汽车薄壳注塑件翘曲变形及控制技术研究毕业论文

本 科 毕 业 论 文题 目 名 称 ： 汽 车 薄 壳 注 塑 件 翘 曲 变 形 及 控 制技 术 研 究 学 院 ： 专 业 年 级 ： 学 生 姓 名 ： 班 级 学 号 ： 指 导 教 师 ： 二 XXX 年六月十日 摘 要- -I摘 要常规汽车用注塑件成型工艺已为人们所熟悉，相关理论已经非常成熟，但薄壁注塑成型则不然。这是因为随着塑件壁不断变薄，聚合物熔体在型腔中冷却迅速，使得成型难度加大，导致聚合物熔体在薄壁型腔内的流动行为也与常规注塑成型有所不同。汽车注塑薄壳件是一种典型的注塑加工零件，翘曲是其制造过程中的主要缺陷。汽车诸多注塑薄壳件制品由翘曲引起的形状偏差会严重影响产品的质量。注塑成型是一个高度非线性、时变性的多参数作用过程。由于此过程具有多个参数相互作用并随时间变化的特性，所以每个参数对最后制件质量的优劣都具有不同程度的影响。为了减少最终制件的质量缺陷，提高生产质量，需要对整个成型周期中工艺参数进行控制，使对最终制件质量影响较大的工艺参数能保持在最佳范围内，从而确保制件质量达到最优。本文确定了注塑成型的工艺参数。通过注塑成型翘曲变形的分析，确定翘曲变形产生的原因，以此确定了薄壳注塑件翘曲变形量的影响因素以及汽车薄壳件注塑成形过程中翘曲缺陷控制方法。使翘曲变形产生的废品率大大降低，减少了二次加工的几率和成本，产生了明显的经济效益。关键词：薄壁注塑成型；翘曲变形；参数控制；质量提高大学本科毕业论文- -IIAbstractNowadays, people are familiar with the process and method of traditional injection molding and the relative theories have been also matured, yet the thin-wall injection molding. Due to the plastic wall become thinner and the polymer melt cool quickly in the cavity, it is much more difficult to inject molding, which lead to the flow behavior of the polymer melt in thin-wall injection molding and the traditional ones are different, too. Thin-wall Plastic parts are the typical ones in auto products in which warp is the main defect and the deviations from shape which are caused by warps can also affect the quality of the product. Plastic injection is a non-linear and flexible multi-factors manufacturing process. In this process, the parameters influence on each other and change with the time. So every parameter has a different impact on the final quality. To decrease the defective parts in production and improve the quality of the production, we need to control the technology parameter in the whole cycle. Only in this way can we keep the final product quality in a best sphere and ensure the product has a high quality.The injection molding process parameters were identified in this paper. Warpage of injection molding through the analysis to determine the cause warping deformation in order to ascertain Injection Parts of the shell warping deformation of the impact of factors, as well as car shell