维普资讯 http://www.cqvip.com 模具工业２００７年第３３卷第５期 基于ＣＡＥ技术的汽车前保险杠 成型工艺优化研究 徐振宇，高 斌，吴百中 （温州职业技术学院，浙江温州 ３２５０３５） 摘要：介绍了利用ＣＡＥ技术优化汽车保险杠的浇口设置。在优化方案的基础上。结合经验设计冷却系 统。通过正交试验的方式确定保险杠成型工艺参数对翘曲变形的影响程度。得出最佳的工艺参数组合。 用以指导生产实践。 关键词：前保险杠；成型工艺参数；翘曲；注射模 中图分类号： ２０．６６２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—２１６８（２ｏ０７）０５—００５０－０４ ＣＡＥ．ｂａｓｅｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｒｏｎｔ ｂｕｍｐｅｒ ＸＵ Ｚｈｅｎ－ｙｕ，ＧＡ（）＿Ｂ ，ＷＵ Ｂａｉ－ｚｈｏｎｇ （Ｗｅｎｚｈｏｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅ星９ｅ，Ｗｅｎｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊ￣ａｎｇ ３２５０３５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： ｌｅ ｇａｔｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎ＇ｕｌｉｅｃｔｉｏｎ ｍｏｕｌｄ ｆｏｒ ａｎ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｂｕｍｐｅｒ ｗａｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＣＡＥ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇＹ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｐｌａｎｎｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｉｔ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ． ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏ函ｃａｌ ｐａｍｍｅ￣ｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｂｕｍｐｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｗａｒｐａｇｅ ｄｅｇｒｅｅ ｗｏｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｗａｙ ｏｆ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ＷａＳ Ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒｏｎｔ ｂｕｍｐｅｒ；ｐａｒａｍｅｔｒｓ ｏｆｏ ｉｎｊｅｃｔ．ｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ；ｗａｒｐａｇｅ；ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｕｌｄ １引言 某越野车前保险杠如图１所示，其外形尺寸为 １８００ｒｒｍｘ６００ｒｒｍｘ４００ｒｒｍ。塑件壁厚为３ｍ 材质 为ＰＰ（ＷＰＰｌＯ￣２）２ＮＡ）加１０％的纤维填料 便于有限元网格划分。然后将其另存为ＳＩＬ格式文 件，利用专业的网格处理软件Ｈａｒｍｍｅｓｈ对其进行 有限元网格划分及网格修补，参考单元边长为５ ｒｒｌＴｌｏ保险杠外形尺寸相对于其厚度非常大，可假设 其理想的壁厚为Ｏ，采用三角形网格划分比较合 理。将划分后的网格文件导入到分析软件ｍｐｉ中，如 图１所示，其三角形网格单元数为２７ ９０８个。 （ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ），塑件总重量超过３ ｋｇ。