（机械设计及理论专业论文）蓄电池数字化设计系统研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 数字化设计在提升设计制造信息化、自动化水平，缩短产品开发 周期，保证产品质量，提高生产管理水平，降低成本，增强产品市场 竞争能力和企业创新能力等方面发挥了重要作用。 本文根据笔者在铅酸蓄电池行业的经验，对铅酸蓄电池产品的数 字化设计进行了初步探索，综合分析了铅酸蓄电池产品的设计流程， 建立了蓄电池数字化设计系统框架；以v b n e t 为集成开发工具， s o l i d w o r k s 2 0 0 7 为三维建模支撑平台进行了蓄电池板栅的参数化建模 研究；利用m o l d f l o w 软件进行了铅酸蓄电池盖的注塑模拟分析，主要 研究成果如下： 1 根据铅酸蓄电池板栅设计的要求，用v b 语言编制程序对板栅 的结构参数进行计算或验算，并将蓄电池活性物质的计算与板栅设计 仕厶 # 口口o 2 利用s o l i d w o r k s 平台进行板栅的三维参数化建模，在此基础 上进行极板的三维参数化建模，为评价板栅设计提供便利。 3 根据板栅及极板的三维建结果，用v b 语言编制程序对板栅设 计进行评价，能够迅速对设计结果进行确认。 4 利用m o l d f l o w 软件对蓄电池外壳的注塑进行包括材料选择、 流道优化、冷却优化及注塑成型工艺进行分析，可以对注塑模具的制 造及产品的注塑生产进行有效指导。 本课题为大力推广现代设计技术、计算机技术等新技术提高铅酸 蓄电池产品的质量，降低成本，缩短产品开发周期，提供了技术上的 借鉴。 关键词：铅酸蓄电池；数字化设计；参数化建模；三维造型 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t d i g i t a ld e s i g np l a y e da ni m p o r t a n tr o l ef o re n h a n c i n gt h e i n f o r m a t i z a t i o na n da u t o m a t i o nl e v e lo f d e s i g n i n g a n d m a n u f a c t u r i n g ，s h o r t e n i n gt h ed e v e l o p m e n tc y c l eo fp r o d u c t ， e n s u r i n gt h eq u a l i t yo fp r o d u c t ，r a i s i n gt h em a n a g e m e n to f m a n u f a c t u r i n g ， r e d u c i n g c o s t sa n d e n h a n c i n g t h em a r k e t c o m p e t i t i y e n e s so fp r o d u c ta n di n n o v a t i o no fe n t e r p r i s e s a c c o r d i n gt o t h e e x p e r i e n c eo ft h ea u t h o ro fi nt h e l e a d a c i db a t t e r yi n d u s t r y ，p r e l i m i n a r yr e s e a r c hu s i n gd i g i t a l d e s i g nm e t h o df o rl e a d a c i db a t t e r yw a sc o n d u c t e d ，l e a d a c i d b a t t e r yp r o d u c td e s ig np r o c e s sw a sc o m p r e h e n s i v e l ya n a l y s e d ，a d i g i t a ld e s i g ns y s t e mf r a m e w o r kf o rl e a d a c i db a t t e r yw a s e s t a b l i s h e d ：u s i n gv b n e ta st h ei n t e g r a t e dd e v e l o p m e n tt o o l s ， s o li d w o r k s 2 0 0 7a st h et h r e e d i m e n s i o n a lm o d e li n gp l a t f o r m ，t h e r e s e a r c ho fb a t t e r yg r i dp a r a m e t r i cm o d e li n gw a sc o n d u c t e d ： p l a s t i ci n j e c t i o ns i m u l a t i o no fl e a d a c i db a t t e r yc o v e ru s i n g m o l d f l o ws o f t w a r ew a sa n a l y s e d ，t