CN112199778B - 含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法。将设定的等壁厚的第一含板状造型的注塑零件数字模型沿厚度方向抽取注塑零件中性面，将含板状造型的注塑零件中性面网格化分区，设定含板状造型的注塑零件中性面各网格区域的网格初始壁厚，根据含板状造型的注塑零件在车辆上的连接约束要求设置约束，在网格区域内施加作用力，获得作用力下网格区域内中性面的位移，比较标准位移值，确定所述区域内壁厚的增减调整，进而得到所述区域的刚度要求的最小壁厚，按照同样的方法得出其他区域的刚度要求的最小壁厚值。本发明方法数据处理量相对较少，效率较高，最大程度的降低保险杠的壁厚，实现保险杆的轻量化，同时解决成型外观、刚度不能兼顾的问题。
Description
本发明属于注塑零件部件设计技术，具体涉及一种注塑零件壁厚的确定技术，特别是含有板状造型的注塑零件壁厚仿真技术。
背景技术
目前大部分汽车保险杠为普通壁厚，壁厚范围：t2.8～t3.2 mm，近几年部分厂家展开薄壁化设计，薄壁化的壁厚范围：t1.8～t2.8mm，薄壁化做法是通过：1.采用高流动性、高刚性材，提高树脂流动性及产品刚性，2.采用均匀壁厚设计或者局部采用渐变壁厚方式，并运用强度CAE分析软件进行验证。采用此种薄壁化设计方法存在以下问题：1.薄壁化程度较低，大部分薄壁化保险杠壁厚处于t2.2～t2.8，壁厚进一步下降空间难度大2.部分造型复杂产品薄壁化后很难达到刚度与外观兼顾的目的，保险杠薄壁化适用性大大降低。《时代汽车》2019年8月25日中记载的《汽车轻量化之保险杠》提出的就是基于均匀壁厚设计思想。
对于车辆上含板状造型的注塑零件包括塑料翼子板，塑料尾门外板，注塑的后隔板，门饰板，车门里板等均存在上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法，实现含板状造型的注塑零件的轻量化。
本发明的技术方案为：含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法，将设定的等壁厚的第一含板状造型的注塑零件数字模型沿厚度方向抽取注塑零件中性面，将含板状造型的注塑零件中性面网格化分区，设定含板状造型的注塑零件中性面各网格区域的网格初始壁厚，根据含板状造型的注塑零件在车辆上的连接约束要求设置约束，在网格区域内施加作用力，获得作用力下网格区域内中性面的位移，比较标准位移值，确定所述区域内壁厚的增减调整，进而得到所述区域的刚度要求的最小壁厚，按照同样的方法得出其他区域的刚度要求的最小壁厚值。
含有板状造型的注塑零件包括保险杠，塑料翼子板，塑料尾门外板，注塑的后隔板，门饰板，车门里板等车辆塑料零部件。
由于含有板状造型的注塑零件(保险杠等)造型复杂，如果就在构建的等壁厚的第一含板状造型的注塑零件数字模型进行3D网格划分并进行网格作用力-位移仿真，要获取理想的作用力-位移数据，需要通过多次的建模及仿真，工作效率。本发明上述抽取保险杠中性面，在含有板状造型的注塑零件(保险杠等)中性面上定义壁厚，通过网格作用力-位移仿真，可以比较快的获取理想的作用力-位移数据，提高仿真的效率。上述含有板状造型的注塑零件(保险杠等)中性面系含有板状造型的注塑零件(保险杠等)造型沿厚度方向能够体现保险杠全部造型特征的面。
进一步的优化技术特征是：所述网格区域内施加作用力包括，施加不同大小的作用力，获得一组多个作用力-位移关系。
在网格区域内进行多次不同大小作用力-位移仿真，可以获知该区域不同作用力下，注塑零件的不同的变形状态。
进一步的优化技术特征是：确定所述区域内壁厚的增减调整包括，位移值大于标准位移值，以第一设定值增加该区域壁厚，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准位移值比较，再次确定所述区域内壁厚的增减调整直至所述区域内壁厚满足标准位移值要求。
进一步的优化技术特征是：确定所述区域内壁厚的增减调整包括，位移值小于标准位移值，以第二设定值减小该区域壁厚，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准值比较，再次确定所述区域内壁厚的增减调整直至所述区域内壁厚满足标准位移值要求。
