CN116394451A - 改善天窗支架翘曲变形的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及注塑技术领域，具体涉及一种改善天窗支架翘曲变形的方法，包括：建立天窗支架的三维数据，初步确定天窗支架的匹配面及粘接要求；将产品数据导入模流分析软件进行仿真分析，以最小化翘曲变形量为目标，通过试验设计方法对影响天窗支架翘曲变形的注塑工艺参数进行优化分析；计算产品的翘曲变形量，如果翘曲变形量小于或等于第一评价阈值，则对产品数据做预变形分析；将预变形分析后的三维实体数据再次导入模流分析软件进行仿真分析，并将仿真分析结果与理论数据进行比较，得到变形量面差值，如果变形量面差值小于或等于第二评价阈值，则判断数据合格。由此在制作模具之前预先提出改善天窗支架翘曲变形的措施，节省人力及修模成本。
Description
技术领域
本申请涉及注塑技术领域，具体涉及一种改善天窗支架翘曲变形的方法。
背景技术
随着车辆的不断发展以及消费者需求的多样化，天窗成为了各个车型的必备配置。天窗安装于车顶，能够有效地使车内空气流通，增加新鲜空气进入，为车主带来健康、舒适的享受。同时车窗也可以开阔视野，常用于移动摄影摄像的拍摄场景。车辆在安装天窗之前，需要在顶棚天窗开口处安装天窗支架，天窗支架用热熔胶粘剂具有极高的粘接强度和均匀的粘合力，但由于天窗支架注塑变形与高温变形影响，导致天窗支架与顶棚发生明显的鼓包不平甚至脱胶现象，引起客户的抱怨。
目前，天窗支架的注塑变形一般为5mm～6mm，甚至8mm以上，通常办法就是调整工艺，将工艺参数调整到极限，然后使用粘胶将天窗支架强制贴平，让客户进行偏差认可，这也让天窗的设计大打折扣，让实际生产的车辆达不到完美的设计效果。
发明内容
本申请的目的在于提供一种改善天窗支架翘曲变形的方法，其可以在制作模具之前预先提出改善天窗支架翘曲变形的措施，节省人力及修模成本，有利于提升客户满意度。
为了实现上述目的，本申请提供一种改善天窗支架翘曲变形的方法，包括：建立天窗支架的三维数据模型，初步确定天窗支架的匹配面及粘接要求；将三维数据模型导入模流分析软件进行仿真分析，以最小化翘曲变形量为目标，通过试验设计方法对影响天窗支架翘曲变形的注塑工艺参数进行优化分析；根据优化分析的注塑工艺参数计算产品的翘曲变形量，如果翘曲变形量小于或等于第一评价阈值，则对三维数据模型做预变形分析；将预变形分析后的三维实体数据再次导入模流分析软件进行仿真分析，并将仿真分析结果与理论数据进行比较，得到变形量面差值，如果变形量面差值小于或等于第二评价阈值，则判断数据合格。
进一步，通过试验设计方法对影响天窗支架翘曲变形的注塑工艺参数进行初步优化分析包括：对注塑原材料及浇口位置进行全因子试验设计分析，选择翘曲变形量最小的参数组合作为初步优化方案。
进一步，通过试验设计方法对影响天窗支架翘曲变形的注塑工艺参数进行初步优化分析还包括：在初步优化方案的基础上，对填充时间、保压压力及保压时间进行全因子试验设计分析，选择翘曲变形量最小的参数组合作为进一步优化方案。
进一步，如果根据优化分析的注塑工艺参数计算产品的翘曲变形量大于第一评价阈值，则对产品的壁厚或者筋位进行矫正，直至翘曲变形量小于或等于第一评价阈值。
进一步，对三维数据模型做预变形分析包括：选择预变形放大系数，对三维数据模型划分网格后导入模流分析软件进行仿真分析，并与理论数据的翘曲变形量进行对比，如果预变形数据对应的最大翘曲变形量与理论数据的最大翘曲变形量之间的差值＜10％，则制作预变形数据。
进一步，制作预变形数据包括：针对转角处，在翘曲变形量为0的边缘位置做一条线为中心线进行翻转，光顺分为多个阶梯，每个阶梯分厚度斜渐变进行光顺处理；针对直边处，在变形最大点进行翻转，光顺分为多个阶梯，每个阶梯分厚度渐变进行光顺处理；生成反变形三维实体数据，再次导入模流分析软件中重新模拟翘曲变形量；将新的翘曲变形量结果与理论数据的翘曲变形量进行比较，得到变形量面差值；如果变形量面差值小于或等于第二评价阈值，则判断数据合格。
进一步，如果变形量面差值大于第二评价阈值，则针对局部不合格区域进行微调，直至变形量面差值小于或等于第二评价阈值。
进一步，该方法还包括：将三维数据模型导入有限元分析软件中，设置高温工况进行高温仿真分析，并将仿真分析结果与理论数据进行比较，得到变形量面差值，如果变形量面差值小于或等于第二评价阈值，则判断数据合格。
