纤维增强复合材料真空助力器支架成型质量研究

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汽车零部件的轻量化是汽车轻量化的重要组成部分。传统真空助力器支架采用钢铁、铝合金等材料并使用铸造成型工艺制造,重量较大。采用质量轻,强度高的纤维增强复合材料代替传统的金属材料可显著地降低真空助力器支架的重量。在众多纤维增强复合材料中,长玻纤增强尼龙复合材料具有质量轻,强度高,抗蠕变,耐腐蚀,耐化学药品性,且成本低等优点,用于汽车真空助力器支架成型材料,可显著地降低真空助力器支架的重量。另外注塑成型工艺可成型各种形状复杂的制品,并且可以与计算机CAE仿真分析技术结合在一起,优化制品结构和成型工艺。另外,其成型过程可以实现自动化控制等优点,在众多轻量化成型工艺中占有重要的地位,成为实现汽车零部件成型的主要手段之一。因此研究汽车真空助力器支架的结构设计及优化,使用轻量化纤维增强复合材料,采用相应成型技术制造出质量轻,力学性能好的汽车零部件,对于实现汽车轻量化,降低制造成本,符合产品使用性能方面具有重要意义。  本文根据汽车真空助力器支架的工作环境和使用要求,设计出长玻纤增强尼龙复合材料真空助力器支架,通过静力分析和模态分析等仿真分析方法优化真空助力器支架结构。利用CAE仿真分析软件研究真空助力器支架不同成型工艺参数对真空助力器支架成型质量的影响规律。利用部分因子试验方法研究成型工艺参数对成型质量影响先后顺序,并寻求对真空助力器支架翘曲变形影响最大的工艺参数。利用响应曲面设计方法研究不同成型工艺参数之间的交互作用对成型质量的影响规律。建立翘曲缺陷预测模型并验证模型的准确性。运用遗传算法原理优化翘曲缺陷,寻求翘曲缺陷的最值寻优。最后根据真空助力器支架的结构优化与成型优化工艺方案进行成型实验并进行性能测试。  研究得出保压时间和熔体温度对真空助力器支架翘曲变形的影响最大,而模具温度和保压压力对翘曲变形的影响最小。且当保压时间为12s,熔体温度为303℃,保压压力为80%,模具温度为100℃,V/P转换点为97.24%,冷却液温度为21.15℃,冷却雷诺数为11000,注射时间为2.58s时,所得真空助力器支架最终加权翘曲变形量最小,最小量为0.61789mm。根据工艺优化方案进行成型实验进行振动性能、热耐久性性能、制动力下变形性能、耐拉拔性能的性能测试,测试结果显示经本文结构和工艺方案优化后的真空助力器支架的性能符合产品要求,成型质量良好。
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