h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r e a sf o l l o w s ： 1 a c c o r d i n gt ot h ed e s ig nd e m a n d so fl e a d a c i db a t t e r y g r i d ， s t r u c t u r a lp a r a m e t e r so fg r i dw a sc o m p u t e do rc h e c k e d b yu s i n gav bc o m p il e dp r o g r a m ，c o m b i n a t i o no fc o m p u t i n go ft h e b a t t e r ya c t i v em a t e r i a la n dg r i dd e s i g nw a sc o n s i d e r e d 2 t h r e e d i m e n s i o n a lp a r a m e t r i cm o d e li n go fg r i da n dp l a t e w a sc o n d u c t e db yu s i n gs o l i d w o r k sp l a t f o r m ，c o n v e n i e n c ew a s p r o v id e df o rt h ee v a l u a t i o no ft h eg r i d 3 a c c o r d i n g t ot h er e s u l t so ft h et h r e e d i m e n s i o n a l 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 l i 页 m o d e li n go ft h eg r i da n dt h ep l a t e ，t h ed e s i g no ft h eg r i dw a s e v a l u a t e dw i t hav bc o m p i l e dp r o g r a m ，t h ed e s i g nr e s u l t sc a n q u i c k l yt ob ec o n f i r m e d 4 m a t e r i a l c h o s e n ， r u n n e r o p t i m i z a t i o n ， c o o li n g o p t i m i z a t i o na n dp l a s t i ci n j e c t i o np r o c e s sw a sc o n d u c t e db y u s i n gm o l d f l o ws o f t w a r e ，a ne f f e c t i v eg u i d a n c ec a nb ep r o v i d e d f o rt h em a n u f a c t u r i n go fi n j e c t i o nm o l da n di n j e c t i o np r o c e s s i n g o ft h ep r o d u c t t h i sa r t i c l ec a nb et h er e f e r e n c ef o rp r o m o t i n g n e w t e c h n o l o g ys u c ha s m o d e r nd e s i g nt e c h n o l o g ya n dc o m p u t e r t e c h n o l o g yt oi m p r o v et h eq u a lit y ，r e d u c et h ec o s t s ，s h o r t e nt h e d e v e l o p m e n tc y c l ei nt h el e a d a c i db a t t e r yi n d u s t r y k e y w o r d s ：l e a d a c i db a t t e r i e s ：d i g i t a ld e s i g n ；p a r a m e t r i c m o d e li n g ；t h r e e d i m e n s io n a lm o d e li n g 西南交通大学 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。本人授权西南交通大学可以将本论 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、 缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密函，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名： 醐：跨 妒以2 - | 毛 指导老师签名：刀叶z 久 日期： 知善，2 一，6 西南交通大学学位论文创新1 生声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研 究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出 贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 运用数字化设计理念进行铅酸蓄电池的设计开发，是高新技 术应用于产品开发过程的一种尝试。 