第一章绪论
1.1我国模具工业的发展现状
模具工业在现代的工业产品中有着举足轻重的地位，据统计有60%-90%的工业产品是使用模具加工的，模具工业已成为工业发展的支柱。模具可以加工注塑件、橡胶件、压铸件、饭金件和铸件等，是重要的生产工艺装备。尤其是汽车行业对模具的依赖最为突出。自改革开放以来，我国的工业生产得到了突飞猛进的发展，同时模具工业的发展也是非常的迅速。经济的快速发展对模具的质量和制造技术要求也越来越高，同时也为我国模具工业的发展提供强有力的推动力。进年来，我国的工业产品对模具的需求量一直保持15%的增长率，模具的工业的发展可谓是日新月异，目前全国共有17000多个模具生产厂，从事模具行业的人数超过50万人，据统计，我国模具工业的总产值中，50%为冲压模具，33%为塑料模具，6%为压铸模具，约n%为其它各类模具。随着汽车、摩托车、家用电器、电子、通讯和建筑材料等行业的迅速发展，模具工业在国民生产中扮演着越来越重要的作用。
目前，发展速度最快的为塑料模具，塑料模具在国内模具工业产值中所占的比例不断上升。高速发展的同时对塑料模具的要求也越来越高，各种复杂的塑料模具在国内也能够开发出来。在国内塑料模具市场，注塑模的需求量最大。汽车内外饰中的仪表盘、保险杠以及格栅等塑料件绝大多数都是注塑制品，此外还有空调、洗衣机、电冰箱、电视机、电脑、塑料管、塑料门窗等都与注塑模具紧密相连。这些行业的发展对注塑模的需求也越来越大[s]。大力发展模具工业势在必行。主要表现为:
(l)模具是工业生产的基础，在机械工业中扮演着重要的角色。作为工业生产基础工艺装备的模具，已经在国民经济各产业部门中占据了重要的地位。在欧美发达国家机床工业的产值早己低于模具工业的产值。而我国在1997年机床工业的产值也被模具工业的产值所超过。
(2)模具工业在国民经济中的重要地位1989年3月，国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，在机械工业技术中模具排在第一位。1997年和2000年国家计委发布的《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和1999年7月科技部发布的《当前国家优先发展的高技术产业化重点领域指南(目录)》中，也提出了模具及与模具有关的多项高新技术及设备。
(3)模具工业是企业的“效益放大器”模具所产生的工业价值是其自身价值的上百倍，高价值的产品需要高水平的模具，所以模具是企业的效益放大器。
(4)模具工业的发展将使中小企业获得良性发展模具工业的发展为中小企业获得良性发展提供了一个必要条件，同时模具工业也是以中小企业为主，促进其高速发展。
(5)在提高我国制造业的国际竞争力方面，模具工业的发展有着不可泯灭的功劳在进一步扩大开放的过程中，我国模具工业的发展，将有利于提升我国制造业的国际竞争力。
1.2注塑成型CAE国内外研究现状分析及发展趋势
由于模具行业发展力度迅猛，在制造业中的地位日益增加。塑料成型CAE技术具有重要的实用价值，很多国家的科研机构和企业正在投入大量的人力、物力和财力进行深入的研究，CAE的研究始于20世纪40年代，随着有限元理论的逐步成熟和计算机硬件的更新升级为CAE的研究提供了强有力的动力。在二十世纪六七十年代，Copper、Ballman和Toor最先用数值方法计算出了塑料熔体在模具型腔中的流动过程，在此之后有许多研究人员对塑料熔体的一维流动进行了深入的研究。其中Dusinberre计算出了塑料熔体一维非稳态传热计算模型，而Hieher将一维流动推广到非牛顿流体的非等温流动进而得到了熔体在模具型腔中的二维流动数学模型，该模型采用有限元差分法求解阎。在此之后，Austinc和~gH.P采用了有限元分析法对冷却过程的温度场进行了计算。
到80年代后期，采用了流动路径法实现了对塑料熔体在型腔中充填过程的三维流动分析，并用有限元法和有限差分混合法对模具型腔内的温度、压力和速度进行了求解，实现了用体积控制法来确定熔体流动前沿位置。到90年代后期，成型过程中的流动、保压、冷却、应力应变及翘曲都得到了深入的研究，随后也开展了CAE与CAD/CAM集成化研究。Moldflow公司研发的系列软件为注塑成型设计和生产提供了有效的解决方法。Moldflow使用了有限元法的数值仿真技术。通过对塑件进行有限元网格的划分来分析制件的成型情况。Moldfiow中的网格是由三角形单元组成的，对于一个有限元模型来说其网格的数量越多或三角形单元尺寸越小其模拟分析的结果也就越精确。但是随着网格数量的增多计算机的计算时间也会增加。
目前Moldnow己经成为塑料模具模流分析领域的领导者，注塑成型CAE技术在国外己得到了普遍的应用，应用注塑成型CAE技术可以预测塑料熔体充入模具型腔时的流动情况，从而通过熔体流动来判断注塑件的质量。在我国塑料模具目前的设计与制造主要依赖设计人员和工艺人员的经验，设计缺乏科学性。塑件的质量得不到保证，模具的设计和制造周期也比较长，同时模具的设计成本也会随之提高。而采用CAE技术可以提高塑料模具的设计制造水平及塑件的质量。国内开展塑料成型数值模拟研究起步较晚，对于注塑成型CAE的应用主要是依赖国外的CAE系统和设备自主的知识产权很少。所以国内的注塑成型CAE技术急需研究和开发，目前华中科技大学自行开发了HSCAE软件，并和先前开发的HSCAD软件集成，己经成为国内一套比较成熟的注塑成型CAE软件。其次就是华中理工大学模具技术国家重点实验室自主开发了国内第一个注塑CAD/CAE/CAM集成系统HSCZ.0。北京华正模具研究所与美国Ac-Tech公司在目前国际上注塑成型CAE技术最新成果的基础上一起开发了注塑成型的中文辅助软件CAXA-IPD。
第二章B柱下护板分析优化的基础知识
2.1注塑成型过程
