基于MOLDFLOW橡胶风挡注射成型工艺参数优化研究

发布时间：2020-04-06 20:38

【摘要】：高铁动车外风挡是列车上的主要部件,由于体积大、形状复杂、质量要求高,如果采用模压成型的生产方式,存在成型效率低、质量不稳定和操作强度大等问题,所以采用注射成型的生产方式。由于外风挡注射量大、壁薄,在注射成型后容易出现各种缺陷,因此对外风挡进行注射成型工艺参数优化的研究是非常必要的。本文以高铁动车外风挡为研究对象,进行注射成型工艺参数优化。首先利用PRO/E软件对高铁动车外风挡建模,用MOLDFLOW软件模拟三元乙丙橡胶胶料在型腔内的流动情况,选取5种注射方案进行仿真,优选出最佳注射方案,然后通过正交试验和BP神经网络遗传算法对顶出时的体积收缩率和缩痕指数进行优化,最终得到最佳注射工艺参数组合,并用MOLDFLOW软件进行仿真验证,得到优化后的顶出时的体积收缩率和缩痕指数。本文的主要研究内容如下:(1)通过阅读国内外大量的相关文献资料,对高铁动车外风挡、注射成型技术的CAE和注射成型工艺优化算法的研究现状进行了总结。对影响高铁动车外风挡质量问题的主要工艺参数进行了分析,并介绍了高铁动车外风挡的体积收缩和缩痕产生的机理、影响因素和解决措施进行了分析。(2)利用PRO/E软件对外风挡建模,先设计5种注射方案,使用MOLDFLOW对橡胶外风挡进行注射成型仿真,通过比较五种方案的填充时间、最大锁模力、气穴数、熔接线、注射压力以及壁上剪切应力选择了注射口数目为8的方案。(3)通过正交试验,利用MOLDFLOW软件研究了各个注射工艺参数对外风挡顶出时的体积收缩率和缩痕指数的影响。并利用极差分析、方差分析和灰色关联度分析确定了模具温度160℃,熔体温度80℃,注射时间198s,保压时间12s,保压压力100MPa为优化后的最佳工艺参数组合,在此基础上进行了仿真验证,顶出时的体积收缩率为4.533%;缩痕指数分别5.712%。(4)结合正交试验所获取数据,运用神经网络建立了注射工艺参数与质量指标之间的数学关系模型,用BP神经网络和遗传算法对外风挡顶出时的体积收缩率和缩痕指数进行优化,确定了模具温度158.0082℃、熔体温度76.3803℃、注射时间198.8881s、保压时间12.6091s、保压压力100.6631MPa为优化后的最佳工艺参数组合,在此基础上进行仿真验证,得到仿真得到的顶出时的体积收缩率为4.347%,缩痕指数为5.527%。
【图文】：

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1.2.1 高铁外风挡的类型高铁动车外风挡属于橡胶产品，主要分为三种类型：（1）半包式裙板型橡胶外风挡这种外风挡主要是将橡胶裙板安装在高铁列车车厢之间，缩短车体之间的间隔距离，用以减小高铁在运行过程中的行驶阻力。这种橡胶外风挡主要在欧洲国家应用较多，国内的 CRH1 型列车上也安装了这种橡胶外风挡。（2）半包式橡胶 U 型外风挡目前，我国国内大多数高铁应用的是这种 U 型橡胶外风挡，这种 U 型风挡安装在车体两端，实现车厢与车厢之间的圆滑过渡，降低高铁在行驶过程中的空气阻力，降低噪音。U 型外风挡目前主要应用在我国和谐号动车组上。（3）全包式外风挡我国最新研制的复兴号动车组行驶速度已经达到 350km/h，，当车体速度超过 350km/h 时，空气阻力加大不仅会影响车辆的行驶还会产生噪音影响乘客的安全舒适性。

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基于 MOLDFLOW 橡胶风挡注射成型工艺参数优化研究图，采用 PRO/E 软件建模。综合上述因素，合理设置注射口的数目和位置，为后续注射工艺参数优化做好铺垫。由于外风挡处于动车车厢的连接处，常常处于风吹日晒的工作环境，同时需要抗老化、抗撕裂等性能，三元乙丙橡胶适用温度范围广，最低使用温度-40~-60℃可长期在 130℃环境中使用。因此选取三元乙丙橡胶作为外风挡生产材料。由图 3-1 所示，高铁动车外风挡截面是 U 型结构，截面是 U 型，长度方向上有折弯，属于大型非对称橡胶制品，生产用的橡胶材料是三元乙丙橡胶，其密度为3 31.103 kg10 m ，外形尺寸为 2400×527×244mm，上端部壁厚为 20mm，下端连接处壁厚 7mm，为后续注射成型 CAE 网格的划分边长提供依据。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U266;TQ330.6

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