汽车前端框架上支架结构轻量化及其注塑成型工艺参数优化研究

随着汽车工业的日益发展，燃油车尾气的排放对环境污染也是愈来愈严重，这就需要研究和发展新的能源产品来解决这一问题，其中轻量化技术用塑料件代替钢制件是一种很好的途径。目前CAE注塑技术虽然得到了快速的发展，但是塑料件在注塑的过程中仍然会出现各种质量缺陷，比如有体积收缩和翘曲等，而工艺参数对注塑成型的质量有着重要的影响，因此，通过调整注塑成型工艺参数能够改善产品的注塑品质。汽车前端框架上支架作为本文的研究对象，基于CATIA和HyperMesh软件建立上支架的初始有限元模型，利用折衷规划法进行拓扑优化;基于Moldflow软件对最佳浇口进行研究和注塑模拟，利用正交实验、灰色关联度法、响应面模型法和遗传算法对上支架的注塑成型工艺参数进行优化，得到一组最佳工艺参数，且试验验证了设计优化的可行性。本研究为汽车行业以塑代钢产品的设计提供了方法,丰富了制件成型工艺参数优化的内涵。本文主要研究内容如下:(1)完成了汽车前端框架上支架轻量化设计。利用HyperMesh建立有限元模型，通过定义各个工况的载荷来进行单目标拓扑优化,确定各个工况的权重值，采用折衷规划法建立数学模型进行多目标拓扑优化，依据优化结果并结合实际注塑制造设计出最终的制件。(2)设计了汽车前端框架上支架四种浇口方案。利用注塑成型过程模拟仿真方法确定了最佳浇口，设计并验证了上支架的浇注系统。(3)设计并完成了汽车前端框架上支架的正交试验和成型工艺参数优化。以模具温度、熔体温度、保压压力和保压时间为水平因素，以体积收缩率和翘曲变形量为评价指标，建立并完成了4因素5水平的25组成型工艺参数试验，基于软件进行了注塑过程模拟。利用极差和方差对结果进行了分析，并结合灰色关联度法对制件进行了多目标注塑成型工艺参数优化，得到了最佳工艺参数和各个因素对评价指标的影响程度。(4)以关键影响因素建立了评价指标的二阶响应面模型，利用方差分析和F值验证了模型的准确性，并结合遗传算法对模型进行了多目标优化，得到了制件最佳注塑成型工艺参数。(5)将设计优化完成的汽车前端框架上支架进行了实物注塑和力学性能试验，得到各个试验结果都在合格范围之内。验证了本文所建立的数学模型、注塑成型工艺参数优化方法的可行性。