基于Mold flow的汽車(chē)C柱裝飾板成型分析

周鵬，張琴，高方勇

（東風(fēng)汽車(chē)公司 技術(shù)中心，湖北 武漢 430058）

基于Mold flow的汽車(chē)C柱裝飾板成型分析

周鵬，張琴，高方勇

（東風(fēng)汽車(chē)公司 技術(shù)中心，湖北 武漢 430058）

通過(guò)應(yīng)用Moldflow對(duì)汽車(chē)C柱裝飾板該類(lèi)型產(chǎn)品進(jìn)行注塑成型仿真分析，主要對(duì)翹曲變形問(wèn)題進(jìn)了分析，幷與實(shí)際成型效果進(jìn)行了對(duì)比。通過(guò)理論分析提出優(yōu)化方案，修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以降低產(chǎn)品的變形量。結(jié)果表明：模具實(shí)際成型效果良好，提高了產(chǎn)品的成型質(zhì)量，實(shí)際裝車(chē)滿(mǎn)足了面差設(shè)計(jì)要求。

C柱裝飾板；注塑成型；翹曲變形；Moldflow

產(chǎn)品的變形問(wèn)題一直以來(lái)都是注塑行業(yè)經(jīng)常面對(duì)和要解決的重要問(wèn)題。汽車(chē)C柱裝飾板外形為三角形產(chǎn)品，產(chǎn)品在注塑成型過(guò)程中自身的尖角部位極易翹曲變形。以前人們往往憑經(jīng)驗(yàn)修改模具，經(jīng)過(guò)多次修模，試模效果卻不盡如人意。目前Moldlfow仿真分析在汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用已較為廣泛，在新產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中運(yùn)用模流分析貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、注塑成型工藝中，模擬評(píng)估并改進(jìn)和優(yōu)化塑料產(chǎn)品。其中運(yùn)用Moldflow對(duì)產(chǎn)品在注塑成型過(guò)程中產(chǎn)生的翹曲變形進(jìn)行模擬分析，并根據(jù)分析結(jié)果針對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而指導(dǎo)模具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化［1］。新產(chǎn)品在做任何的仿真分析前都必須明確產(chǎn)品的要求，如外觀要求、裝配要求、尺寸要求、強(qiáng)度要求、模具要求、成型工藝要求等。本文中的產(chǎn)品是對(duì)裝配及尺寸有要求，通過(guò)對(duì)C柱裝飾板進(jìn)行Moldlfow翹曲變形仿真分析，結(jié)合分析結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，達(dá)到了解決產(chǎn)品翹曲變形問(wèn)題的目的，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

1 實(shí)物驗(yàn)證分析

1.1 C柱裝飾板分析前處理

C柱裝飾板安裝在后車(chē)門(mén)與后側(cè)圍之間，外形尺寸為198mm×115mm×22mm，壁厚1.0～3.5mm，其中間壁厚大于周邊壁厚，屬于漸變壁厚，產(chǎn)品的面差要求為1±0.5mm，零件如圖1所示。

圖1 C柱裝飾板幾何模型

1.2 模型在Mold flow軟件中網(wǎng)格處理

將UDM導(dǎo)入Moldflow Insight2015，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分及修整。根據(jù)產(chǎn)品模型大小將全局網(wǎng)格邊長(zhǎng)定義為3mm，進(jìn)行網(wǎng)格劃分修整重疊面、自由邊及未取向單元［2］。有限元網(wǎng)格匹配率為91.2%，平均縱橫比為1.91，最大縱橫比為6，滿(mǎn)足模擬分析要求，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 C柱裝飾有限元網(wǎng)格數(shù)據(jù)表

1.3 澆注系統(tǒng)建立及工藝參數(shù)設(shè)置

C柱裝飾板澆注系統(tǒng)主要由冷主流道、冷流道和冷澆口組成。本文中對(duì)產(chǎn)品的翹曲變形問(wèn)題進(jìn)行分析，C柱裝飾板已開(kāi)模，因此澆注系統(tǒng)按照模具數(shù)模建立（圖2）。工藝參數(shù)設(shè)置如下：模具表面溫度為50℃；熔體溫度為220℃；注射時(shí)間為1.5s；保壓控制即保壓壓力設(shè)置為充填壓力的40%，保壓時(shí)間為12s；大水口轉(zhuǎn)搭接澆口設(shè)置流道。

圖2 C柱裝飾板澆注系統(tǒng)

1.4 成型材料的選擇

一般汽車(chē)C柱裝飾板材料大部分定義為AES或者ABS，因AES相比較ABS而言具有極佳的耐候性，另外AES材料不經(jīng)涂裝也可以保持物性穩(wěn)定，該產(chǎn)品材料設(shè)計(jì)定性為AES，從Moldflow材料數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇Techno AESW220為模擬分析材料。

1.5 C柱裝飾板翹曲分析結(jié)果

工藝參數(shù)及成型材料選擇完成后，通過(guò)模型填充分析計(jì)算，最終生成流動(dòng)和翹曲分析結(jié)果，本文中主要針對(duì)產(chǎn)品的翹曲問(wèn)題進(jìn)行分析。通過(guò)分析得知，產(chǎn)品在Z向尖角處的變形量最大，Z向所有變形量達(dá)到1.87mm。如圖3所示。

