汽车薄壳注塑件翘曲变形及控制技术研究毕业论文(编辑修改稿)

汽车薄壳注塑件翘曲变形及控制技术研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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]。 2020 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]。 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。 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 6 2 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。 塑料是一种以树脂为主要成分，加入各种能够改善其加工及使用性能的添加剂，在特定温度、压力等 条件的作用下，能够制成设计要求的形状，并可在常温、常压下保持此形状的一类高分子材料。 塑料一般在常温下是玻璃态，若加热则变为高弹态，进而变为粘流态，此时具有优良的可塑性。 在塑料成形过程中，除极少数几种工艺外，均要求塑料处于粘流态。 塑料组成及分类 塑料的组成 树脂是塑料的主要成分，它决定着塑料的基本性能。 树脂按其来源可分为天然树脂和合成脂。 天然树脂来自大自然，如蛋白质和琥珀等。 合成树脂的种类繁多，但塑料工业经常使用的树脂主要有几十种。 除树脂外，绝大部分的塑料中还需加入各种添加剂以改善其 加工及使用性能。 常用的添加剂种类有增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、阻燃剂、填料及发泡剂等。 树脂是高分子化合物，其分子由无数个单 体构成，这些单体单元称为链节。 树脂的一个分子中可以包含数百、数千 甚至数十万个链节，因此树脂的相对分子质量 （ 即分子量 ） 可以由数万、数十万到数百万。 塑料的种类很多，尚未有明确的分类标准。 目前常用的分类方法是按塑料材料受热后的性能表现不同，分为热塑性塑料和热固性塑料，其中热塑性塑料发展最快、产量最多、用途最广。 塑料的分类 塑料目前尚无确切的分类，一般分类如下： （ 1） 按塑 料的物理化学性能分 ： 热塑性塑料：在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。 如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料。 热固性塑料：因受热或其它条件能固化成不熔不溶性物料的塑料。 如酚醛塑料、环氧塑料等。 （ 2） 按塑料 的 用选分 ： 通用塑料： 一 般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。 如聚乙烯、聚丙烯、Abstract 7 聚氯乙烯等。 工程塑料： 一 般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。 如 ABS（ 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 ） 、尼龙、聚矾等。 特种塑料： 一 般指具有 特种功能（如耐热、自润滑等），应用于特殊要求的塑料。 如氟塑料、有机硅等。 （ 3） 按塑料成型方法分 ： 模压塑料：供模压用的树脂混合料。 如一般热固性塑料。 层压塑料：指浸有树脂的纤维织物，可经叠合、热压结合而成为整体材料。 注射、挤出和吹塑塑料： 一 般指能在料筒温度下熔融、流动，在模具中迅速硬化的树脂混合 塑料。 如一般热塑性塑料。 浇铸塑料：能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料。 反应注射模塑料：一般指液态原材料，加压注入模腔内，使其反应固化制得成品。 如聚氨脂类。 （ 4） 按塑 料半制品和制品分 ： 模塑粉：又称塑料粉，主要由热固性树脂（如酚醛）和填料等经充分混合、按压、粉碎而得。 如酚醛塑料粉。 增强塑料：加有增强材料而某些力学性能比原树脂有较大提高的一类塑料。 泡沫塑料：整体内合有无数微孔的塑料。 薄膜：一般指厚度在 毫米以下的平整而柔软的塑料制品。 塑料的优点及应用领域 塑料的优点 不同种类的塑料具有不同的优点，综合起来可归纳如下 ： 质量轻、密度不 均匀、 比强度高 、 耐化学腐蚀能力强 、 绝缘性能好 、 光学性能好 、 具有多种防护性能 、 加工性能好、经济效益显著。 