进一步，如果变形量面差值大于第二评价阈值，则针对局部较高变形区域调整粘接面厚度，直至变形量面差值小于或等于第二评价阈值。
进一步，该方法还包括：确定模具收缩率，根据合格数据制作模具。
本申请各实施例提供的改善天窗支架翘曲变形的方法，具有如下有益效果：通过对影响天窗支架翘曲变形的因素分析，首先选择影响变形较大的因素材料和浇口位置进行优化，将优化控制在较小的范围内，可有效提高后续预变形的精度及成功概率。通过DOE方法对注塑工艺进行优化继续降低翘曲变形量。对初步优化后的产品数据做预变形，确定预变形放大系数、预变形参数化方案及评价指标，有效解决塑料件的注塑变形问题。然后将产品数据导入有限元分析软件中分析高温工况变形情况，对局部变形大的位置增加蘑菇扣粘接结构，可以有效预防高温变形引起的鼓包问题。由此，本申请实施例在模具设计之前提出改善天窗支架翘曲变形的措施，避免因注塑或者高温导致天窗支架翘曲变形与顶棚产生鼓包现象，降低故障率，减少客户抱怨，增大经济利润，提升品牌形象，有利于提升客户满意度。
附图说明
图1示出本申请实施例提供的改善天窗支架翘曲变形的方法的流程框图；
图2示出本申请实施例提供的天窗支架在XY平面的俯视图；
图3示出本申请实施例提供的天窗支架的预变形结构示意图；
图4示出本申请实施例提供的天窗支架在XZ平面的俯视图。
具体实施方式
以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本申请实施例提供一种改善天窗支架翘曲变形的方法，包括如下步骤S1～S4。下面结合附图2～4详细描述改善天窗支架翘曲变形的方法的具体步骤。
步骤S1：建立天窗支架的三维数据模型，初步确定天窗支架的匹配面及粘接要求。如图2所示，天窗支架的三维数据模型可以在三维数据软件中建立，例如CATIA、ProE、Solidworks等，初步确定天窗支架的匹配面及粘接要求。
步骤S2：将三维数据模型导入模流分析软件进行仿真分析，以最小化翘曲变形量为目标，通过试验设计方法对影响天窗支架翘曲变形的注塑工艺参数进行优化分析。
模流分析软件一般为Moldflow，用于对注塑件进行模流分析。影响天窗支架翘曲变形量y的注塑工艺参数包括原材料x1、填充时间x2、保压压力x3，保压时间x4，零件结构a、浇口位置x5，其中，天窗支架翘曲变形量y是原材料x1、填充时间x2、保压压力x3、保压时间x4、零件结构a、浇口位置x5的函数，记作y＝k×F(x1，x2，x3，x4，x5，a)，其中，原材料x1、浇口位置x5的影响最大，因此优化分析可以先确定原材料x1、浇口位置x5，再确定填充时间x2、保压压力x3及保压时间x4。
步骤S3：根据优化分析的注塑工艺参数计算产品的翘曲变形量，如果翘曲变形量小于或等于第一评价阈值，则对优化的三维数据模型做预变形分析。
根据优化分析后的注塑工艺参数选对翘曲变形量进行评价，其中第一评价阈值可以为5mm。如果翘曲变形量≤5mm，可直接对三维数据模型做预变形分析。
步骤S4：将预变形分析后的三维实体数据再次导入模流分析软件进行仿真分析，并将仿真分析结果与理论数据进行比较，得到变形量面差值，如果变形量面差值小于或等于第二评价阈值，则判断数据合格。
如果天窗支架的三维数据模型在对注塑工艺参数优化分析后不需要更改设计，则理论数据即为天窗支架的初始三维数据。第二评价阈值可以为0.5mm，如果变形量面差值小于或等于第二评价阈值，则判断数据合格，确定产品的翘曲变形量满足设计要求。
根据本申请各实施例提供的改善天窗支架翘曲变形的方法，通过使用模流分析软件对天窗支架的翘曲进行模拟仿真，以最小化翘曲变形量为目标，通过试验设计方法对影响天窗支架翘曲变形的注塑工艺参数进行优化分析，确定优化后的注塑工艺参数。然后通过参数化、流程化设计预变形数据并进行校验提高预变形精度，避免由于零件变形过大导致预变形误差较大、预变形不成功而反复试模修改工艺和模具、整改等繁琐问题。由此在模具设计之前提出改善天窗支架翘曲变形的措施，避免因注塑变形导致天窗支架翘曲变形与顶棚产生鼓包现象，降低故障率，减少客户抱怨，增大经济利润，提升品牌形象，有利于提升客户满意度。
下面详细描述改善天窗支架翘曲变形的方法中各步骤的具体过程。
进一步，步骤S2中，通过试验设计方法对影响天窗支架翘曲变形的注塑工艺参数进行初步优化分析包括：
步骤S21：对注塑原材料及浇口位置进行全因子试验设计分析，选择翘曲变形量最小的参数组合作为初步优化方案。