2 将铅酸蓄电池的电化学设计与结构设计结合在一起，提高蓄 电池设计的合理性及设计效率。 3 利用c a e 技术寻求蓄电池塑壳阻燃材料的应力开裂解决方案。 帕s 、| | s 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 第1 章绪论弟1 早珀下匕 1 1 铅酸蓄电池概述 铅酸蓄电池是1 8 5 9 年由普兰特( p l a n t e ) 发明的二次电池。由于具有 价格低廉，原料易得，使用可靠，又可大电流放电等优点，因此，一 直是化学电源中产量大应用范围广的产品。 1 1 1 铅酸蓄电池发展历史及现状 1 8 6 0 年，p l a n t e 采用腐蚀的铅箔形成流行性物质，首次实现了实 用的铅蓄电池( 形成式蓄电池) ， 1 8 8 1 年，f a u s e 用氧化铅和硫酸形成膏，涂在铅箔了作为正极， 以增加容量，同年，s e l l o n 发现铅锑合金作为板栅，避免了铅的阳极 钝化， 1 8 8 2 年，v o l c k m a r 用多孔铅板作为支撑铅氧化物的基底( 板栅的 雏形) ，同年，g l a d s t o n e 和t r i b e 提出了双硫酸盐反应理论， 1 8 9 0 年，出现了初级管状结构电极， 1 9 2 0 年至今，着重于材料和结构的研究，特别是膨胀剂、氧化物 和制造技术的研究 1 9 3 0 1 9 3 5 年，a d o p p hd e s s e r 提出了雏形密闭蓄电池专利，h a r i n g 和t h o m a s 发现了铅钙合金板栅， 1 9 3 5 年，实验证实了双硫酸盐反应理论， 1 9 5 6 1 9 6 0 ，r u e t s c h i 等人弄清p b 0 2 两种晶体，q p b 0 2 和b p b 0 2 的特性 1 9 7 0 至现在，拉网板栅技术，复合塑料金属板栅，密闭和免维护， 玻璃纤维和改进的隔板，单体电池间穿壁连接、热封塑料壳与盖，高 比能量电池( 4 0 w h k g 以上) u 3 近年来，随着锂离子电池及燃料电池的快速发展，铅酸蓄电池相 对于其它化学电源的优势日趋缩小，只有不断的进行改进，铅酸蓄电 池才能在未来市场中占据一席之地。国际知名铅酸蓄电池专家p a v l o v 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 在其“d e v e l o p m e n to fl e a d - a c i db a t t e r i e si nt h ef i r s td e c a d eo ft h en e w m i l l e n n i u m 一文中指出，“为了应对锂离子电池所带来的压力，铅酸 蓄电池应专注于免维护的电化学系统，符合这一要求的只有阀控式铅 酸蓄电池，在未来十年中的趋势以提高电池的可靠性和降低电池成本 为目标心h 。国际先进铅酸电池联合会也提出了铅酸蓄电池发展面临 的三个关键问题口1 ：一、提高比能量。二、提高循环使用寿命。三、 提高快速充电能力。针对这三个问题，在其提出的诸多技术改进措施 中，减轻极板重量被放在了第一位。而减轻极板重量，一方面是减轻 板栅重量，另一方面是提高活性物质利用率，均要求极板向轻薄化发 展。极板向轻薄化发展的同时，也带来了新的问题，电池比能量的提 高，意味着电池单位时间内可输出的能量越多，使得电池热失控的风 险增加，电信行业己对其使用的铅酸蓄电池外壳提出了阻燃要求h 1 。 1 1 2 铅酸蓄电池的分类 按用途分： 起动用电池：供各种汽车、拖拉机、柴油机、船舶起动、点火和 照明用。起动时要大电流放电，要求能低温起动，电池内阻小，极板 薄。 固定型电池：用于发电厂、变电所、电信公司、大型会议场所、 医院、试验室等，作为保护、自动控制、事故照明、通讯等备用电源。 要求寿命长，浮充使用。 牵引用电池：用于各种蓄电池车、叉车、铲车、矿用电机车、码 头起重车等。作为动力牵引及照明电源用，要求容量大，以3 h 一5 h 率充放电循环使用。 铁路客车用电池：供铁路客车车辆照明及电器设备用，车辆运行 时充电。要求耐振。 内燃机车用电池：内燃机车的起动和照明 摩托车用电池：摩托车起动、照明、点火 航空用电池：飞机的起动、照明、通讯 电动自行车用电池：为电动自行车提供动力，以2 h 率充放电循环 使用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 储能用电池：为风力发电或太阳能发电蓄能用，在无风或无阳光 情况下输出电能，小电流浅循环放电使用。 按极板结构分： 涂膏式一正负极板均用铅合金板栅，涂上铅膏后经固化、干燥， 在电解液中通电形成活性物质。 管式一正极板采用在铅合金骨架外套以编织的或无纺纤维管，并 在管中放入铅粉而构成，负极配以涂膏式，在电解液中通电形成活性 物质。 形成式一用纯铅铸成一定形状的铅板，在电解液中通电形成正负 活性物质。 