of injection molding process of warping control deficiencies. Warpage of the waste generated significantly lower rates, reduce the risk of secondary processing and cost, have obvious economic benefits.Keywords：thin-wall inject molding; warping deformation; parameter control; improve the quality 目录- -I目录摘 要 .IAbstract.II1 绪 论 .11.1 引言 .11.2 汽车薄壁件翘曲变形的国内外研究现状 .21.2.1 国外的研究现状 .21.2.2 国内的研究现状 .21.3 论文工作内容 .31.3.1 课题的主要研究内容 .31.3.2 课题采取的技术路线 .32 注塑成型 .42.1 塑料及其性能 .42.1.1 塑料组成及分类 .42.1.2 塑料的优点及应用领域 .52.2 注塑成型工艺参数 .62.2.1 主要工艺参数 .62.2.2 工艺参数对注塑成型的影响 .62.3 注塑机 .72.3.1 注塑系统 .72.3.2 锁模装置 .82.3.3 液压传动与电器控制系统 .82.4 注塑成型过程 .82.4.1 塑化 .82.4.2 填充 .82.4.3 保压 .92.4.4 冷却 .93 翘曲变形 .103.1 概述 .103.2 注塑成型翘曲变形分析 .103.2.1 翘曲变形产生的原因 .103.2.2 翘曲变形量的影响因素 .114 汽车翘曲变形的控制技术 .134.1 修改工件的几何形状 .134.2 改变注塑模具的结构 .134.3 调整工艺参数 .14结 论 .15大学本科毕业论文- -II参考文献 .16致 谢 .17Abstract - -31 绪 论1.1 引言轻量化是当今汽车材料发展的主要方向。据分析，汽车一般部件重量每减轻 1%，可节油 1%；运动部件每减轻 1%，可节油 2%。根据最新资料介绍，国外汽车自身质量同过去相比己减轻了 20%-26%。预计在未来的 10 年内，轿车自身的重量还将继续减轻20%。塑料及其复合材料是重要的汽车轻质材料，它不仅可减轻零部件约 40%的质量，而且还可使成本降低 40%左右。据统计，世界上平均每辆汽车对塑料的用量在 2000 年就已达到 105kg，约占汽车总质量的 8%-12%。发达国家车用塑料现已占塑料总消耗量的 7%-11%，预计将达到 10%-11%1 。 我国 2006 年汽车产量超过 600 万辆，位居世界第四，这标志着中国汽车工业由此步入了一个高速增长的发展阶段，并拉动下游形成了塑料等高增长产业群，塑料工业为满足汽车制造业而实现了高速、跃增式的发展。近年来，我国塑料在汽车中的用量也迅速上升，特别是塑料在轿车的用量较高。但我国汽车行业应用塑料尚存在一些问题有待解决，否则可能影响塑料在汽车材料份额的进一步提升：一是汽车专用塑料牌号少，产品性能不能满足选材要求，需进口或采用改性塑料替代，如高分子量高密度聚乙烯（HMHDPE） 、热塑性弹性体（TPE） 、聚碳酸酷（ PC） 、聚甲醛（POM） 、发泡颗粒成型材料等；二是汽车用塑料品种较多，材料标准混乱，不利于大批量生产与应用，需对汽车现用的塑料材料进行品种简化；三是缺乏生产汽车专用塑料的领头企业，现有生产企业规模小而分散，各有地盘和服务对象，技术水平不一，模具开发能力差，塑料制品产品质量难以保证。随着紧凑型，微型汽车的增多，其所使用的塑料制品也相应朝着体积轻量化，结构复杂化发展。在此情况下，一些汽车薄壁注塑产品越来越多的出现在一些车型上。对于汽车制件来说， “薄壁”是指壁厚小于 2mm，薄壁制品的生产要求改变加工工艺，有更高的压力和速度，更短的冷却时间，改变制件顶出系统的设计和浇口排列顺序。而加工工艺的改变同时促进了模具、机器和制件设计的发展，对注射机和模具提出了更高的要求。翘曲变形是汽车薄壳塑料件注塑成型中的常见缺陷之一，因为涉及到对翘曲变形量的准确预测，而不同材料、不同形状的注塑件的翘曲变形规律差别很大。翘曲变形问题的存在会影响注塑件的形状精度和表面质量，当翘曲变形量超过允许误差后，就成为成形缺陷，进而影响产品装配。翘曲作为塑件变形的重要特征之一，其研究有重要的应用价值。因此，研究制件注塑成形，降低塑件成形的翘曲量，对于提高汽车塑件产品精度，缩短新产品开发周期有着重要的意义。大学本科毕业论文- -41.2 汽车薄壁件翘曲变形的国内外研究现状对各类汽车上日益增加的薄壁件翘曲变形做出准确预测是有效控制翘曲缺陷的前提，长期以来，人们在翘曲预测方面做了大量的工作。