上已取得明显突破 ， 企业具备更强竞争 力 ， 业内预计 2015 年我国模具产销值将达到 3700 亿元。 虽然近年来国内模具出口不断增加 ， 国际竞争力水平也有所提升 。 但大多集 中于中低档领域 ， 模具的技术水平偏低 ， 附加值偏低 ， 部分高精模具还要依赖进 口，所以国内的模具制造业在各领域要加强整合。 在整个发展过程中，相关行业及企业需登高望远，潜下心思，狠抓新技术、 新工艺方的研究，逐步形成有分工、有协作、多领域、全方位的科研开发格局， 推出具有自主知识产权的模具产品 。 现在我国模具行业通过引进外资 ， 吸收了国 外模具制造的先进经验 、 先进技术及高水平人才 ， 我国 模具的设计和制造水平有 了很大提高。 随着中国国内需求的不断增加 ， 可以预计在以后的日子里 ， 中国模具工业仍 会有较大的增长 。 尤其是汽车工业 ， 已经带动了中国模具工业的飞速发展 ， 推进 模具企业的快速转型升级 。 模具专家罗百辉认为 ， 大力加强自主创新 ， 各行业在 浙江工业大学硕士学位论文 2 转变增长方式 、 优化产业结构上 ， 都更加需要高水平的模具机械装备 ， 为模具产 业的发展提供广阔的发展空间。 目前，中国面临着发达国家的技术优势和发展中国家价格优势的双重压力 2。在中国模具行业成为一个巨大的挑战，印度，泰国和东欧国家在最近几年， 工业模具发展十分迅速 ， 其模具的价格也具有很强的竞争优势 ， 中国的模具行业， 成本和价格优势将逐渐减弱并最终消失。 车模具行业的发展 内汽车模具行业的发展 据统计，我国现在的模具生厂厂家已经超过 17000 家，从业人员 60 多万 3。 模具行业的发展 ， 已从国有企业的专业模具厂形成了社会模具专业厂 、 合资模具 厂 、 个体模具作坊发展的形 式 。 随着经济的不断发展 ， 模具 行业在激烈的市场竞 争中 ， 模具产业分工也越来越明 确 ， 其都逐渐向高端模具方向发展 。 现在模具行 业的发展 ， 竞争主要集中在模具的质量及制造周期上 。 特别是最近几年汽车行业 的快速发展，也带动了汽车模具产业的进步。 中国汽车产业发展现状很好地体现了我国在模具工业发展的状况 。 90 年代， 我国汽车产辆不足 1 万辆，进入 2000 年后，我国的汽车行业得到长足的发展， 到了 2009 年，虽然在国际金融危机的冲击下全球各行业都不景气，但我国汽车 产销量却突破千万辆大关，跃居世界第一 4。而到了 2013 年，汽车产销 突破更 是达到 2000 万辆水平，连续五年位居世界第一位 5。 汽车行业是模具的最大市场，在工业发达国家这一市场占整个模具市场的 60%以上 6。现阶段汽车更新越来越快，从车型设计到新车发布，周期越来越来 越短 ， 有的在 1 至 2 年就有新产品出现 。 一个型号新车的出现 ， 模具必须要更 新 。 一般情况下，如一个车型的轿车共需要模具上千套，产值近亿元 7。正是各行业 的快速发展，我国的注塑模具行业也得到了长足的进步。 到现阶段 ， 我国有 50 多家的车身模具企业已初具规模 ， 有 20 多家年产值达 到 5000 万元 8。目前我国车身模具主要企业有一汽模具制造有限公司，其主要 为轻、中、重型卡车、面包车、轿车制造了大量的模具。公司拥有国内一流的的 产品设计及模具研发团队 ， 经过多年的发展 ， 已经具有自主开发整车模具的能力。 四川成飞集成科技是成都飞机工 业 （集团 ） 有限责任公司联合成都航空仪表公司、 浙江工业大学硕士学位论文 3 南京航空航天大学 、 西北工业大学和吉利汽车共同创建的一家以汽车模具为主的 科技公司，在模具设计与制造行业有较强的实力 9。跃进汽车集团南京 模具装备 有限公司 ， 经过多年的发 展 ， 其客户遍布国内主要的汽车生产企业 ， 如南京汽车 集团公司 、 上海大众汽车 、 广汽集团等 。 