按电池盖和排气栓结构分： 开口式一无永久性盖子，产生的气体可自由逸出，只装有与壳体 不固定的盖板，以减少酸雾，现几乎完全被淘汰。 排气式一电池壳体与盖固定在一起，盖的注酸口上装有排气栓。 防酸式一电池盖上装有防酸阻火栓，允许电池排气，但酸雾不逸 出，遇有外界火源时电池内部不燃烧和爆炸。 阀控式一蓄电池密闭，不需加水，装有安全阀，电池内压力过大 时可排气体，外界气体不进人电池内部。 1 1 3 铅酸蓄电池的一般结构 构成铅酸蓄电池的主要部件是正、负极板，电解液，隔板，电池 槽、盖，此外还有端子，连接条，安全阀等。蓄电池结构如图1 1 所 不： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 电糖 诽气孔安全霉端子 图l _ 1 阀控式铅酸蓄电池的基本结构 1 1 4 铅酸蓄电池生产工艺流程简介 中盖 阴极板 隔离板 阳掘扳 不同种类的铅酸蓄电池在生产工艺上略有区别，如密封方式可分 为密封胶密封和热封两种方式，化成分为极板化成和电池化成两种。 但总体上相差不大。图1 _ 2 所示为采用密封股密封及电池化成方式的 阀控式铅酸蓄电池主要生产工艺流程。 # 自m e f # * 。，r _ 1 ，j 一一r，j一r，一rir 1 一” j * t 卜i ”卜_ 。繁卜叫”m 1m “t j t “ l r 一 一 一r ! 1 r ， 酬 d # *j 自t t * 卜一1 镕# 嘶瑚 l ，。一【一【u _ l 一 r 1r l 卜j 卜j t 卜_ # k 目n 卜 n t # e 。，一l 。一l 。，一【，j l 。f - 图1 - 2 阀控式铅酸典型生产丁。艺流程 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 1 1 5 铅酸蓄电池主要技术参数 电压：单体电池电压为2 v ，通过串联获得更高的电压。 标称容量：通过极板间的并联达到所需容量，通常以2 0 h 率或1 0 h 率容量表示。 寿命：分为涓流充电寿命和循环寿命，涓流充电寿命指电池作为 后备电源使用，长期处于小电流充电状态下的使用时间，循环寿 命指电池作为动力电源使用，在一定放电深度情况下的循环次数。 大电流放电性能：衡量电池的大电流能力，通常以3 倍率放电性 能表示 1 2 数字化设计技术 数字化设计就是通过数字化的手段来改变传统的产品设计方法， 旨在建立一套基于计算机技术、网络信息技术，支持产品开发与生产 全过程的设计方法晦1 。数字化设计的内涵是支持产品开发全过程、支 持产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持产品开发流程的控制 与优化等，归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是主体，数据管 理是核心。 1 2 1 数字化设计技术的内容 数字化设计技术主要包括c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n 计算机辅 助设计) 、c a e ( c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g 计算机辅助工程) 、 p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t 产品数据管理) 。 1 9 7 2 年1 0 月，国际信息处理联合会( 口) 在荷兰召开的“关于 c a d 原理的工作会议 上对c a d 提出了如下的定义：”c a d 是一种技 术，其中人与机( 计算机) 结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各 自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科的方法的综合性 协作提供了可能。障h 从机械设计的角度来讲，就是指利用计算机技 术作为主要手段，生成和运用各种数字信息与图形信息，来完成整个 产品设计的过程。 c a e 是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 技术，是实现产品优化设计的主要支持模块。c a e 技术的主要内容包 括有限元法、边界元法、有限差分法等。应用领域涉及结构分析、热 传导分析、气动或流场分析、电磁场分析等口1 。 p d m 是- i 1 管理所有与产品相关的信息( 包括电子文档、数字化 文件、数据库记录等) 和所有与产品相关的过程( 包括工作流程和更改 流程) 的技术。它提供产品全生命周期的信息管理，并可在企业范围内 为产品设计与制造建立一个并行化的协作环境阴1 。 1 2 2 数字化设计技术的发展趋势 为适应设计与制造自动化的要求，数字化设计技术向集成化、智能 化和标准化的方向发展。 ( 1 ) 集成化 数字化设计技术的集成化，主要体现在三个方面： 系统构造由过去单一功能变成综合功能，不再是单一的c a d 、 c a e 或c a p p 系统，而是支持产品生命周期全过程的现代设 计集成系统。 字化设计技术中的有关软件和算法不断固化在芯片中，即用 集成电路及其功能块来实现有关软件和算法的功能。 多处理机、并行处理技术用于c a d 中，使工作速度成百倍的 增加。另外网络技术在c a d 中被普遍采用，使近程和远程的 资源都能及时共享。 ( 2 ) 智能化 现有的c a d 技术在机械设计中大多用于处理数值型的工作，包 括计算、分析与绘图。然而在设计活动中存在另一类符号推理型工作， 包括方案构思与拟定、最佳方案选择、结构设计、评价、决策，以及 参数选择等。这些工作依赖于一定的知识模型，采用符号推理方法才 能圆满解决。因此将人工智能技术；特别是专家系统的技术，与传统 c a d 技术结合起来，形成智能化c a d 系统是机械c a d 发展的必然 趋势。 ( 3 ) 标准化 随着c a d 技术的发展，c a d 工业标准化问题越来越显示出它的 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 重要性。例如图形接口、图形功能日趋标准化。已经制定了面向图形 设备的图形接1 3 标准c g i ( c o m p u t e rg r a p h i c s i n t e r f a c e ) 、计算机图形文 件标准c g m ( c o m p u t e rg r a p h i c sm e t a f i l e l 、计算机图形核心系统 g k s ( g r a p h i c sk e r n e ls y s t e m ) 、面向程序员的层次交互式图形标准 p h i g s 2 0 ，k = 3 8 1 0 4 ；5 c 2 0 ，k = 4 * 1 0 4 ；c 结果见 罔4 - 6 所示。 鬻缝要鐾拦黪磴燮鹱婴褒疆g 篓燮，j 图4 - 6 模型硼格划分统计结果 m p i 软件带有的材料数据库中有8 0 0 0 多种热塑性材料数据，包 括材料拘流变性能、机械性能、热特性等等，我们可以根据需要从中 选择合适的材料。以笔者的实际经验看柬，阻燃型a b s 与常规a b s 相比在注塑牛产时更易川现残余心力问题，材料的选择相对而占最为 重要。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 7 页 表4 1 所示为三种阻燃级别为u l 9 4v - 0 级的a b s 机械性能。 表4 1三种阻燃a b s 的机械性能对照表。 、蝗， k u m h oc h im e id a i c e l 性琵 h f a 7 0 0p a 7 6 5s e r 9 1 拉伸强度( k g c m 2 ) 4 4 03 9 04 5 9 断裂伸长率( ) 3 5 1 5 弯曲强度( k g c m 2 ) 6 0 06 2 07 1 4 弯曲模量( k g c m 2 ) 2 1 0 0 02 1 0 0 02 3 4 6 0 带缺口冲击强度 2 0 1 81 3 3 ( 6 4 m m 2 3 * c ) ( k g c m m ) 注：表中数据摘自材料生产商c a t a l o g 图禾72 2 0 粘度一剪切率对比( k u m h oh f a 7 0 0 ( 黑) 、奇美p a7 6 5 ( 红一) 、 d a i c e ls e r 9 1 ( 蓝) ) 图4 7 为三种阻燃a b s 在2 2 0 时的粘度一剪切率对比，由图中 可以看出，在相同的剪切条件下，k u m h oh f a7 0 0 具有最小的粘度， 意味着注塑时注射压力更小，结合机械性能数据，在分析中采用此材 料。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 8 页 432 浇注系统的优化 浇注系统在m p i 中建立，采用建立曲线并对直浇道、分流道、浇 口赋予相应的属性再划分为b e a m 单元生成。蓄电池盖由于两侧抠手 设计，此部位在模具中必然存在侧向芯块，如产品采用侧浇口只能采 取单边侧浇口的方式，此方案流程过长，且模具中心与浇注中心不重 合，易产生单边锁模不严的问题，因此产品采用三板模点浇口设计， 出于产品外观的考虑，浇口设置在注液孔中的凸台边缘。初始流道及 改进后的流道分别如图4 8 、图4 9 所示。 r 图4 8 初始流道方案图4 - 9 改进流道方案 初始流道方案因位置关系，浇口只能设置在每个注液孔的外侧边 缘，且因为浇口不适合作为平衡熔体流动的装置，很难依靠改变分 流道及下潜流道达到熔体流动的平衡，因此在改进的方案中将浇口数 量增加为1 2 个，增加一段分流道并调整各段分流道及下潜流道的尺寸 以改善熔体流动平衡。利用m o l d f l o w 分析，得到如图4 - 1 0 、图4 - 1 l 所示的流道改进前后各浇口物料分布图，同时得到图4 。1 2 、图4 - 1 3 所示的改进前后产品三个不同位置点的压力一时间曲线。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 9 页 图4 1 0 4 ， h 一厶 oo ( 1 一 ，d d # o 初始流道方案物料分布图4 - 11改进流道方案物料分 图4 - 1 2 初始流道方案压力一时间图4 一1 3 改进流道方案压力 时间 从图4 1 0 、4 - 1 1 可以看出，改进后的流道方案各浇口的出胶量基 本相同，而初始的流道方案各浇口的出胶量存在较大差异，分析图4 一1 2 、 4 - 1 3 中所示曲线，改进后的流道方案中，距离主流道不同远近的三个 位置点的压力也更加接近，改进后的流道方案较原方案有了很大改善。 