进一步的优化技术特征是：对每个作用力-位移关系中的位移值与相对应标准位移值比较，所有作用力-位移关系中的每个位移值均大于相对应标准位移值时，以第一设定值增加该区域壁厚，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准位移值比较，再次确定所述区域内壁厚的增减调整直至所述区域内壁厚满足标准位移值要求。
进一步的优化技术特征是：对每个作用力-位移关系中的位移值与相对应标准位移值比较，作用力-位移关系中的位移值小于相对应标准位移值时，以第二设定值增加该区域壁厚，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准位移值比较，再次确定所述区域内壁厚的增减调整直至所述区域内壁厚满足标准位移值要求。
上述的通过作用力-位移仿真，调整各区域内的注塑零件(保险杠等)的厚度，可最大限度得获得注塑零件(保险杠等)不同部位的在满足刚度(强度)条件下的最小厚度。
进一步的优化技术特征是：获得抽取注塑零件(保险杠等)中性面满足刚度要求的最小壁厚值后，构建第一注塑零件(保险杠等)数字模型的浇筑系统，进行模流CAE分析，调节壁厚，调整后的壁厚≥各区域刚度要求的最小壁厚，得到调整后的保险杠壁厚。
进一步的优化技术特征是：所述调整后的平均壁厚需满足以下要求：即树脂流动长度除以平均壁厚≥树脂流长比要求，其中平均壁厚值的获得方法包括：壁厚*该壁厚范围占比累加计算得出。
进一步的优化技术特征是：调节壁厚包括调整相邻两区域壁厚差，以设定渐变比例值确定渐变区域的宽度。
进一步的优化技术特征是：以调整后的注塑零件(保险杠等)壁厚数据构建壁厚的第二注塑零件(保险杠等)数字模型，第二注塑零件(保险杠等)数字模型进行刚度分析和/或模流分析，确定所述第二注塑零件(保险杠等)数字模型的壁厚是否满足要求。
上述在确定了注塑零件(保险杠等)各部位(各区域)最小厚度后，基于最小厚度，在注塑零件(保险杠等)数字模型的浇筑系统，进行模流CAE分析过程，整调注塑零件(保险杠等)不同部位的壁厚，进而再利用调整的壁厚数据建模，进行刚度分析和/或模流分析验证上述壁厚数据是否满足要求。
本发明方法数据处理量相对较少，效率较高，最大程度的降低保险杠的壁厚，实现保险杆的轻量化。解决成型外观、刚度不能兼顾的问题。
需要说明的是，本发明含板状造型的注塑零件包括塑料翼子板，塑料尾门外板，注塑的后隔板，门饰板，车门里板中的一种车辆注塑零部件。
附图说明
图1一个实施例保险杠中性面网格化区域示意图。
图2一个实施例保险杠构建约束示意图。
图3一个实施例保险杠刚度要求的最小壁厚分布示意图。
图4一个实施例保险杠构建浇筑系统示意图。
图5一个实施例保险杠壁厚厚度分布示意图。
图中，1--第一浇筑口；2--第二浇筑口，3--第三浇筑口，4四第一浇筑口；
图3,5中分别表示该区域的壁厚值，单位为毫米。
具体实施方式
下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
本实施例以包含有大面积板状造型的车辆保险杠为例予以说明。
构建等壁厚的保险杠数字模型，本实施采用构建(初始壁厚t2.2mm的等壁厚的保险杠CATIA数据；
将CATIA数据导入HyperMesh软件进行模型修复(在导入过程中如果出现数据缺失，如模型中线条缺失，修复缺失的线条)；
抽取保险杠中性面(即保险杠数字模型沿厚度方向抽取表征保险杠造型全部特征的面或者最能代表保险杠造型特征的面)，对中性面进行修复(使得中性面完全表征保险杠的造型，如果抽取的中性面表征保险杠造型特征有缺失)；
对抽取保险杠中性面进行网格划分，网格大小3～11mm，根据产品大小保险杠中性面被划分18～24个区域。如图1所示(只显示保险杠的对称面的一半)，将保险杠其中一侧划分9个网格区域，将待分析区域中性面网格初始厚度定义为t2.2mm。
根据整车装配要求对保险杠进行约束，具体如下：
1)将标注为c的各点与车身下部为Z向固定，形成Z向及X向约束
2)将标注为d、g的点与车身下部X/Y/Z向全约束
3)将标注为e的各点与大灯支架Z向固定，形成Z向及X向约束
4)将标注为f的各点与翼子板支架Y向固定，形成Y向及Z向约束
赋予模型材料属性，对中性面网格区域定义材料及输入材料密度、弹性模量、泊松比等参数。