其设计 、 制造的大批模具还出口到英国、 日本等国。 虽然我国的模具行业取得了长足的进步，但是由于传统的影响及行业的特 点，我国模具的发展与国外模具行业水平相比还有较大的差距，主要表现如下： 1、模具材料差，致使模具使用寿命短。如比较相关高端模具，我国的使用 周期能达到 20 万次，但国外，同类型的模具，使用寿命可达到 100 万次，差距 比较明显 10。 2、模具的制造精度差 比较国产车与进 口车 ， 就可发现 ， 汽车的内饰做工精 度相差很大 ， 进口汽车在内饰上会让整车提升几个档次 。 其主要原因就是模具水 平的差异。国外的车身模具企业实施 “ 2 毫米工程 ” ，但国内很少有企业能达到 这个水平。 3、模具的制造开发周期长 由于整个加工制造行业的水平 ， 国内企业模具的 生产开发周期是国外企业的 23 倍 。 从而导致我国的模具企业竞争力不强 ， 在面 对瞬息万变的市场时 ， 为了能赶上市场的需要 ， 每年都要从国外进口大量的模具。 正视差距，我们才能迎头赶上，造成现在的局面，主要有以下几个方面。 1、模具的标准化程度低 。 2、 模具人员的技术力量弱、制造加工水平低。 3、企业管理人员综合素质不高，对模具行业了解不够。 外汽车模具行业的发展现状 新技术 、 新装备已经在日本 、 德国等模具产业发达的企业里得到了广泛应用 , 其技术代表了国际先进水平 11。 现阶段将出现的新技 术 、 新装备应用于模具的设 计与制造中 ， 已成为模具行业提高产品质量 、 降低生产周期 、 提高企业竞争力的 强有力保证。 1、 术的广泛应用 12 在欧美， 成为模具企业普遍应用的技术。在整个设计过 程中 ， 利用 3D 设计完成的工作量已达到了 75%以上 。 江工业大学硕士学位论文 4 软件得到了广泛的应用，其解决了产品模具从 2D 设计到 3D 模型的取得，到最 后为 程提供数据的整个流程操作，是一种符合现代设计、制造加工的 集成形式。 控技术的大量使用，保证了模具零件的生产周 期及精度要求，同时可以降低对模具装配钳工水平的依赖。 术在国外已 经发展成熟。在注塑模具设计中应用 析软件，模拟塑料的充填过程及分 析塑件的变形效果 ， 预测在注塑成型过程中可能发生的各种缺陷 。 随着高精模具 的出现， 术的应用在模具行业中的作用也越来越大，据不完全统计，国 外模具企业在应用 术后，减少了模具的修模及试模次数，时间上减少了 50%以上。 2、高速切削加工技术的应用 目前，国外模具企业在生产加工中广泛应用高速机床，五轴联动的加工的 设备也越来越普遍 ， 其转数一般达到 3 万 r/采用高速铣削技术 ， 可 极大的减少模具的开模时间 ， 同时也能得到高精度的模具型面 ， 后续只 需略经过 抛光工艺便可投入生产使用 ， 节省了大量模具加工制造时间 。 在国外模具行业的 技术进步和设备更新会很快地反映到模具的企业中 ， 从而更加促进了其模具产业 的发展。 3、工艺先进、模具标准化程度高 国内的模具厂的制模形式，一般采用钳工负责制，模具质量的好坏与钳工 的水平有很大关系 。 但国外的模具生产企业是靠先进的工艺设备和工艺路线确保 模具零件精度和生产进度的 。 每副模具均有详细的设计图 ， 包括每个零件的详细 设计，并且都制定了详细的加工工艺。 在国际上 ， 模具的生产已经进入专业化 、 标准化 、 现代化的阶段 13。 相关 的 模具行业标准都由外国制定，如日本的 “ 富特巴 ” 、美国的 “ 及德国的 “ 哈斯考 ” 等。 内外汽车行业 究现状 注塑模 术的应用在国外已相当普遍，而在我国注塑模具设计仍停留 在以经验为主导的设计模式，成熟的注塑模 户屈指可数。但经过多年的 发展，在以塑件的 析研究中各位前辈已经做了大量的研究工作。 