433 冷却系统的优化 冷却系统初始方案由型腔和型芯两侧两组平行的水道构成，进行 冷却分析后，产品端子引出孔附近较难冷却，因浇注系统和顶出系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 0 页 的限制，仅在型腔侧端子引出孔位置增加了隔板式水道，见图4 1 4 所示。 图4 1 4冷却系统改进方案 同样，通过m o l d f l o w 分析计算，得到改进前后产品型腔一侧温度 分布见图4 1 5 、图4 1 6 ，由图可以看出改进后温度差异由原柬的3 06 。c 下降为2 78 6 ，下降了近3 。c 。 ”嚣搿m r 鼻= ! = 1 r 1 圈i | ：困0 0 0 0 0 酗 崎剑卜，。l b剑i 篡簟b舀 6 6b 2 - 5 9 8 6 5 28 9 4 59 l ! 引4 16 故逆万榘湍嫂分_ 44 基于正交试验的注塑工艺优化 考虑到阻燃a b s 抗冲击强度及断裂伸长率的降低，为了降低产品 可能产生的应力开裂，注塑工艺应尽可能降低产品在注塑过程中产生 的最大应力，以减小产品注塑后残余应力，防止产品在使用过程中产 生应力开裂的可能。因为熔体温度、模具温度、保压压力及时间、注 射速度、浇口大小、冷却速度均会影响注塑产品中的最大应力眇“j ， 为了考查各因素对产品最大应力的影响，采用l 1 6 2 ”正交表运用 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 l 页 m o l d f l o w 进行，因子水准对照表见表4 2 ： 表4 2 因子水准对照表 因子代号因子描述水平l水平2交互作用 a保压曲线 - 、 b 熔体温度( ) 2 1 02 3 0 一j - 、 c注射速度 1 0 0 8 0 一j d 冷却速度( ) 2 03 0 j e 浇口直径( r a m ) o 81 2 j f 模具温度( ) 4 0 6 0 注1 ：保压曲线一、二见图4 1 7 、4 1 8 注2 ：注塑过程为速度控制，填充速度曲线见图4 1 9 注3 ：冷却速度指模具温度与冷却液温度的差值 0 哺旺l s 啊t - i r m a1 0 , 0 91 2 5 01 5 1 1 41 7 5 2 口z i s n - h 嗍 图4 1 7 保压曲线一图4 1 8 保压曲线二 图 4 1 9 根据各因子之间的交互作用， 填充速率一填充量 试验配置及数据见表4 3 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 2 页 表4 - 3 试验配置及数据 配置因子aba bcdb cb dea ef皤c e e cd f试验数据 最大最大 l 234 56 7 891 0 l l 1 21 31 41 5 应力收缩 ( m p a )( ) lllllilillll l l li l3 6 879 7 5 2 llllili222222223 2 7 97 8 7 3 3 i l l 2222 llil2 2 22 2 4 7 67 2 5 7 4ll122222222llll2 4 5 97 4 2 5 5 i 2 2il22ll22il2231 2 3 9 1 0 8 6l22ll2222ll22ll10 6 88 6 4 4 7 i2 2 22 l lll2222ll2 7 7 68 5 9 8 8l2222ll22lil12220 7 38 2 4 7 92l2l2l2l2l2l2l23 1 0 47 9 8 l l o2l2l2l2 2i 2l 2 l 2l 4 3 6 27 8 7 8 l l2l22l2ll2122l213 5 1 37 7 1 7 1 2 2l22 l 2l2l2il2l24 6 7 0 7 7 2 9 1 322ll22il22ll22l57 5 39 1 0 5 1 4 22ll2 2 l2ll22li2 7 0 7 789 4 0 1 522l21l2l22l2ll26 0 3 08 9 2 4 1 622l2ll22ll2l22l7 6 0 2 8 7 1 0 t 1 8 72 5 33 6 i2 9 13 0 73 0 63 0 5船i3 3 52 8 32 7 83 0 o3 0 02 8 62 8 9 量大 1 应力 t 4 2 i3 5 5 2 4 73 1 6 3 0 13 0 23 0 33 2 62 7 33 2 53 3 03 0 63 0 73 2 23 i 8 2 t 6 5 16 i b6 6 26 7 56 6 76 6 26 6 26 6 7 硒2 6 5 56 5 8 6 6 2 6 6 26 6 2 酯1 量大 i 收缩 t 6 7 ，07 0 36 5 96 4 ，66 5 46 5 96 5 96 5 46 5 96 6 66 6 46 5 86 5 96 5 9酌1 2 经数据处理，得到最大应力及最大收缩的方差分析表，见表4 - 4 、 表4 5 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 3 页 表4 4 最大应力方差分析表 来源平方和s自由度f均方和m s f 比 a3 4 3 9 4l3 4 3 9 41 5 2 2 1 6 a b8 1 0 2l8 1 0 23 5 8 5 5 b6 5 5 816 5 5 