全因子试验设计(Design of Experiment，简称DOE)分析是将每一个关键影响因子的不同水平组合做同样数目的仿真分析，通过对多参数多因子进行DOE分析，确保优化一次合格，减少实物迭代验证次数，缩短开发周期，降低开发验证成本，有效提升了产品开发效率。
具体来说，本实施例中首先对影响因子原材料x1及浇口位置x5进行DOE分析，各因子分别设置2个水平数进行分析。其中，原材料x1的2个水平数包括聚丙烯+玻璃纤维30(PP+GF30)和丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的三元共聚物+玻璃纤维30(ABS+GF30)；浇口位置x5的2个水平数包括开放式填充和顺序阀填充。以最小化翘曲变形量为目标进行DOE分析，根据翘曲变形量的结果，确定合适因子水平x1为ABS+GF30，x5为开放式填充，根据此结果进行下一步的优化分析。
进一步，步骤S2中，通过试验设计方法对影响天窗支架翘曲变形的注塑工艺参数进行初步优化分析还包括：
步骤S22：在初步优化方案的基础上，对填充时间、保压压力及保压时间进行全因子试验设计分析，选择翘曲变形量最小的参数组合作为进一步优化方案。
在对原材料x1及浇口位置x5分析的基础上，对填充时间x2、保压压力x3及保压时间x4进行DOE分析，各因子分别设置2个水平数进行分析。其中，填充时间x2的2个水平数包括2s和3s，保压压力x3的2个水平数包括30Mpa和40Mpa，保压时间x4的2个水平数包括3s和4s，选择翘曲变形量最小的参数组合作为进一步优化方案。
具体来说，通过Matlab软件进行DOE分析，得到x2＝2.5s，x3＝35Mpa，x4＝3s，工艺参数确定后，在Moldflow进行仿真分析，得到翘曲变形量为7mm。
进一步，步骤S2中，如果根据优化分析的注塑工艺参数计算产品的翘曲变形量大于第一评价阈值，则对产品的壁厚或者筋位进行矫正，直至翘曲变形量小于第一评价阈值。
如上分析，由于翘曲变形量较大为7mm，考虑从产品结构原因进行分析，将局部壁厚减薄0.5mm，取消对影响变形较大的局部筋位，再次使用Moldflow对天窗支架进行模拟仿真，最大翘曲变形量结果为5mm，等于第一评价阈值，优化57％以上，将大变形量控制在较小范围内。
需要说明的是，如果天窗支架的三维数据模型在对注塑工艺参数优化分析后需要更改设计，例如修改壁厚或者筋位，则理论数据即为天窗支架更改设计后的三维数据。
进一步，步骤S3中，对三维数据模型做预变形分析包括：
选择预变形放大系数，对三维数据模型划分网格后导入模流分析软件进行仿真分析，并与理论数据的翘曲变形量进行对比，如果预变形数据对应的最大翘曲变形量与理论数据的最大翘曲变形量之间的差值＜10％，则制作预变形数据。
具体来说，预变形也称为反变形，首先设置预变形放大系数α＝1，使用Moldflow自带的预变形翘曲网格导出功能导出为stl格式，导入Hypermesh网格分析软件，划分网格后导出为udm文件，再导入Moldflow中进行模拟仿真，得出最大翘曲变形量为5.7mm，并与理论数据的翘曲变形量5mm进行对比，差值百分比为14％，预变形数据的最大翘曲变形量与理论数据的最大翘曲量之间的差值>10％。
重新选择方法系数α＝0.95进行仿真分析，翘曲变形量为5.2mm，差值百分比为4％，满足条件，可以进行下一步的预变形数据制作。如果预变形数据对应的最大翘曲变形量与理论数据的最大翘曲变形量之间的差值仍然>10％，则继续以取值间隔0.05减小预变形放大系数α进行仿真分析，直至最大翘曲变形量与理论数据的翘曲变形量之间的差值＜10％。
进一步，步骤S3中，制作预变形数据包括：
步骤S31：针对转角处，在翘曲变形量为0的边缘位置做一条线为中心线进行翻转，光顺分为多个阶梯，每个阶梯分厚度斜渐变进行光顺处理；
如图3所示，针对转角处，在翘曲变形量为0的边缘位置AB做一条线为中心线进行翻转，变形最大点C的变形量为T1，那么翻转后的点C′值为αT1，光顺分为N1个阶梯(T1<3时，N1＝2，T1>＝3时，N1＝3)，每个阶梯分αT1/N1厚度斜渐变进行光顺处理。
在一个示例中，以A和B两个翘曲变形量为0点做一条基准线，点C的变形量T＝5，那么翻转后的点C′值为T＝5*0.8＝4mm，N1＝3，光顺分为三个阶梯，每个阶梯分4/3＝1.3mm进行光顺处理；针对点D，变形量T＝3，那么翻转后的点C′值为T＝3*0.8＝2.4mm，N2＝2，光顺分为2个阶梯，每个阶梯分2.4/2＝1.2mm进行光顺处理，光顺长度为50*2.4＝120mm，宽度为6*2.4＝14.4mm。