浙江工业大学硕士学位论文 5 内研究现状 黄虹等 13利用 件对汽车塑料保险杠注射过程中的熔体流动过程 进行数值模拟分析 。 通过设置 6 个浇口和 3 个浇口的两种方案 ,分析了填充时间、 填充 /保压转换点压力、锁模力、残余应力、熔接痕分布等情况选择出合适的结 构形式。 李雯雯等 14利用 件，结合电器产品阐述了如何进行模流分析， 如何利用分析结果预测熔体填充过程中可能出现的熔接痕、气穴、翘曲等缺陷， 为模具设计及注塑工艺成型提供参考。 刘晓艺等 15运用 件对汽车 储物盒下盖在不同浇口数目下的注塑 过程进行数值模拟 。 分析填充时间 、 气穴 、 熔接痕及翘曲产生的原因及其对制件 表面质量的影响 。 比较结果表明 ： 选择填充时间较短 、 表面质量较好 、 翘曲相对 不明显的浇口数目为最终优化方案。 件在浇注系统设计中的应用减 少了修模次数，缩短了产品开发周期。 王小明等 16以汽车副仪表板装饰盖为例 ,借助 件进行模拟分析， 预测其翘曲变形量 ,通过分析材料、熔体温度和模具温度对翘曲的影响，从而得 到最佳的工艺参数组合，对改善产品质量、降低成本都有重要的指导 意义。 林砺宗等 17利用 件对汽车安全气囊的进行充填、流动、冷却及 翘曲模拟分析 ， 通过分析结果对浇注系统进行了设计优化 ， 据此指导塑件在实际 中的加工生产。 姜羡等 18针对注塑模具中合理的浇口位置和数目在塑料制品设计中的重要 性 ,在研究中以汽车的副仪表板装饰盖零件为例 ,借助模拟分析软件 其浇口位置及数目进行计算机模拟分析。通过对单浇口和双浇口的对比 ,综合分 析各种因素对注塑成型的影响 ,确定最佳浇口位置和浇口数目 ,优化模具浇口设 计 ,并具有显著的经济效益。 余玲 等 19针对大型注塑模的结构特点 ,以某汽车仪表板注塑件为例 ,应用 件 ,模拟分析阀式控制的流动过程 ,优化了浇注系统设计和成型工艺 参数 ,为注塑模具设计和试模时工艺参数的设定提供了依据 ,并获得了高质量的 产品。 李永泉 20应用 注塑件轿 车 保险杠的注塑成型过程进 行 充填 、 保 浙江工业大学硕士学位论文 6 压和冷却分析模拟 ， 结合汽车保险杠自身的特点设计出 2 个浇注系统方案 。 通过 流动分析预测熔融的塑料在型腔内的流动充填情况得出最佳的浇注系统 ， 并在此 基础上对模具浇注系统进行优化设计 ， 从而找出最佳的注塑进胶方案 ， 该方案能 够将产品翘曲变形降到最小值 。 该文中得到结论 ： 通过优化注塑成型的保压曲线 能够控制塑件的翘曲变形，为实际生产提供了有效的帮助。 孙国栋等 21利用 件 ,对开关盒上盖 进 行冷 却 、 流动 、 翘曲模 拟 , 分析塑件不同方向上的翘曲量大小和影响塑件翘曲变形的主要原因 。 经分析得出 影响塑件翘曲变形的主要因素是收缩不均匀。通过将单段保压改为分段保压 ,有 效降低了塑件翘曲变形量 ,并达到设计要求 。 对比不同的分段保压方式 ,得出适合 的保压方 案 ,为模具开发提供了依据。 王殿君等 22针对注塑件在实际生 产 中所产生的短射 、 气穴 、 翘曲 、 滞留 、 飞 边及色差等问题 ,利用有限元理论 ,运用 件对轿车塑料内饰件中央饰 罩的 3 种浇注系统进行充型、熔接痕、翘曲分析的数值模拟 ,直观体现塑料在型 腔内的变化过程。比较分析结果表明 ,选择充型均匀、平稳 ,熔接痕深度较浅 ,翘 曲较小的浇注系统设计方案。 贺华波等 23基于 件分析薄壁面板的成型工艺 ,给出了基于制品 表面缩痕最小的最佳浇口位置分析和最佳成型工艺参数设置的方法 ,并根 据实际 模具设计的要求给出了合理的浇口位置和最佳的模具温度和熔体温度等工艺参 数。据此进行模具设计 ,可加快模具开发进度 ,进而缩短产品开发周期 ,提高企业 的产品质量和竞争能力。 