模具造价非常 昂贵。传统注射模是采用反复试模的方式确定浇口 尺寸及合理的成型工艺参数，其过程周期长还需对 模具进行反复修配。下面介绍先采用ＣＡＥ技术结合 经验确定浇口的位置及数量、冷却水路的布置，再 对保险杠翘曲变形有较大影响的工艺参数，采用 ＣＡＥ技术与正交试验相结合的方法对其进行优化。 ２浇口选择及冷却系统创建 ２．１前保险杠建模及有限元网格划分 利用ＣＡＤ软件Ｐ幻／Ｅ对前保险杠进行建模，在 不影响分析结果的前提下简化其边角处的结构，以 图１前保险杠有限元划分 ： １（１－９７２８７ｏ作者简介：徐振宇（ 一））．男．浙江金华人讲师．主要从事模 。男。浙江金华人讲师。主要从事模 具ＣＡＤ／ｃ ，ｃＡＥ研究Ｉ地址；浙江温州茶山高教园区温州职业 技术学院机械系，（电话）０５７７—８６６￣２３７，（电子信箱） 娜 一，２．２浇口选择 厶ｚ况ｕ 佯 对于如此大尺寸的塑件，采用单浇口一般很难 填充成型。依据生产大型塑件积累的经验，浇口位 ｕ７７＠￣．ｏ ｎ。 维普资讯 http://www.cqvip.com 模具工业２００７年第３３卷第５期 置可在Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ，Ｇ、Ｈ、Ｉ处（共９处）设臣如图２所 图２前保险杠可供选择的浇口位置 浇口设置方案有４种情况：①Ｄ、Ｇ处；②Ｂ、Ｃ、 Ｈ、Ｉ处；③Ａ、Ｅ、Ｆ处；④Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｈ、Ｉ、Ｇ处。首先利用 ｍｐｉ软件中的浇口选择模块分析这几种浇口设置方 案能否注满型腔。再建立浇注系统（采用热流道）， 流道直径取声ｌ６ ｒｌｒ￣ｉ采用自然冷却的方式（先不建 立冷却水道）。最大锁模力设定为６５０００ ｋＮ，ＰＰ塑 料熔融温度为２３０℃，模温设定为５０℃。填充控制、 保压及冷却都选择自动设置，注塑机开模行程最大 ｌ ５００ＩＴｌｎ￣螺杆直径声８５ｎｌｎ。表１为４种浇口设置方 案的型腔填充情况。 表１不同浇口设置方案的型腔填充情况 方 型腔 熔接痕位置 气穴位置 缩痕深度 案 填充程度 ／ｍｍ ① 未填充完 ② 填充完成 中部 中部 ０．２４６ ３ ③ 填充完成 左右对称 左右对称（不明显） Ｏ．１５７４ ④ 填充完成 中部 中部 Ｏ．１８５ ２ 前保险杠需要能够承受一定的冲击强度，其熔 接痕及气穴的分布位置对保险杠质量影响较大。方 案②及方案④产生的熔接痕位于保险杠中部，且连 成一线，位置如图３所示，气穴分布也如此，使保险 杠受冲击时中部容易断裂。方案③产生的组合熔接 痕及气穴分布都在两侧，如图４所示，该处熔接痕 对保险杠质量影响不大，且缩痕不明显。现采用方 案③三浇口组合布置的方案，根据以往经验建立冷 却系统。设定冷却水管直径为ｋ２０ ｒａｒ￣冷却水温为 ２ｏ℃。将浇口设置为普通锥形浇口，小端直径为声６ 盯 如图５所示。 ３基于正交试验的成型工艺参数优化 ３．１影响保险杠质量的主要工艺参数 影响保险杠翘曲变形的主要因素有以下几个 方面：①塑料及模具材料；②塑件结构、模具结构、 ５１ 图３方案②④熔接痕分布 图４方案③熔接痕分布 图５浇注系统及冷却系统建立 模具强度、加工精度和表面粗糙度；③成型工艺条 件。①、②两个因素不在考虑范围内，将其假设为理 想情况。根据经验，对塑件质量影响较大的工艺参 数主要有注射温度Ｔ。、模具温度了、２、注射时间ｔ。、保 压时间ｔ ｚ、冷却时间ｔ 注射压力Ｐ－、保压压力Ｐ 锁模力Ｆ。其中注射压力在模拟分析中可以自动得 到，应在注塑机参数范围之内，保压压力一般设置为 注射压力的８ｏ％，锁模力与注射压力有关，根据所 采用注塑机的情况，最大锁模力为６５ ０００ ｋＮ。 ３．２正交试验方案与仿真试验 经分析，主要应研究注射温度Ｔ。、模具温度丁 注射时间ｔ。、保压时间ｔ 冷却时间ｔ，这５个工艺参 数对塑件翘曲变形的影响。采用正交试验的方法确 定这个５个参数对翘曲变形的影响程度大小以及合 理的工艺参数组合。 维普资讯 http://www.cqvip.com ５２ 模具工业２００７年第３３卷第５期 试验顺序如图６所示。在该试验中，选定试验 指标为保险杠的翘曲变形量，设计变量为注射温度 确定独立变量及各变量水平 Ｔ，、模具温度Ｔ：、注射时间ｔ，、保压时间￡ 冷却时间 ｔ知试验约束条件为在保证型腔注满的条件下，注射 压力小于２００ＭＰａ，锁模力小于等于６５ ０００ ｋＮ。 