1.2.1 国外的研究现状早在六十年代，国外学者就通过大量实验获取浇口几何形状、保压参数(保压压力和保压时间)和模具的弹性对制品最终尺寸的影响，再用 PET 作为聚合物基，研究了不同材料和不同壁厚平板的翘曲特性。但由于实验方法研究翘曲变形，往往局限于某一特定的几何形状、特定的材料和工艺条件，并不能全面考虑诸多因素对翘曲变形的影响，而且也不能在产品设计阶段预测可能发生的翘曲变形的大小 2。在实际使用中，经验公式的局限性也显而易见，不仅受实验条件的影响，还与实验数据的处理方法、经验公式的应用条件等许多因素有关，并且一种经验公式只适用于与实验状况相当接近的生产过程。所以，七十年代以后，人们就开始采用根据实际经验从制品设计、模具设计及注塑工艺条件等方面采取措施，尽量避免发生大的翘曲变形。由于翘曲变形与不均匀收缩有关，许多学者从研究不同塑料在不同工艺条件下的收缩行为入手，来分析收缩与制品翘曲的关系。首先在注塑流动、保压、冷却模拟的基础上，通过实验和线性回归方法，提出了预测注塑制品收缩的模型，在收缩预测的基础上，通过结构分析模拟程序计算出制品的变形 3。再对 GMT 材料的收缩和翘曲行为进行了详细的研究，他们认为， GMT 材料在成型过程中会发生纤维取向，树脂和纤维之间不同的收缩特性与纤维取向后形成的各向异性共同作用是导致制品翘曲变形的主要原因，他们通过改变具有不同纤维取向原料的布料方式，对纤维取向的影响程度进行了验证，并且发现制品的收缩和翘曲之间具有一定的相关性。同时也由于塑料熔体在成型过程中，由于取向、收缩的不均匀，导致内应力的不均匀，所以制品出模后，在不均匀内应力的作用下，发生翘曲变形。因此，许多学者从力学角度分析、计算制品的内应力和翘曲。首先考虑了冷却阶段塑料由液态变为固态的相转换和应力松弛行为。对未固化的区域，塑料呈现粘性行为，用粘性流体模型描述，对己固化的区域，塑料呈粘弹行为，用标准线性固体模型来描述，采用粘-弹相转换模型和二维有限单元法来预测热残余应力和相应的翘曲变形口。再考虑塑料的结晶性能对制品的残余应力、翘曲变形也有影响。用线性热粘弹模型计算流动残余应力和热残余应力，计算出的残余应力作为固体力学分析的初始条件，用三维薄壁注塑件的几何模型，将模具冷却、塑料充模保压冷却、纤维定向、材料特性和应力分析集成后，预测翘曲 4。采用有限单元法来计算翘曲。1.2.2 国内的研究现状我国在这方面研究的比较晚，而且大部分工作都是基于试验研究的基础上，再根据试验结果提出试验收缩模型，然后计算翘曲变形。90 年代，郑州工学院的申长雨等几位学者提出了翘曲变形系数的概念，主要考虑温度不均匀分布引起翘曲变形，并采用数值Abstract - -5计算方法计算出了翘曲变形系数。而后，采用弹性不变形理论、有限单元法计算温度应力，利用大连理工大学的结构分析程序来计算出翘曲大小 5。2004 年西北工业大学的吴建军等人用一维粘弹性本构方程求解了塑件的残余应力，用悬臂梁理论求解了用品的变形 6,7。华中理工大学的卢义强博士用薄板理论分析制品的翘曲变形，将制品的面内变形看作平面应力问题，将面向变形看作薄板弯曲问题，两类变形叠加后，采用平面问题及薄板弯曲问题的有限元法计算制品在三维空间坐标内的变形 8。1.3 论文工作内容1.3.1 课题的主要研究内容汽车注塑薄壳件是一种典型的注塑加工零件，翘曲是其制造过程中的主要缺陷。汽车诸多注塑薄壳件制品由翘曲引起的形状偏差会严重影响产品的装配精度。注塑成型过程是一个高度非线性、时变性的多参数作用过程。由于此过程具有多个参数相互作用并随时间变化的特性，所以每个参数对最后制件质量的优劣都具有不同程度的影响。为了减少最终制件的质量缺陷、提高生产质量，需要对整个成型周期中工艺参数的值进行检测控制，使对最终制件质量影响较大的工艺参数值能保持在最佳的范围内，从而确保最终制件质量达到最优。本文从以下几方面展开对汽车薄壳注塑件成形翘曲变形的研究：（1）分析汽车薄壳件注塑成型模拟过程中一些主要的工艺参数，如注射温度、模具温度、注射压力、注射时间、保压压力、保压时间等对工件翘曲变形的影响。（2）确定了汽车薄壳件成形过程中翘曲缺陷控制方法：一是修改工件的几何形状；二是改变注塑模具的结构；三是调整工艺参数。1.3.2 课题采取的技术路线通过对收集相关资料和文献的分析研究，以薄壳件为研究对象，进行薄壳件浇注成型的研究，主要是对填充、保压、冷却、翘曲过程的分析，获取薄壳塑料零件翘曲变形的原因，针对汽车薄壳注塑件注塑成形过程中的翘曲缺陷，研究出薄壳塑料件翘曲变形的控制技术。大学本科毕业论文- -62 注塑成型注塑成型（简称注塑）是将塑料原料加工成制品的主要方法，可成型各种的塑料制品。由于它具有应用面广、成型周期短、生产效率高、易成型形状复杂的制品、制品精度高、生产操作容易实现机械化和自动化等多方面的优点，因此在整个塑料制品生产行业中，占有非常重要的地位。在注塑成型生产中，塑料、注塑机和注塑具是三个必不可少的物质条件。2.1 塑料及其性能塑料是一种以树脂