汽车门内板注塑工艺及结构优化模拟分析)【字数：15861】
摘 要摘 要塑料由于密度小、化学稳定性好，制成的产品可靠耐用，因此被广泛应用于汽车制造、电子家电等领域。注塑成型是塑料成型加工的重要方式之一。受工艺参数，产品结构等因素影响，注塑成型容易出现熔接痕、翘曲等缺陷。这些缺陷对产品的外观、性能等有很大的影响。因此，改善缺陷，提高产品质量成为注塑行业关注的焦点。本文利用Moldflow模拟汽车门内板的成型过程，分析车门内板的成型质量。首先详细阐述了注塑成型CAE技术的原理、理论模型以及注塑成型常见的缺陷，介绍了缺陷的形成原因及优化措施。其次，利用Moldflow软件建立汽车门内板有限元分析模型。以填充模拟结果为依据，确定浇口数量和流道性质，创建浇注系统和冷却系统，分析成型参数对质量的影响。在此基础上，重点分析了材料种类、产品结构、工艺参数对车门内板翘曲的影响规律，优选车门内板的最佳成型材料、产品结构及成型工艺参数。最后，利用ABAQUS对成型后的车门内板进行强度校核。关键词汽车门内板；模流分析；翘曲；正交试验；强度分析
目 录
第一章 绪论 1
1.1 汽车零件“以塑代钢”的发展 1
1.2 国内外塑料成型研究现状 2
1.2.1 气辅注射成型技术 2
1.2.2 快速热循环注塑成型技术 2
1.3 汽车用塑料的特性及常用加工工艺 2
1.3.1 注塑成型 3
1.3.2 吹塑成型 3
1.3.3 挤出成型 4
1.4 选题意义及主要研究内容 4
第二章 注塑成型缺陷及CAE分析理论基础 5
2.1 注塑成型缺陷及优化措施 5
2.2 注塑成型CAE技术的原理与流动模型 5
2.2.1 注塑成型CAE技术的原理 6
2.2.2 流动充模过程的假设与简化 6
2.2.3 熔体粘度模型 6
2.2.4 粘性流体力学基本方程 7
2.3 翘曲变形数学模型 8
第三章 汽车门内板注塑成型模拟分析 10
3.1 Moldflow简介 10
3.2 有限元建模 10
3.2.1 模型前处理 11
3.2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2 材料参数设置 12
3.2.3 模流分析指标 13
3.3 浇注系统和冷却系统的确定 13
3.3.1 浇口数量的选择 13
3.3.2 流道性质的确定 17
3.3.3 冷却系统设计 19
3.4 汽车门内板注射成型模拟结果分析 22
3.4.1 填充保压结果分析 22
3.4.2 冷却结果分析 25
3.4.3 翘曲结果分析 26
3.5 本章小结 28
第四章 翘曲分析及优化 29
4.1 成型材料对翘曲值的影响 29
4.2 基于翘曲变形的汽车门内板结构优化 34
4.3 基于正交试验的工艺参数优化设计 37
4.3.1 正交试验的分析方法 38
4.3.2 正交试验设计与结果分析 39
4.4 车门内板强度分析 44
4.5 本章小结 46
结语 47
致谢 48
参考文献 49
第一章 绪论
1.1 汽车零件“以塑代刚”的发展
近年来，汽车工业正朝着环保、安全、节能方向发展，而节能又是其中的核心问题。目前主流的节能措施就是汽车轻量化[1]。
汽车轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车质量，从而提升汽车的动力性能，降低燃料损耗，减少尾气污染[2]。研究表明，汽车自身重量每减少10%，燃油消耗可降低8%，二氧化碳排放量可降低6 % [3]。
实现汽车轻量化的重要措施之一就是选用塑料制成的高强度材料取代传统金属材料。塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，在一定的温度和压力下具有流动性，可以成型为一定的形状和尺寸[4]。塑料的密度小，化学稳定性好，价格低廉，同时可以在塑料中添加填料增强塑料的性能，因此塑料制品可靠耐用，加工成本低，这些优势使塑料成为实现汽车轻量化的最理想材料。
塑料产品在汽车上首次使用是在1953年，时至今日，塑料在汽车上的用量已达到汽车总重的12%，并且比例还在逐年升高。目前，我国每辆汽车上塑料的平均用量为100kg，占汽车总重的8%左右[5]，达到了国外20世纪80年代中期的水准。表11为中国目前不同塑料材料在汽车上的使用情况。
表11 我国中级轿车塑料平均用量
品种
中国轿车塑料平均用量（kg/辆）
塑料的需求估算（万吨）
2008
2009
2010
2015
PP
63
21.67
24.51