周章添 24运用 件对汽车外饰件进行了注塑成型填充分析及冷 却分析 ， 对浇注系统及冷却系统分别比较了 种设计方案 ， 通过对比不同方 案下的模拟结果如最佳浇口位置分析 、 填充分析 、 保压分析 、 成型缺陷分析 、 熔 接痕分析等 ， 得出了最佳的浇口设计及冷却系统设计方案 ， 得到了优化的模具模 腔设计。 综合上述研究成果，目前 国内研究人员在对 术的研究上主要还是利 用 流分析的结果指导实际的模具设计、制造，并通过分析处理数据对成 型工艺参数进行优化。 术能够在模具开发的前期发现可能存在的问题， 并能指导后期的设计加以解决。 浙江工业大学硕士学位论文 7 外研究现状 国外在利用 术对汽车产品进行分析的研究里，主要集中在原材料性 能 ， 结构设计及模具设计方 面 ， 注重产品的实验研究 ， 为汽车轻量化做出了努力 及对注塑成型过程中的理论研究 做出了一定的贡献。 等 25对高热传导系数 的 注塑材料进行收缩分析 ， 指出采用材料的 局 部 收缩原因主要是由于在注射成型过程中 ， 熔体和模具的换热较大 ， 导致塑件不同 方向的体积收缩率不均匀，最终导致薄壁处产生一种的翘曲变形。 等 26对注塑模具的新型冷却系统和传统冷却系统进行了对比研 究 。 通过对传统的冷却系统进行改进 ， 提高了塑件材料的表面质量和翘曲变形等 问题，并对其验证。 27在计算机树脂模拟的基础上，研究了注塑成型工艺参数对塑件的 表面质量和收缩的影响 。 研 究表明 ： 高的保压压力有利于获得表面粗糙度较好的 塑件，同时塑件的收缩和变形有所下降，但是这也提高了设备的要求。 28针对注塑成型中加工条件和设计参数缺少函数关系的问题，通过 建立和训练神经网络对注塑产品在注塑过程中的收缩进行研究 ， 通过训练神经网 络得到了注塑工艺参数和收缩之间的关系，并都得到了最佳的工艺参数组合。 G. 29运用模拟和 试 验相结合的方法 ， 对注塑产品 成 型中的收缩进 行模拟分析。通过多组 析出的数据进行实验，找出影响翘曲和收缩 的工艺参数 ， 并进一步找出薄壁塑件成型中的最佳工艺参数 ， 使产品翘曲和收缩 改善，验证了 件对翘曲问题优化是非常有用的工具。 22运用田口 方 法调整工艺参 数 ， 对薄壳产 品 成型中由收缩不均 勾引起的翘曲变形进行优化。通过多组 析出的数据进行正交实验， 找出影响翘曲和收缩的工艺参数，并进一步找出薄壁塑件成型中的最佳工艺参 数，使产品翘曲和收缩提高了 验证了通过田口方法对翘曲问题优 化是非常有用的工具。 术在注塑成型中的应用 塑成型 统过程和方法 1、 算机辅助设计） 利用 行注塑模具的设计主要包括如下两方面内容： 浙江工业大学硕士学位论文 8 第一是结合产品实物或图纸，结合相关 件，如 来完成产品三 维数据建模工作。 第二是在获得满意真实感效果评价的前提下进行模具 计工作。 2、 算机辅助工程分析） 的 术是应用 何模型之物理问题的技术，可以让 设计者进行仿真以研究 产 品的行 为 ， 从而进行一步优化后续 设 计 31。 其通过注塑 成型模拟分析 ， 能很好的优化模具的浇注及冷却系统的设计 ， 并能提前模拟产品 在注塑过程中可能出现的产品缺陷 ， 其应用于整个塑件设计 、 模具设计和注塑成 型等过程，并能起到很好的作用。在现实工作过程中， 术在注塑成型过 程中的应用主要表现在如下几个方面： （ 1）充填模拟 提供平衡的浇注系统样式，浇口设置的数量、截面尺寸大 小和位置的选择。 （ 2）预测制件熔 接线的位置。 （ 3）冷却模拟 提供模具内部的温度变化情况。 （ 4）残余应力与翘曲变形分析 。 术中的 件 在 术的应 用 领域中 ， 件占据 很 大比 重 。 件适 用于优化塑料制件和模具设计的整个过程，并提供了整个过程的解决方案 32。 