82 9 0 2 3 a e2 3 6 0l 2 3 6 01 0 4 4 6 a f1 6 6 611 6 6 67 3 7 l e1 2 5 1l1 2 5 l5 5 3 8 f1 1 0 3l1 1 0 34 8 8 3 8 合并1 8 0 880 2 2 6 表4 5 最大收缩方差分析表 来源平方和s自由度f 均方和m sf 比 b4 4 5 214 4 5 28 6 5 1 0 l c0 5 2 4 1 0 5 2 4 1 0 1 8 3 1 a0 2 1 61o 2 1 64 1 9 5 4 d0 0 9 7l0 0 9 71 8 8 9 2 e0 0 9 3l0 0 9 31 8 0 2 9 f0 0 8 610 0 8 61 6 6 2 5 a f0 0 2 210 0 2 24 2 5 l e 合并o 0 4 l80 0 0 5 查表有f o 9 9 ( 1 ，8 ) = 1 1 2 6 由最大应力方差分析表可以看出，在显著性水平a - - 0 0 1 下，因子 a 、交互作用a xb 、因子b 对指标有显著影响，由表4 2 中a 、b 两 因子在水平1 及水平2 下结果的和可知，两因子均为取水平l 较好， 但交互作用a b 的影响较因子b 大，还需计算a x b 的四种搭配下 的数据均值，见表4 6 ： 表4 - 6a b 的搭配表 a 1a 2 b l ( 1 3 6 8 + 3 2 7 9 + 2 4 7 6 + 2 4 8 8 ) 4 = 2 4 0 3( 3 1 0 4 + 4 3 6 2 + 3 5 1 3 + 4 6 7 0 ) 4 = 3 9 1 2 b 2 ( 3 1 2 3 + 1 0 6 8 + 2 7 7 6 + 2 0 7 3 ) 4 = 2 2 6 0( 5 7 5 3 + 7 0 7 7 + 6 0 3 0 + 7 6 0 2 ) 4 = 6 6 1 6 由表4 6 可知，因子a 与因子b 的搭配以a l b 2 为好。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 4 页 由最大收缩方差分析表可以看出，在显著性水平a = 0 0 1 下，因子 b 、c 、a 、d 、e 、f 对指标有显著影响，由表4 2 可知，各因子以 b l c 2 a l d 2 e 2 f l 为好 综合最大应力与最大收缩两个指标的结果，并且考虑到阻燃a b s 热稳定性差，更易受热降解的特点，不应采取更高的熔体温度，同时 尽可能将余料量设定的小一些，减少熔体在料筒加热的时间，因此该 产品的注塑工艺，在能够保证产品注射成型的情况下，应采取类似水 平1 的保压曲线，较低的熔体温度，相对较慢的注射速度，较低的冷 却水温度，较大的浇口尺寸及较低的模具温度来降低产品中的最大应 力。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 5 页 第5 章蓄电池数字化设计系统集成开发 蓄电池数字化设计系统以现代数字化设计理论为指导，以 s o l i d w o r k s 2 0 0 7 为蓄电池数字化模型的建模器，m o l d f l o w 为蓄电池壳 体c a e 分析器，a c c e s s 为蓄电池数字化模型的数据库管理工具，以 v b 为系统集成开发工具完成对蓄电池数字化系统的集成开发。 5 1 系统集成框架 蓄电池数字化设计系统以v b 为集成开发工具，以现有的工具软 件作为支撑，s o l i d w o r k s 完成蓄电池壳体、板栅、铅零件等的建模， m o l d f l o w 完成蓄电池壳体的注塑成型模拟，a c c e s s 完成蓄电池产品参 数数据的管理，系统集成框架见图5 一l 所示： 图5 1 蓄电池数字化设计系统集成框架 本文以蓄电池板栅为主要研究对象进行了蓄电池数字化设计系统 的开发。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 6 页 52 主要运行界面 521 输入模块 输入模块界面分两部分，一为设计输入界面，输入参数包括电池 设计容量、电池槽单格内部的高度、宽度、厚度及单片极板存量，见 图5 - 2 所示。 图5 - 2 设计输入窗口 另一输入界面为板栅的结构参数输入界面，见图5 3 所示，输入 板栅三维参数建模所需的参数，并对板耳、竖筋及横筋的截面尺寸进 行验算，验证输入尺寸是否符合板栅功能需要。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 7 页 图5 - 3 板栅3 d 建模参数输入窗u 5 22 计算模块 计算模块主要界面见图5 - 4 ：根据单片极板容量计算所需的铅膏 量，并根据板栅三维建模结果计算板栅的空余体积、板栅重量、超涂 厚度、o 因子及y n 子。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 8 页 图5 - 4 板栅设计评价参数计算窗l _ 523 参数化建模界面 参数化建模通过应用程序驱动= 维建模软件s o l i d w o r k s 完成。 5 24 板栅设计评价界面 板栅建模完成后，板栅结构参数及板栅评价参数在“设计结果” 界而显示，见圈5 - 5 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 9 页 图5 - 5 设计结果窗口 其中超涂厚度、n 因子、y 因子用红色字体突出显示。