将上述HyperMesh软件建立的模型导入ABAQUS软件中；
选择一个网格区域进行作用力位移分析；
一个实施例中，在初始厚度下，向分析网格区域内加载一定范围的作用力，即分别施加多个不同的作用力，获得不同作用力下对应的位移值。即形成一组作用力-位移对应关系(作用力-位移曲线)；基于在每个作用力下，存在一个标准位移值(即满足刚度的最大位移值)。将仿真获得的作用力-位移关系中的位移值与对应的标准位移值进行比较:
如果该区域内，所有作用力-位移关系中的每个位移值均大于相对应标准位移值时，以第三设定值增加该区域壁厚，实施中第三设定值为0.1mm，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准位移值比较，再次确定所述区域内壁厚的增减调整直至所述区域内壁厚满足标准位移值要求。
如果该区域内，作用力-位移关系中的位移值小于相对应标准位移值时，以第四设定值减小该区域壁厚，实施中第四设定值为0.1mm；对较小后的该区域壁厚，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准位移值比较，再次确定所述区域内壁厚的增减调整直至所述区域内壁厚满足标准位移值要求。
一个简化的实施例是，对网格区域内实施一个作用力，获得该作用力下的位移值，将位移值与标准位移值比较，如果位移值大于标准位移值，则增加壁厚，以第一设定值增加该区域壁厚，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准位移值比较，再次确定所述区域内壁厚的增减调整直至所述区域内壁厚满足标准位移值要求；如果位移值小于标准位移值，则减小壁厚，以第二设定值减小该区域壁厚，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准值比较，再次确定所述区域内壁厚的增减调整直至所述区域内壁厚满足标准位移值要求。
按上述方法得出满足刚度要求的最小壁厚，按照同样的方法得出其他区域的最小壁厚值，如图3所示得出刚度要求的最小壁厚分布。
将上述构建等壁厚的保险杠数字模型(初始等壁厚t2.2mm的保险杠数据)导入MOLDFLOW软件中，进行双层面网格划分、修复；
构建多种(2～3种)保险杠数字模型浇筑系统，进行模流CAE分析，选择其中一种较优的浇筑方案(如图4所示)进行壁厚优化，对该方案进行问题点抽出，一般通过壁厚及浇口调整，譬如出现了熔接角度小(小于75度)问题，需通过壁厚调整以改变树脂流动速度，从而增大熔接角度。调整后的壁厚≥各区域刚度要求的最小壁厚。
为了提高壁厚优化效率，方法如下：
为了防止壁厚调整后注射压力过大或填充不满等缺陷造成壁厚反复调整，调整后的平均壁厚需满足以下要求，即树脂流动长度(浇口至填充末端距离)除以平均壁厚需≥树脂流长比要求(本案例树脂流长比为240)，其中平均壁厚值的获得方法包括：壁厚*该壁厚范围占比累加计算得出。该壁厚范围占比可以是沿树脂流长度方向，该壁厚的长度与整个树脂流长度的比值；即沿树脂流长度方向各段壁厚按照壁厚范围占比加权后的和。
为了满足CAE分析要求及外观品质，壁厚优化思路如下：
1)整体壁厚调整遵循浇口至填充末端从厚到薄的原则；
2)安装结构部位相邻的外观面壁厚需＞安装结构部位的壁厚；
3)树脂汇合部位壁厚按照刚度要求壁厚下限值设计；
4)相连区域壁厚差至少采用1:100的渐变设计，即至少100倍壁厚差设定渐变区域的宽度。
为了提升CAE分析预测及问题点抽出精度，对某个成型缺陷需要对MOLDFLOW多个分析结果进行联合分析，如制品是否有DF缺陷，需要对MOLDFLOW体积收缩率、缩痕分析、凝固层因子及保压时间等多个结果进行联合分析。
在MOLDFLOW软件里面通过多轮的壁厚及浇口调整，得到最终的壁厚分布方案，如图5所示
利用调整的壁厚数据建模，进行刚度分析和/或模流分析验证上述壁厚数据是否满足要求：
包括以调整后的保险杠壁厚数据构建壁厚的第二保险杠数字模型，第二保险杠数字模型进行刚度分析和/或模流分析，确定所述第二保险杠数字模型的壁厚是否满足要求。
实施例中，对调整后的壁厚进行CATIA数据制作，再次进行ABAQUS刚度分析和MOLDFLOW模流分析，如有问题进行微调(厚度调整)。
Claims (8)