27.85
47.4
PA
3
1.2
1.36
1.55
2.53
EVA
8
2.06
2.33
2.65
4.32
PVC
6
2.75
3.11
3.11
4.76
PC
2.5
0.86
0.97
1.11
1.81
POM
3.5
1.2
1.36
1.55
2.53
PU
7.5
2.58
2.92
2.32
5.41
其它
10
3.44
3.89
4.42
7.21
合计
103.5
35.69
目 录
第一章 绪论 1
1.1 汽车零件“以塑代钢”的发展 1
1.2 国内外塑料成型研究现状 2
1.2.1 气辅注射成型技术 2
1.2.2 快速热循环注塑成型技术 2
1.3 汽车用塑料的特性及常用加工工艺 2
1.3.1 注塑成型 3
1.3.2 吹塑成型 3
1.3.3 挤出成型 4
1.4 选题意义及主要研究内容 4
第二章 注塑成型缺陷及CAE分析理论基础 5
2.1 注塑成型缺陷及优化措施 5
2.2 注塑成型CAE技术的原理与流动模型 5
2.2.1 注塑成型CAE技术的原理 6
2.2.2 流动充模过程的假设与简化 6
2.2.3 熔体粘度模型 6
2.2.4 粘性流体力学基本方程 7
2.3 翘曲变形数学模型 8
第三章 汽车门内板注塑成型模拟分析 10
3.1 Moldflow简介 10
3.2 有限元建模 10
3.2.1 模型前处理 11
3.2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2 材料参数设置 12
3.2.3 模流分析指标 13
3.3 浇注系统和冷却系统的确定 13
3.3.1 浇口数量的选择 13
3.3.2 流道性质的确定 17
3.3.3 冷却系统设计 19
3.4 汽车门内板注射成型模拟结果分析 22
3.4.1 填充保压结果分析 22
3.4.2 冷却结果分析 25
3.4.3 翘曲结果分析 26
3.5 本章小结 28
第四章 翘曲分析及优化 29
4.1 成型材料对翘曲值的影响 29
4.2 基于翘曲变形的汽车门内板结构优化 34
4.3 基于正交试验的工艺参数优化设计 37
4.3.1 正交试验的分析方法 38
4.3.2 正交试验设计与结果分析 39
4.4 车门内板强度分析 44
4.5 本章小结 46
结语 47
致谢 48
参考文献 49
第一章 绪论
1.1 汽车零件“以塑代刚”的发展
近年来，汽车工业正朝着环保、安全、节能方向发展，而节能又是其中的核心问题。目前主流的节能措施就是汽车轻量化[1]。
汽车轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车质量，从而提升汽车的动力性能，降低燃料损耗，减少尾气污染[2]。研究表明，汽车自身重量每减少10%，燃油消耗可降低8%，二氧化碳排放量可降低6 % [3]。
实现汽车轻量化的重要措施之一就是选用塑料制成的高强度材料取代传统金属材料。塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，在一定的温度和压力下具有流动性，可以成型为一定的形状和尺寸[4]。塑料的密度小，化学稳定性好，价格低廉，同时可以在塑料中添加填料增强塑料的性能，因此塑料制品可靠耐用，加工成本低，这些优势使塑料成为实现汽车轻量化的最理想材料。
塑料产品在汽车上首次使用是在1953年，时至今日，塑料在汽车上的用量已达到汽车总重的12%，并且比例还在逐年升高。目前，我国每辆汽车上塑料的平均用量为100kg，占汽车总重的8%左右[5]，达到了国外20世纪80年代中期的水准。表11为中国目前不同塑料材料在汽车上的使用情况。
表11 我国中级轿车塑料平均用量
品种
中国轿车塑料平均用量（kg/辆）
塑料的需求估算（万吨）
2008
2009
2010
2015
PP
63
21.67
24.51
27.85
47.4
PA
3
1.2
1.36
1.55
2.53
EVA
8
2.06
2.33
2.65
4.32
PVC
6
2.75
3.11
3.11
4.76
PC
2.5
0.86
0.97
1.11
1.81
POM
3.5
1.2
1.36
1.55
2.53
PU
7.5
2.58
2.92
2.32
5.41
其它
10
3.44
3.89
4.42
7.21
合计
103.5
35.69
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