超涂厚度用来 评价板栅设计的涂板工艺合理性，理想值在0 一o2 m m 范围，这样涂 出的极板可保证较好的重量和厚度的一致性。a 因子可间接评价电池 的重量比能量及经济性，n 园子值越低，电池的重量比能量越高，成 本越低。y 因子用来评价电池的大电流放电性能，y 园子越小，电池 在大电流放电性能越好。 5 3 关键代码 5 31 扳栅三维建模 p r i v a t es u bb u t o n l c l i c k ( 时y a ls e n d e rk ss y s t e o b j e c t ，b y v a lea 吕 s y s t e me v e n t a r g s ) h a n d l e se u t t o n l c l i c k 以下声明相关对象及定义变量 d i ms w a p pk ss l d w o r k ss l d w o r k s d i mf i l e e r r o ra sl o n g d i mf l l e w a r n i n ga sl o n g d i mp a r tk so b j e c t 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 0 页 d i mw ，h ，t ，l w ，l o ，l h ，l a ，f w ，u f o ，u f l ，f a ，v r w ，v r w 2 ，v r h ，v r o ， v l ，h l l ，h l 2 ，h r l w ，h r i w i ，h r l w 2 ，h r l h l ，h r l h 2 ，h r i o ，h r 2 w ，i i r 2 w i ，h r 2 w 2 ， h r 2 h 1 ，h r 2 h 2 ，h r 2 0 ，h r b ，v r b ，d 1 ，d 2 ，d 3a sd o u b l e d i m i n ，v n ，n 1 ，n 2a si n t e g e r d i ms t r f il e n a m ea ss t r i n g 以下激活s o li d w o r k s 并打开板栅模型文件 s t r f il e n a m e = ”d ：g r i d s l d p r t ” s w a p p = c r e a t e o b j e c t ( ”s l d w o r k s a p p l i c a t i o n ) s w a p p v i s i b l e = t r u e p a r t = s w a p p o p e n d o c 6 ( s t r f il e n a m e ，l ，0 ，f il e e r r o r ， f il e w a r n i n g ) p a r t = s w a p p a c ti v a t e d o c ( ”g r i d ”) s t r f il e n a m e = ” g r i d s l d p r t 以下提取板栅变量参数并计算相关参数 i i ：t e x t b o x l t e x t w ：t e x t b o x 2 t e x t l h = t e x t b o x 3 t e x t l o = t e x t b o x 4 t e x t u f o = t e x t b o x 5 t e x t t = t e x t b o x 6 t e x t l w = t e x t b o x 7 t e x t l a = t e x t l 3 0 x 8 t e x t f w = t e x t b o x 9 t e x t v n = t e x t b o x1 0 t e x t v r w = t e x t b o x l l t e x t v r w 2 = t e x t b o x1 2 t e x t v p h i ：t e x t b o x l 3 t e x t i i n = t e x t b o x l 4 t e x t h r l w = t e x t b o x l 5 t e x t h r l w l = t e x t b o x l 6 t e x t h r l w 2 = t e x t b o x l 7 t e x t 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 1 页 h r l h l = t e x t b o x l 8 t e x t h r l h 2 = t e x t b o x l 9 t e x t n 1 = i n t ( 哪2 + 0 5 ) n 2 = i n n l f a = l a u f l = w 一3 h r 2 w = h r i w h r 2 w 1 = h r l w 2 h r 2 w 2 = h r l w l h r 2 h i = h r l h 2 h r 2 h 2 = h r l h l h r b = w 2 v r b = h 2 竖筋间距 v r o = ( w 一2