1.一种含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法，其特征是，将设定的等壁厚的第一含板状造型的注塑零件数字模型沿厚度方向抽取注塑零件中性面，将含板状造型的注塑零件中性面网格化分区，设定含板状造型的注塑零件中性面各网格区域的网格初始壁厚，根据含板状造型的注塑零件在车辆上的连接约束要求设置约束，在网格区域内施加作用力，获得作用力下网格区域内中性面的位移，比较标准位移值，确定所述网格区域内壁厚的增减调整，进而得到所述网格区域的刚度要求的最小壁厚，按照同样的方法得出其他网格区域的刚度要求的最小壁厚值；获得抽取含板状造型的注塑零件中性面满足刚度要求的最小壁厚值后，构建第一含板状造型的注塑零件数字模型浇筑系统，进行模流CAE分析，调节壁厚，调整后的壁厚≥各网格区域刚度要求的最小壁厚，得到调整后的含板状造型的注塑零件壁厚；所述调整后的平均壁厚需满足以下要求：树脂流动长度除以平均壁厚≥树脂流长比要求，其中平均壁厚值的获得方法包括：壁厚*该壁厚范围占比累加计算得出。
2.如权利要求1所述含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法，其特征是，所述网格区域内施加作用力包括，施加不同大小的作用力，获得一组多个作用力-位移关系。
3.如权利要求1或2所述含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法，其特征是，确定所述网格区域内壁厚的增减调整包括，位移值大于标准位移值，以第一设定值增加该网格区域壁厚，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准位移值比较，再次确定所述网格区域内壁厚的增减调整直至所述网格区域内壁厚满足标准位移值要求。
4.如权利要求1或2所述含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法，其特征是，确定所述网格区域内壁厚的增减调整包括，位移值小于标准位移值，以第二设定值减小该网格区域壁厚，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准值比较，再次确定所述网格区域内壁厚的增减调整直至所述网格区域内壁厚满足标准位移值要求。
5.如权利要求2所述含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法，其特征是，对每个作用力-位移关系中的位移值与相对应标准位移值比较，所有作用力-位移关系中的每个位移值均大于相对应标准位移值时，以第三设定值增加该网格区域壁厚，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准位移值比较，再次确定所述网格区域内壁厚的增减调整直至所述网格区域内壁厚满足标准位移值要求。
6.如权利要求2所述含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法，其特征是，对每个作用力-位移关系中的位移值与相对应标准位移值比较，作用力-位移关系中的位移值小于相对应标准位移值时，以第四设定值减少该网格区域壁厚，再次施加相同作用力，得到调整后的位移值，将调整后的位移值与标准位移值比较，再次确定所述网格区域内壁厚的增减调整直至所述网格区域内壁厚满足标准位移值要求。
7.如权利要求1所述含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法，其特征是，调节壁厚包括调整相邻两网格区域壁厚差，以设定渐变比例值确定渐变区域的宽度。
8.如权利要求1所述含板状造型的注塑零件壁厚仿真确定方法，其特征是，以调整后的含板状造型的注塑零件壁厚数据构建壁厚的第二含板状造型的注塑零件数字模型，第二含板状造型的注塑零件数字模型进行刚度分析和/或模流分析，确定所述第二含板状造型的注塑零件数字模型的壁厚是否满足要求。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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