在正交试验中，将注射温度Ｔ，、模具温度Ｔ 注 射时间ｔ，、保压时间ｔ：、冷却时间ｔ 简称为因素Ａ、 Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ，并假设各因素之间不存在交互作用。在 各因素的取值范围内（依据经验及模拟分析，确定每 个因素取值范围），每个因素均匀地取５个水平，如 表２所示。 用Ｌ２５（６５）正交表，取前５列，按照表２设置的 Ｉ Ｉ设定正交试验矩阵Ｉ Ｉ Ｉ基于ｃＡＥ矩阵模拟试验ｌ Ｉ 定各参数对翘曲变形影响程度 Ｉ 确定合理的工艺参数组合 图６试验顺序图 参数作模拟试验得到考核指标△ 即翘曲量），得 到相应的正交表表３。 表２正交试验因素及水平 因素 水平 ｌ ２ ３ ４ ５ （注射温度） ／℃ ２ｌ０ ２２０ ２３０ ２４０ ２５０ （模具温度） ｃ（注射时问） Ｄ（保压时问） ℃ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ 冷却时问） ｔ３／ｓ ４０ ６０ ８０ ｌ００ ｌ２０ ｈ／ｓ ４ ５ ６ ７ ８ ｔ２／ｓ ５ ｌ０ ｌ５ ２０ ２５ 表３模拟试验方案与结果 序 号 ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｌ０ Ｉｌ ｌ２ １３ ｌ４ ｌ ５ ｌ６ ｌ７ ｌ８ ｌ９ ２０ ２ｌ ２２ ２３ ２４ ２５ 因素 Ａ ／℃ ２ｌ０ ２ｌ０ ２ｌ０ ２ｌ０ ２ｌ０ ２２０ ２２０ ２２０ ２２０ ２２０ ２３０ ２３０ ２３０ ２３０ ２３０ ２４０ ２４０ ２４０ ２４０ ２４０ ２５０ ２５０ ２５０ ２５０ ２５０ 各参数不同水平下试验结果均值的最大值和最 Ｚ ｔ３｝ｓ ４０ ６０ ８０ ｌ００ ｌ２０ ｌ００ ｌ２０ ４０ ６０ ８０ ６０ ８０ ｌ００ １２０ ４０ ｌ２０ ４０ ６０ ８０ ｌ００ ８０ ｌ００ Ｉ２０ ４０ ６０ Ｃ ／℃ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ Ｄ ｔ４ｓ ５ ｌ０ ｌ５ ２０ ２５ ｌ５ ２０ ２５ ５ ｌ０ ２５ ５ ｌ０ ｌ ５ ２０ ｌ０ ｌ５ ２０ ２５ ５ ２０ ２５ ５ ｌ０ ｌ５ ｈ／ｓ ４ ５ ６ ７ ８ ５ ６ ７ ８ ４ ６ ７ ８ ４ ５ ７ ８ ４ ５ ６ ８ ４ ５ ６ ７ ／ｍｍ ３０．４５ ｌ６．５８ ｌ２．４２ Ｉ１．６６ ｌ６．３３ 小值之差称为“级差”，如表４中的Ｒ值，若该值大， 改变因素的水平会引起指标发生较大的变化，即该 表４工艺参数对翘曲变形量的影响数据分析 因素 ・ Ｃ ８７．４５ ７２．２５ ６８．７６ ８０．９５ ８２．７６ ７４．５９ ７７．５４ ８２．５ｌ ８３－３３ ｌ６．５５ ｌ４．９２ Ｄ ｌ０６．４ｌ ８２．２ ７５．９ ６９．９５ ７５．７４ ２１．２８ ｌ６．４４ Ｉｌ３．３７ ８７．４９ ８２．０６ ７５．２ ６４．０８ ８６－３５ ２２．６７ ｌ６．４ｌ ８１．８５ ７３．１ ７８．１６ ８０．１３ ｌ７．５０ ｌ６．３７ ｌ４．０４ ｌ２．０４ ｌ３．０３ ｌ２．５７ ２０．５７ ｌ３．０４ ｌ２．０７ ９．５７ ｌ７．５４ ｌ６．５４ Ｉ１．６６ 七２ １４．４５ Ｋ５ 七Ｉ Ｋ２ Ｋ３ ９１ ３３ ｌ７．４９ 岛 七４ ｌ３．７５ ｌ６．１９ ｌ８．２７ ｌ５．５ｌ ｌ６．５０ ｌ６．６７ ｌ５．０４ ｌ２－８２ ｌ７．２７ ｌ４．６２ ｌ５．６３ ｌ６．０３ ｌ５．Ｉ８ ｌ３．９９ ｌ ５．１ ５ ｌ３．４４ ２４．３５ ｌ７．２７ ｌ４－２３ ｌ３．５７ ２０．４６ ｌ８．１７ ２３．４７ ｌ５．６６ ４．５２ １．７５ ９．８ ２．８８ ７．２９ 影响程度排序 ３ ５ １ ４ ２ 注：Ｋｌ＝ ｌ＋ ２＋ｙ１．３＋ ４＋ 是指第ｉ个因素第 水平的目标函数值，即塑件翘曲 变形量△Ｚ，Ｒ是指级差。 ｋＩ＿＝ＫＩ／５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 模具工业２００７年第３３卷第５期 ５３ 限幅绝缘盖板注射模设计 王宏斌 （郑州航天电子技术有限公司，河南驻马店４６３０００） 摘要：通过对限幅绝缘盖板的工艺分析，确定了开放型腔、滑块脱模的模具结构。