随着汽车轻量化理念的逐渐普及,人们对汽车零件重量和质量的要求越来越高。材料科学的发展使工程塑料的某些力学性能已接近甚至超过了部分金属材料,所以用塑料替代金属已成为趋势。吹塑成型作为一种低成本、效率高、生产过程稳定的塑料成型加工方法,现已成为第三种最常用的塑料加工方法,同时也是发展最快的塑料成型方法,吹塑制品已广泛用于航空航天、汽车工业、医疗健康、食品包装等诸多领域中。相比于传统的桶类、瓶类制品的吹塑工艺,当结构复杂、特征众多、质量要求严格的零件采用吹塑生产时,受材料、生产设备和吹塑工艺的影响,吹塑制品往往会出现制品壁厚分布不均匀、制件因收缩造成的尺寸超差等问题,不仅延长了生产周期、提高了生产成本、降低了生产效率,而且影响制件的使用性能。因此,急需采用新的工具和手段对挤出吹塑成型过程进行全面控制来解决吹塑成型缺陷。本课题来源于上海龙达塑料科技股份有限公司,研究对象为汽车风窗清洗用注水管。注水管材料为HDPE5502,采用挤出吹塑成型工艺。该注水管不但结构复杂,而且对制件壁厚、配合面的尺寸公差、切割面的平面度均有较高要求。对于注水管挤出吹塑成型,应严格控制型坯的挤出工艺以保证注水管制件的壁厚均匀性;型坯在模具中被压缩气体吹胀贴合模具型腔表面后,保压时间和冷却时间影响制件的尺寸收缩,所以设置合理的开模时间对制件的合格率具有关键影响。基于POLYFLOW数值分析软件,对注水管型坯在挤出过程中的关键因素进行分析,得到了型坯温度、入口流量和口模壁面摩擦系数对型坯挤出胀大和型坯质量的影响规律,分析结果表明:当型坯温度为170℃,180℃和190℃时,温度对挤出胀大的影响不明显,随着入口流量的增加,型坯挤出胀大比减小,但是剪切速率显著提高,口模表面摩擦系数较小时对挤出胀大比和剪切速率的影响较小,当摩擦系数超过1×10~5时,挤出胀大比和剪切速率均迅速增加,型坯下端发生翻卷,影响型坯质量。基于逆向优化思想,将挤出的型坯作为注水管吹塑成型的初始型坯,以制件壁厚为优化目标,对型坯的壁厚进行迭代优化。经4次迭代计算后,注水管壁厚趋近壁厚目标值,且壁厚分布均匀,将最终的型坯壁厚曲线输入挤出机壁厚控制系统中,作为实际注水管生产壁厚控制参数。基于CFD流固传热耦合方法,结合实际生产过程,考虑内冷却与外冷却对制件收缩变形的影响,对注水管在模具中的冷却过程进行模拟分析,得到冷却50s内制件的收缩变形量随时间的变化曲线,结果表明:冷却时间越长,注水管尺寸收缩越小,但是生产周期延长,生产效率降低。通过对注水管进行实际试模生产验证,采用优化后的型坯壁厚曲线可以获得壁厚分布均匀的注水管吹塑件,根据冷却收缩曲线设定冷却时间为20s,注水管收缩后的尺寸满足技术要求。