纤维增强塑料,是指在聚合物材料基材中添加纤维作为填料,以大幅度提高材料的机械性能。随着新能源汽车的推广,汽车轻量化是实现新能源汽车续航里程提高这一目标的方法之一,因此新材料新工艺的运用至关重要。纤维增强塑料注塑发泡成型技术,是在传统注塑成型的基础上引入发泡工艺,使注塑产品的内部含有微小泡孔,减轻产品质量,实现零部件轻量化的技术。本课题对长玻纤增强聚丙烯注塑发泡成型工艺进行深入研究,并对样条的各工艺进行实验,探究成型过程和主要工艺因素对发泡材料力学性能及微观结构的影响;对注塑发泡长玻纤增强聚丙烯标准样条进行联合仿真,即先进行注塑发泡成型数值模拟,再将注塑发泡成型数值模拟结果映射到动力学仿真模型上,提高动力学仿真的精确度。然后,将上述两种仿真方法应用到注塑发泡汽车换挡支架的开发中,减轻支架质量、减少材料用量,缩短其开发周期,降低时间成本。依据仿真结果,进行了汽车换挡支架模具设计、开模,并注塑发泡成型得到换挡支架成品,并完成相关产品测试。研究内容与具体成果如下:(1)选用了四种PP材料通过调整参数,探究注塑发泡成型工艺对标准样条的力学性能和微观结构的影响规律,并对工艺进行了优化。研究表明:熔体温度高、注射速度低、模具温度高、SCF浓度高时,材料力学性能好。玻纤保留长度、玻纤含量、内部泡孔尺寸和泡孔分布等微观结构因素,对发泡材料的力学性能影响很大。玻纤保留长度越长,力学性能越好。同时,研究亦发现,玻纤保留长度与注塑发泡过程中气体的混合均匀程度相矛盾,前者要求较低剪切以减少玻纤被剪断程度,后者则要求增强剪切作用使超临界流体被均匀分散在熔体中,如何达到一种合适的平衡需要进一步实验探究。(2)通过应用Moldex3D模流分析软件,对微孔注射发泡成型在不同工艺条件下进行仿真,并将仿真结果与实验结果进行对比,得出注塑发泡成型数值模拟的泡孔结果与实验结果规律性一致,验证了仿真软件中所采用的注塑发泡模型的可靠性。然后将仿真结果(主要是泡孔分布结果以及玻纤配向结果)通过Digimat复合材料仿真软件进行结果映射,将泡孔及玻纤结果映射到由ABAQUS构建的动力学模型上,使传统各向同性的动力学模型成为各向异性的模型,提高仿真的准确度。(3)利用模流分析软件Moldex3D对注射发泡成型工艺进行模拟分析,得到成型方式的最优浇口位置和网格模型,并结合之前样条阶段的最优工艺结果,进行相关工艺设定,对其进行分析:对称的浇口布置利于产品充填,提高泡孔的分布和尺寸均匀性。通过对产品结构改进以及对成型工艺的改进,得到了整体减重为15%的汽车换挡支架,换挡支架各项性能测试结果满足广汽相关测试。本课题对长玻纤增强聚丙烯注塑发泡成型工艺进行了深入的探讨,并针对各工艺进行实验,探究成型过程和主要工艺因素对发泡材料力学性能及微观结构的影响;并对注塑发泡长玻纤增强样条进行联合仿真,以提高动力学仿真的精确度;最后将仿真方法应用到注塑发泡汽车换挡支架的开发。本课题研究不仅实现了汽车换挡支架单零件减重15%的目标,也为汽车零部件实现轻量化提供了新的方法。