模具构思巧妙，结构简 单，成功地解决了塑件成型及顺利脱模的问题，大大降低了模具成本，缩短了研制周期。 关键词：注射模；滑块；分型面；型腔；脱模机构 中图分类号：１ １３２０．６６２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：ｉ００１—２１６８（２００７）０５—００５３一ｃＩ４ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｕｌｄ ｆｏｒ ｓｌｉｃｉｎｇ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｖｅｒ ｐｌａｔｅ Ⅵ ＮＧ Ｈｏｎｇ－ｂｉｎ （Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｉｄ，Ｚｈｕｍａｄｉａｎ，Ｈｅｎａｎ ４６３００ｏ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｕｌｄ ｗｉｔｈ ｏｐｅｎ－ｔｙｐｅ ｃａｖｉｔｙ ａｎｄ ｓｌｉｄｅ ｂｌｏｃｋ ｔｙｐｅ ｏｆ ｅｊｅｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏＩｅｄ ａｆｔｅｒ ａｎ ａｎａｌｐｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａ ｓｌｉｃｉｎｇ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｖｅｒ ｐｌａｔｅ． ｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｕｌｄ ｍｅｅｔＳ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｓｈａｐｉｎｇ ａｎｄ ｅｊｅｃｔｉｎｇ ｓｍｏｏｔｈｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｕｌｄ；ｓｌｉｄｅ ｂｌｏｃｋ；ｐａｒｔｉｎｇ ｌｉｎｅ；ｃａｖｉｔｙ；ｅｊｅｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ １塑件工艺分析 大下小；③存在与侧抽芯相交叉的孔，不但数量较 多，而且必须保证孔孔相通，不允许产生飞边；④对 孔的形位公差有较高的位置度要求；⑤塑件的表面 图１为某限幅电连接器中的绝缘盖板，塑件材 料为２０％－－３０％玻纤增强ＰＣ。从图１中可以看出， 塑件结构复杂，主要有以下几个特点：①外形极不 规则，多筋槽；②塑件外形上小下大，而内孔孔径上 收稿日期：２００６ｍ ０ｒ７—２８。 作者简介：王宏斌（１９６９－），男，河南驻马店人，高级工程师，主 要从事模具设计及加工工艺设计工作，地址：河南省驻马店市 粗糙度要求较高，尺寸要求严，表面不允许有气孔、 １２０信箱，（电话）１３５２５３３０１ （电子信箱）ｗａｎ ）８（囝１２６．ｃｏｒｒｌｏ 熔接痕、翘曲等缺陷。根据以上分析，模具在设计中 应注意以下几个问题：①外形如何成型，型腔采用何 种结构；②分型面的确定，如何保证顺利脱模；③３１ 个ｌｔＳ：￣ｒｒｌｒｌ￣１．２｛８＝瞎ｎｌｎ＇矩形孔的成型及其与３１个 ≠Ｉ．９＋８：￣ｎｉｎ孔如何相接；④浇口位置的合理选定。 因素对指标的影响大，反之，影响就小。 叫ｌＩ．临 ■ 藩由表５可知，这５个工艺参数中对翘曲变形影 响大小分别是注射时间ｔ ＞冷却时间￡，＞注射温 度Ｔ，＞保压时间ｔ：＞模具温度Ｔ 根据以上正交 试验结果，最佳注射工艺参数组合应该是： Ａ３Ｂ２Ｃ４Ｄ３Ｅ４，即设置注射温度为２３０℃，模具温度 为５０℃，注射时间为７ｓ，保压时间为１５ Ｓ，冷却时间 为１００ Ｓ。经过迭代计算，翘曲变形结果如图７所示， 分析可知最大翘曲变形量为１０．０ ５ｒｒｍｏ保险杠在注 射完成后外面还要涂装，然后装配在车身上，装配 的时候可以校正部分翘曲变形，１Ｏ．５０ ｎｌＴｌ的翘曲变 形量属于可校正范围内。 图７保险杠的翘曲变形分析 ４结束语 利用Ｑ 软件，结合正交试验得出的优化注射 工艺参数指导生产，实际注射成型的保险杠涂装后 翘曲变形量为１Ｏ ｍｍ左右，与试验结果相近，说明分 析试验取得了较好的效果。