在注塑成型生产中，固体状态的塑料经过加热变成熔融状态，在很短的时间内，以较高的剪切速率充入模具行腔。随后便冷却固化，最终开模取件。其详细的注塑过程可分为以下个阶段。
1)塑化阶段:塑化是指塑料在料筒内经加热达到良好塑性的流动状态的全过程。因此可以说塑化是将固态的塑料加热达到具有良好流动性的熔融态，即注塑成型的准备过程。熔体的温度应控制在该材料规定的成型范围之内，最好在规定时间内充满型腔。
2)充填阶段:高分子塑料熔融液化于电热器热能高温中，射出螺杆前进将熔胶推进射出。料筒中的塑料熔体在注塑压力下由喷嘴射入，并流经主流道、浇口进而进入模腔，完成其充填阶段。
3)保压阶段:在充填阶段完成后，因为塑件冷却收缩必然导致填充不足，所以此时的熔体仍然保持高压状态，目的是补充不足的材料。
4)冷却阶段:产品持续冷却，成型固化后，利用顶出装置，将产品退出模穴。射出成型基本上是一个非稳态之周期程序，冷却阶段其实自熔体进入模具型腔起就开始冷却，填充阶段完成后冷却速度加快，当达到产品的顶出温度时，利用顶出装置将产品从模具中取出。
第三章 基于Moldflow的B柱下护................... 27-37
3.1 新建一个项目................... 27
3.2 导入CAD模型................... 27-29
3.3 有限元网格的划分................... 29-34
3.4 设定模拟条件................... 34-36
3.4.1 选择分析类型 ...................34-35
3.4.2 选择成型材料................... 35-36
3.4.3 设置工艺参数 ...................36
3.5 本章小结 ...................36-37
第四章 基于Moldflow B柱下护板注塑成................... 37-66
4.1 浇注系统的优化设计 ...................38-49
4.2 模具温度参数分析................... 49-53
4.3 熔体温度参数分析 ...................53-58
4.4 注射压力参数优化分析................... 58-62
4.5 保压压力变化分析................... 62-65
4.6 本章小结................... 65-66
第五章 B柱下护板模具的优化设计................... 66-78
5.1 模具设计前分析 ...................66-68
5.2 B柱下护板模具的初步设计................... 68-73
5.3 模架及其他部件的选用设定 ...................73-76
5.4 模具的优化................... 76-77
5.5 本章小结 ...................77-78
结论
1.根据设计的图纸，运用UG对B柱下护板准确建模，利用Moldflow对其进行网格划分，并进行局部处理(主要是圆角处的处理)和一系列的修复，最终得到了符合要求的网格模型。网格的划分在仿真模拟的前处理中非常重要，对于B柱下护板类制件都有一个共同的特点那就是存在的圆角比较多，对于圆角处的三角形单元要利用手动修复工具进行仔细的修改，将圆弧面用大量很小的平面来过渡。
2.利用有限元分析方法通过Moldflow软件对轿车B柱下护板注塑成型过程进行了仿真模拟，得出了如下结论:
1)通过Moldnow对B柱下护板成型过程的模拟得到了最佳的浇注系统，对于其他轿车的B柱下护板来说其结构特点与本文的B柱下护板大同小异(制件大而薄)，在设计其浇注系统时要考虑充填能不能充分均匀，流道是否平衡。通过本文的研究得出对于B柱下护板类制件一模两腔浇口的位置要设置在靠近大端部，这样才能保证流道的平衡性。而主流道的入口直径为25mm;拔模角为。;横浇道的直径取20mm;侧浇口入口直径取巧~;而主流道、横浇道的长度要根据模具的具体情况而定。
2)通过Moldnow对B柱下护板成型过程的模拟得到了最佳注塑工艺方案，对于轿车B柱下护板材料的选用各种轿车所用的材料也是大同小异，而对于同一品牌的轿车其B柱下护板的材料基本是一样的。通过本文的研究应用同种材料的B柱下护板在其注塑过程中模具表面温度取25℃;熔体温度取225℃;注射压力取61.26MPa;保压压力取49.o1MPa;保压时间取105为最佳的工艺参数。而注塑机的选用依据为:最大注塑机锁模力:7.0002E+03tolme;最大注射压力:1.8000E+02MPa;最大注塑机注塑率:5.0000E 03cm3/s;注塑机液压响应时间:1.o000E-025。该最佳注塑方案对于材料性能相似的其他B柱下护板注塑方案的设定也有重要的指导价值。
3.设计了B柱下护板的凸凹模，滑块和侧向抽芯并根据模拟分析所得的最佳浇注系统优化了模具的设计。将模拟所得的最佳浇注系统应用于模具设计中的方法适用于所有B柱下护板类制件，同时在模具设计的过程中对分型线、分型面的分析设计，对用于成型倒扣的侧向抽芯的设计及固定方式，对滑块的设计以及对凸凹模的设计方法都适用于所有B柱下护板类制件注塑模具的设计。
4.将模具的设计方案应用到实际的模具制造中，加工出了B柱下护板的模具。最后根据模拟所得的注塑机参数选择合适的注塑机并且以最佳工艺参数为依据注塑成型了B柱下护板，所得的制件符合质量和安装的要求。通过实际应用说明了论文研究所得的最佳注塑方案和模具设计方案具有很好的实用性。同时该课题的研究也为生产厂家提供了运用Moldnow软件对复杂零件进行注塑分析的思路。
参考文献
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