件的作用是其能为塑件的设计，注塑模具设计以及塑件成型等整个 过程提供有参考意义建议与相关信息。 称 3， 它可 以为注塑生产过程提供了一个高效能、低成本的解决方法。其特点是： 1、可以从 常用的 件中导入实体造型的 式的文件，不用做任何修改； 2、不需要进行网格的划分，其可以直接进行注塑成型工艺分析； 3、图形处理效率高，支持 术； 4、简单易操作。 在实际注塑成型工艺工作过程中 ， 件主要应用在以下三个方面： 1、优化塑件的结构工艺性。如塑件壁厚、形状、加强筋等。 2、优化模具结构，为模具设计人员提供合理化建议。如能形象地 模拟冷却 浙江工业大学硕士学位论文 9 机构和浇注系统的实际效果，减少后期的模具试模、修模工作。 3、优化注塑工艺参数。注塑成型工艺中最重要的是注塑过程阶段，包括加 料、塑化、充模、保压、倒流、冷却及脱模等阶段。其主要的工艺参数为温度、 时间和压力。通过 件模拟可以获得较合理的参数值，从而得到优良 的塑件产品。 其中 件中用于提供数字化原型的注 塑成型模拟 工具 ， 能提供深入的塑胶零件 验 证与最佳化的注塑模拟 34， 有助于研 究实际的注塑成型程序。其本身也具有以下特点： 1、塑胶流动模拟 其可协助模拟射出成型过程中的充模与保压阶段 ， 以利于 预测塑料熔融状态的流动模式 ， 提高制品质量 。 可为设计人员提供最优化浇口位 置、平衡流动系统设计、评估注塑成型条件及预测制品缺陷。 2、即时最佳化 其可引导设计人员通过对参数的设定及对结果的解读 ， 以分 析制件壁厚 、 浇口位置 、 材料等加工成型条件的变更对制件成型性的影 响 。 有助 于设计初期进行开发周期评估，以提高产品品质。 3、专业模拟 工具 此软件有助于使用者模拟常见的成型技术问题 ， 更有助于 模拟需要专门的独特的成型技术与分析报告，以符合实际的要求。 4、深入模拟 对于复杂的制件 ， 设计人员可在制造模具之前就先预测并避免 潜在的制造问题，进而减少成本支出，减少修模次数，加速产品的上市。 题的背景及意义 题的来源 汽车保险杆产品是汽车中的主要工作零件 ， 生产数量大 ， 工艺要求高 ， 结合 结构特点 ， 该塑件在成型过程中容易出现翘曲等成型缺陷 。 由于该产品属于薄壁 大尺寸注塑件 ， 且 需采用多浇口注射成型 ， 因此在成型过程中 ， 塑件在各个尺寸 方向上的体积收缩率不均匀 ， 从而导致翘曲变形的产生 ， 从而严重影响产品的成 型质量。因此，对塑件的结构设计和浇注系统设计的优化显得十分必要。 浙江工业大学硕士学位论文 10 背景和意义 塑料成型加工过程中注塑模具是一种重要的设备 。 但在实际的注塑模具设计 及生产过程中 ， 塑料种类千差万别 ， 其性能也各不相同 ， 加上产品结构复杂 ， 工 艺条件也不尽相同 ， 所以在现代模 具设计过程中 ， 再依靠传统经验很难应对工作 的需要。 在我国很多塑料模具厂在进行模具设计时普遍还是尝试法 ， 即设计者与制造 者通过自身的经验和直觉来进行模具结构的设计 ， 后期通过不断的试模 、 修模来 修正设计方案 。 整个设计过程缺乏科学依据 ， 模具质量的好坏直接取决于相关人 员的水平与素质。为此现阶段我们在模具 的设计制造过程中，不仅生产周期长、 成本高，而且模具的质量也难以保证 35。 附着经济的发展 ， 社会对产品的质量及功能要求 也越来越高 ， 而作为生产产 品的模具，其设计及制造的要求也会越高。 在实际的注塑过程中 ， 塑料熔体在模具型腔中的流动与成型过程 ， 这与材料 本身的特性、制件的尺寸形状、注塑过程中的时间、温度、速度、压力及模具型 芯 、 型腔内部情况和模具本身的结构形式等一系列 因 素有关 。 因此 ， 在新产品的 开发过程中 ， 试验人员在制作样品或是对形状复杂 、 精度要求较高的产品试生产 时 ， 即使是具有多年实践经验的模具设计人员 ， 也不能保证设计出的模具能一次 成功 。 