圖3 翹曲變形的所有效應(yīng)

1.6 C柱裝飾板變形原理解析

一般翹曲的主要變形由3個(gè)因素引起。1）收縮不均勻：又稱(chēng)區(qū)域收縮，由于塑件厚度變化較大，中心區(qū)域比外圍區(qū)域收縮大而引起馬鞍形翹曲形狀；2）冷卻不均勻：由于型腔表面溫度分布不均、溫度沿厚度方向變化、模具的熱性質(zhì)等造成塑件翹曲變形；3）分子取向不一致：由于材料分子平行或垂直方向上的收縮不均勻造成翹曲［3］。

C柱裝飾板產(chǎn)品壁厚分布不均勻，并且中間壁厚（3.5mm）與周邊壁厚（1～2.0mm）相差較大，中心區(qū)域比外圍區(qū)域收縮大，因此產(chǎn)品主要為區(qū)域收縮引起的馬鞍形變形，如圖4所示。

1.7 Mold flow分析結(jié)果與實(shí)際成型對(duì)比

C柱裝飾板Moldflow仿真分析按實(shí)際模具流道系統(tǒng)及成型工藝條件建立，模具按照注塑工藝過(guò)程進(jìn)行產(chǎn)品試制并檢測(cè)產(chǎn)品變形量，實(shí)物檢測(cè)點(diǎn)位如圖5所示，設(shè)計(jì)要求為1±0.5mm，實(shí)測(cè)間隙①為1.9mm，間隙②為1.7mm，間隙③為1.6mm，可見(jiàn)C柱裝飾板所有變形量最大翹曲值為1.9 mm，與Moldflow仿真翹曲分析結(jié)果吻合。

圖5 實(shí)物檢測(cè)點(diǎn)位圖

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化減小翹曲

2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

為減少收縮差異，對(duì)產(chǎn)品邊緣部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。1）增加零件邊緣厚度來(lái)減少馬鞍形變形趨勢(shì)。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)①處厚度由3mm變更為3.5mm；②處邊厚度由1.2mm變更為2.2mm，如圖6所示，對(duì)①②處增加壁厚來(lái)減少區(qū)域收縮變形，從而減小變形量。2）增加零件翻邊（加強(qiáng)筋）來(lái)矯正馬鞍形變形。如圖7所示，當(dāng)a大于b時(shí)，產(chǎn)品角落上翹；當(dāng)a小于b時(shí)，產(chǎn)品角落下塌。為矯正馬鞍形的上翹變形，采用圖7 b所示結(jié)構(gòu)。因此在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)③處增加了2×2.5mm的翻邊，如圖8所示。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)變更后用Moldflow對(duì)新方案進(jìn)行翹曲分析。

2.2 優(yōu)化方案分析結(jié)果

通過(guò)模型填充分析計(jì)算，優(yōu)化方案分析的結(jié)果顯示產(chǎn)品在Z向翹曲變形量從1.87 mm降低到0.71mm，翹曲變形量有效降低62%，如圖9所示。后續(xù)采用此方案進(jìn)行修模，試模一次成功。

圖6 零件厚度變更位置

圖7 翹曲變形狀態(tài)

圖8 零件結(jié)構(gòu)斷面圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文中應(yīng)用Modflow軟件探討了產(chǎn)品厚度和形狀對(duì)于翹曲變形的影響，利用壁厚差異和產(chǎn)品形狀來(lái)改善變形，提供了一種解決變形問(wèn)題的思路。通過(guò)在計(jì)算機(jī)上修模和試模，根據(jù)Modlfow分析結(jié)果，僅一次實(shí)際試模就解決了產(chǎn)品的問(wèn)題點(diǎn)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段應(yīng)用Moldflow仿真分析來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的合理性，能提升設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量，同時(shí)能有效減少產(chǎn)品模具變更的次數(shù)，降低制造成本及縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

［1］陳艷霞，陳如香，吳盛金.Moldflow 2012完全學(xué)習(xí)手冊(cè)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012：281-284.

［2］孫國(guó)棟，劉長(zhǎng)華.基于MoldFlow軟件的開(kāi)關(guān)盒上蓋的翹曲變形分析及方案優(yōu)化［J］.塑料，2010，39（4）：10-12.

［3］郭廣思.注塑成型技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011：52-70，133，227.

Molding Analysisof Automobile CColumn Decorative Board Based on Mold flow

Zhou Peng,Zhang Qin,Gao Fangyong
（Technology Center,DongfengMotor Corporation,Wuhan 430058,China）

The injectionmolding of the automobile C column decorative board was simulated based on Moldflow,the warpage problem wasmainly analyzed and compared with the actualmolding effect.An optimization schemewas put forward through theoretical analysis,and the product structure wasmodified to reduce the deformation of the product.The results show the actualmolding effect isgood.It improves the productquality andmeets the design requirementsof the actual loading.

C column decorative board;injectionmolding;warpage;Moldflow

U463.83；TQ320.66+2

：A

：1008-5483（2017）01-0052-03

2016-05-25

周鵬（1984-），男，湖北天門(mén)人，工程師，從事汽車(chē)車(chē)身試制技術(shù)及工藝研究。E-mail：hapypeng@163.com

10.3969/j.issn.1008-5483.2017.01.012