步骤S32：针对直边处，在变形最大点进行翻转，光顺分为多个阶梯，每个阶梯分厚度渐变进行光顺处理；
针对直边处，变形最大点D变形值T2，那么翻转后的点D′值为αT2，光顺长度为50*α*T2mm，宽度为6*α*T2mm分为N2个阶梯(T1<3时，N2＝2，T1>＝3时，N2＝3)，每个阶梯分αT2/N2厚度斜渐变进行光顺处理。
步骤S33：生成反变形三维实体数据，再次导入模流分析软件中重新进行模拟。
利用例如CATIA软件重新将匹配面进行光顺处理生成三维实体数据，将三维实体数据导出为stp格式，将预变形的三维实体数据再次导入Moldflow软件中，重新模拟翘曲变形量。
步骤S34：将新的翘曲变形量结果与理论数据的翘曲变形量进行比较，得到变形量面差值，如果变形量面差值小于或者等于第二评价阈值，则判断数据合格。
可选地，第二评价阈值为0.5mm。重新模拟后，将得到新的模拟结果与理论数据进行比较，得到变形量面差值，且变形量面差值小于第二评价阈值时，判断为合格数据。
进一步，步骤S35中，如果变形量面差值大于第二评价阈值，则针对局部不合格区域进行微调，直至变形量面差值小于或者等于第二评价阈值。
进一步，改善天窗支架翘曲变形的方法还包括：
步骤S5：将三维数据模型导入有限元分析软件中，设置高温工况进行高温仿真分析，并将仿真分析结果与理论数据进行比较，得到变形量面差值，如果变形量面差值小于或者等于第二评价阈值，则判断数据合格。
如图4所示，有限元分析软件可以为ABAQUS，将天窗支架的三维数据导模型入ABAQUS中，设置高温工况进行高温仿真分析，高温工况例如为85℃，并将仿真分析结果与理论数据进行比较，得到变形量面差值。如果仿真后的变形量面差值小于或者等于第二评价阈值，则判断数据合格。
进一步，步骤S5中，如果变形量面差值大于第二评价阈值，则针对局部较高变形区域调整粘接面厚度，直至变形量面差值小于或等于第二评价阈值。
如果变形量面差值大于第二评价阈值，则针对局部较高变形区域调整粘接面厚度，例如，调整蘑菇扣搭接的位置及数量，直至变形量面差值小于或等于第二评价阈值。
进一步，改善天窗支架翘曲变形的方法还包括：
步骤S6：确定模具收缩率，根据合格数据制作模具。
在考虑了注塑变形和/或高温变形的影响因素后，根据调整好的优化参数设计模具。首先使用优化后的材料在现有模具上试模，例如使用材料ABS+GF30在现有模具上试模，确定实际的材料收缩率，即模具收缩率。然后按照前述仿真分析后的合格数据以及实际测定的材料收缩率加工模具。
根据本申请各实施例提供的改善天窗支架翘曲变形的方法，包括产品设计、模流分析、产品矫正、预变形放大系数确定、预变形数据制作、高温变形分析及模具设计。通过使用模流分析软件对天窗支架的翘曲进行模拟仿真，确定材料和流道设计，通过DOE分析确定注塑工艺参数。针对变形大的产品从结构设计角度进行更改，提高预变形的成功概率，通过参数化、流程化设计预变形数据并进行校验提高预变形精度。通过产品设计、预变形设计及高温变形设计相结合，避免由于零件变形过大导致预变形误差较大、预变形不成功而反复试模修改工艺和模具、整改等繁琐问题。由此在模具设计之前提出改善天窗支架翘曲变形的措施，避免因注塑或者高温导致天窗支架翘曲变形与顶棚产生鼓包现象，降低故障率，减少客户抱怨，增大经济利润，提升品牌形象，有利于提升客户满意度。
应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种改善天窗支架翘曲变形的方法，其特征在于，包括：
建立天窗支架的三维数据模型，初步确定天窗支架的匹配面及粘接要求；
将所述三维数据模型导入模流分析软件进行仿真分析，以最小化翘曲变形量为目标，通过试验设计方法对影响天窗支架翘曲变形的注塑工艺参数进行优化分析；
根据优化分析的注塑工艺参数计算产品的翘曲变形量，如果所述翘曲变形量小于或等于第一评价阈值，则对所述三维数据模型做预变形分析；
将预变形分析后的三维实体数据再次导入模流分析软件进行仿真分析，并将仿真分析结果与理论数据进行比较，得到变形量面差值，如果所述变形量面差值小于或等于第二评价阈值，则判断数据合格。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过试验设计方法对影响天窗支架翘曲变形的注塑工艺参数进行初步优化分析包括：