所以 ， 为了解决这些问题 ， 在模具设计过程中 ， 我们可以通过模流分析去 及时发现设计中存在 的缺陷 ， 从而保证模具设计的合理性 ， 提高模具的一次试模 成功率，降低企业生产成本 36。 在注塑成型时利用模流分析的内容和结果可以为注塑模具设计和加工提供 可靠的并经优化过的参照数据。 通过以上分析 ， 我们可以看出利用常规的设计 、 加工制造方法存在着很多的 缺点 ， 随着科技的进 步 ， 社会发展水平的不断提 高 ， 在模具行业要求更多的应用 术。 计算机辅助技术的使用不仅能够让第一次试模取得较好的效果 ， 而且可以使 模具设计和制造在质量 ， 性 能 ， 成本上都有很大程度上 的 提 升 37。 利用现代的设 计理论方 法 ， 同时结合先进的计算机辅助技术来进行注塑模的设计和改进 ， 能够 大幅度提高产品质量 ， 缩短开发周期 ， 降低生产成本 ， 从而提升企业的核心竞争 浙江工业大学硕士学位论文 11 能力。 术在模具行业的应用 注塑模具行业主要就是解决模具的设计 、 制造及最后的注塑成型加工的整个 过程 ， 即模具开发阶段和产品生产阶段 。 图 1映了传统的模具行业生产过程。 图 1统模具行业生产过程 整个过程通过试模阶段对制造完成的模具进行质量检验 ， 如试制的产品质量 不能达到设计要求 ， 就要重新对产品或模具进行修改设计 ， 不仅生产周期长 ， 制 造成本也会大幅度提高。在日新月异的今天，此种模式已不符合时代的要求了。 图 1映了 术在模具行业生产过程，从图可以看出，在模具生产 中采用了 术，可减少模具生产过程中的试模、修模环节的次数。 术提供了从产品设计到最后产品生产的整 个解决方案 38，在完成模具加工之前， 提供分析预测在整个成型过程中可能发生的问题 ， 提供修改制品设计及模具设计 有效地防止问题发生，大大缩短了开发周期，降低了生产成本。 图 1于 术的模具行业生产过程 浙江工业大学硕士学位论文 12 术在模具行业的应用主要体现在以下几个方面： 塑料产品结构的优化设计。在该技术的应用过程中，能分析塑料产品在 注塑成型过程中可能出现各种缺陷 ， 在进行开模之前 ， 就可以根据要求对产品结 构进行优化，从而可以极大地减少产品设计时间 39。 注塑模具结构的优化设计。 术可以对浇口的位置及形式、流道尺 寸 、 冷却系统等多方面进行 优 化设计 40。 在完成模具设计图之 前 ， 解决模具结构 中不合理之处 ， 从而减少了后期的试模 、 修模时间 。 提高了模具质量 ， 降低了制 模成本。 注塑成型工艺参数优化设计。传统的注塑成型过程中，成型工艺参数的 设置基本上取决于技术人 员的经验 ， 需通过多次的产品试制才能取得较好的成型 效果。在 技术的应用下，模拟过程中能够为设计者提供成型周期时间、模 具温度、熔料温度等很多工艺参数，为注塑成型过程提供了科学依据 41。 究内容 本论文利用 件对汽车保险杠产品进行注塑成型工艺的模拟，通 过对塑件的成型工艺、浇口形式、充填效果、熔接痕分布、流动前沿温度、缩痕 指数和翘曲变形分析 42， 对比不同的浇口形式对 塑 件成型质量的影 响 ， 在此基础 上对产品进行优化设计。研究内容如下： （ 1） 基于 件 ， 对保险杠产品的几何模型进 行 网格划分和网格优 化 。 主要解决了对网格划分结果质量的统计和分析 ， 以及在此基础上进行网格的 诊断 、 修复用重新划分等工 作 。 然后确定了合理的成型工艺参数 ， 为后续模流分 析做好了准备。 （ 2）基于内容（ 1）的设置，完成对保险杠产品进行 3 点浇口模型和 5 点浇 口模型的建立并进行模拟分析 。 分析的内容包括充填效果 、 熔接痕分布 、 流动前 沿温度 、 气穴 、 缩痕指数和翘曲变形等