应该指 出的是，塑料也存在一些缺点，在应用中受到一定的限制。 一般塑料的刚性差、耐热性差 ， 在低温下易开裂 ， 塑料的导热系数小，这对散热而言很不利 ； 塑料易燃烧，在光和热作用下性能容易变坏，发生老化现象等。 所以，在选择塑料时要注意扬长避短。 塑料的应用领域 目前，塑料制品主要应用在以下领域 ： （ l） 包装领域塑料的最大消费市场是包装，在发达国家塑料制品的消费总量中，包装材料占 1/4 以上。 （ 2） 建筑领域由于塑料材料的综合性能和节能效果较好，塑料在建筑领域中具有广泛的应用，如塑料门窗、塑料内外墙装饰材料等的大量使 用。 大学本科毕业论文 8 （ 3） 电子电器领域随着计算机、光学复印机和其他商用办公设备及电子产品的设计迅速向短、小、轻、薄 的 方向发展，塑料在电子电器工业领域的应用量也越来越大。 （ 4） 汽车领域汽车生产厂家对减轻汽车车体重量的迫切要求，促进了塑料在汽车领域中的应用。 目前，高强度、质量轻的塑料制品正广泛应用在交通运输领域中。 （ 5） 医疗卫生领域医用塑料制品己成为塑料材料向高技术、高附加值发展的一个主要方向，并在生物和医学工程研究领域中发展成为一门相当重要的边缘学科。 比如人造骨和人造肺等的应用。 （ 6） 农业领域新型地膜、功能性农膜和可 降解薄膜等已成为当今农业领域中新的研究、应用趋势。 塑料在生活用品、文体用品和化工等领域也有很大应用。 现在，塑料正在迅速进入国防、宇航、海洋开发和信息产业等技术领域，并逐渐向其他领域拓宽。 注塑成型就是利用塑料的可挤压性和可模塑性，首先将松散的粒料或粉状成型物料从注塑机的料斗中送入高温的料筒内加热熔融塑化，使之成为粘液态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入闭合的模具中，经过保压冷却定型后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑件。 主要工艺参数 注射压力 注射压力是指注射时螺杆或柱塞头部作用于熔体上的压力。 注射速度 注射速度是指螺杆在注射时的移动速度，其单位为 cm/s。 除注射速度外，还可以用注射速率、注射时间等来表示。 熔料温度 熔料温度 （ 料温 ） 指塑化塑料的温度和从喷嘴射出的熔体温度，前者称为塑化温度，后者称为熔体温度。 模 具温度 模具温度是指与制品接触的模具型腔表面的温度。 保压压力 保压压力是指对型腔内塑料熔体进行压实以及维持向型腔内进行补料流动所需要的压力。 保压时间 保压时间是指保压压力持续作用的时间。 冷却时间 冷却时间指保压结束到开启模具所经历的时间。 工艺参数对注塑成型的影响 注塑制品的变形影响产品的最终形状和尺寸精度。 产品变形的根本原因是收缩不均匀，而影响收缩的因素主要有材料的性能、冷却均匀性和工艺参数 [9]。 为了减小变形，必须了解各种工艺参数对制品变形的影响。 保压压力 保压压力对收缩 有直接的影响 ， 不同的保压压力对体积收缩有不同的影响，一般 随着保压压力增加， 翘曲 变形量 先 减小 ，然后 再 增加。 这是因为较高的保压压力使充入模腔的塑料 增加，从而降低产品的收缩，减小变形 量。 Abstract 9 模具温度 模具温度对翘曲量和体积收缩的影响很小。 提高模具温度，能减少翘曲量，但是减少量很小。 充模时间 对非结晶型塑料平板变形的影响不 大，不如 保压压力、冷却时间对翘曲变形的影响那样有明显的趋势。 熔体温度 熔体温度 低，成型 过程 中残余应力大没有时间释放而引起翘曲变形 ，而 太高的熔体温度 又 容易造成树脂的降解。 所以 熔体温度高易造成体积收缩而产生变形，合适的熔体温度可以减小变形。 注射时间和模具温度 注射时间和模具温度在考察范围内对变形的影响很小。 注射时间短，塑料充模速度快，从而变形小，模具温度提高，可降低残余应力和体积 收缩率，但是这两个因素对变形的影响不显著。 保压时间 保压时间对非结晶型塑料平板的翘曲变形影响很小， 由于保压时间长时收缩率小，所以 随着保压时间的增加，平板的变形逐渐减少，直至基本保持不变。 注塑机是进行注塑成型的必备条件之一，注塑机按塑料在料筒中的塑化方式分为螺杆式和柱塞式两种。 但按其外形又可分为立式、卧式和直角式三种，目前较为常用的是卧式螺杆注塑机。 注塑机由注塑系统、锁模装置和液压传动与电器控制系统组成。 模具 是为了将塑料原料成型成某种形状而用来承接射出塑料熔体的部件。 模具虽不是注塑机的。