对注塑原材料及浇口位置进行全因子试验设计分析，选择翘曲变形量最小的参数组合作为初步优化方案。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过试验设计方法对影响天窗支架翘曲变形的注塑工艺参数进行初步优化分析还包括：
在所述初步优化方案的基础上，对填充时间、保压压力及保压时间进行全因子试验设计分析，选择翘曲变形量最小的参数组合作为进一步优化方案。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果根据优化分析的注塑工艺参数计算产品的翘曲变形量大于所述第一评价阈值，则对产品的壁厚或者筋位进行矫正，直至翘曲变形量小于或等于第一评价阈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述三维数据模型做预变形分析包括：
选择预变形放大系数，对所述三维数据模型划分网格后导入模流分析软件进行仿真分析，并与理论数据的翘曲变形量进行对比，如果预变形数据对应的最大翘曲变形量与理论数据的最大翘曲变形量之间的差值＜10％，则制作预变形数据。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述制作预变形数据包括：
针对转角处，在翘曲变形量为0的边缘位置做一条线为中心线进行翻转，光顺分为多个阶梯，每个阶梯分厚度斜渐变进行光顺处理；
针对直边处，在变形最大点进行翻转，光顺分为多个阶梯，每个阶梯分厚度渐变进行光顺处理；
生成反变形三维实体数据，再次导入模流分析软件中重新模拟翘曲变形量；
将新的翘曲变形量结果与理论数据的翘曲变形量进行比较，得到变形量面差值；
如果所述变形量面差值小于或等于第二评价阈值，则判断数据合格。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果所述变形量面差值大于第二评价阈值，则针对局部不合格区域进行微调，直至所述变形量面差值小于或等于第二评价阈值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述三维数据模型导入有限元分析软件中，设置高温工况进行高温仿真分析，并将仿真分析结果与理论数据进行比较，得到变形量面差值，如果所述变形量面差值小于或者等于第二评价阈值，则判断数据合格。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，如果所述变形量面差值大于第二评价阈值，则针对局部较高变形区域调整粘接面厚度，直至所述变形量面差值小于或等于第二评价阈值。
10.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，还包括：确定模具收缩率，根据合格数据制作模具。
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|---|---|---|---|
| CN202310315813.9A CN116394451A (zh) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | 改善天窗支架翘曲变形的方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117087054A (zh) * | 2023-09-05 | 2023-11-21 | 固安县方神机械有限公司 | 一种软胶囊模具改模方法及系统 |
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2023
- 2023-03-28 CN CN202310315813.9A patent/CN116394451A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN117087054B (zh) * | 2023-09-05 | 2024-02-09 | 固安县方神机械有限公司 | 一种软胶囊模具改模方法及系统 |
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