基于Moldflow的汽車高位剎燈燈殼的模流分析及翹曲優(yōu)化

何建林，白志鵬

（廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院，佛山 528216）

基于Moldflow的汽車高位剎燈燈殼的模流分析及翹曲優(yōu)化

何建林，白志鵬

（廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院，佛山 528216）

針對(duì)高位剎燈燈殼裝配尺寸要求高，翹曲變形量大等問(wèn)題，運(yùn)用Moldflow軟件對(duì)汽車高位剎燈燈殼注塑成型過(guò)程進(jìn)行模流分析。通過(guò)分析得出最佳填充平衡澆口位置與改善翹曲變形具體方法。分析結(jié)果表明，通過(guò)Moldflow前期分析可以預(yù)測(cè)注塑成型潛在問(wèn)題點(diǎn)并提出改善方案，減少試模次數(shù)。

網(wǎng)格分析；翹曲；注射工藝流程分析

0 引言

在塑件注塑成型過(guò)程中，注塑成型工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和試模方法，往往效率低、成本高，難以滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）軟件能很好地解決這一問(wèn)題，采用CAE模流分析能夠模擬塑件注塑成型的整個(gè)過(guò)程，通過(guò)分析的結(jié)果可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品的不良缺陷對(duì)應(yīng)的位置、翹曲變形量以及塑件成型周期的判斷，提前作出應(yīng)對(duì)缺陷的措施，為現(xiàn)場(chǎng)試模提供最優(yōu)化的成型工藝，減少試模材料浪費(fèi)以及試模次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。翹曲變形一直是注塑成型產(chǎn)品比較難解決的一個(gè)難題，通過(guò)模流分析軟件可以預(yù)測(cè)變形方向與變形量。本文研究汽車高剎車燈燈體最佳進(jìn)澆口位置以及變形改善方法，從填充分析結(jié)果可以判斷進(jìn)澆口的最佳進(jìn)澆位置，從翹曲變形分析得出結(jié)論產(chǎn)品變形主要是收縮變形引：起，我們可以從三個(gè)方向去改善收縮變形：1）優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；2）優(yōu)化冷卻系統(tǒng)；3）優(yōu)化成型工藝。產(chǎn)品Moldflow前期分析，可以為設(shè)計(jì)提供流道澆口尺寸大小、冷卻水路的排布，為成型注塑提供成型工藝表，快速調(diào)整試模工藝。

圖1 高剎燈燈體

1 汽車高剎車燈燈體及材料分析

高剎車燈燈體如圖1所示，產(chǎn)品整體大小：26×481×67mm，基本壁厚為2.0mm。由于產(chǎn)品長(zhǎng)度方向尺寸達(dá)到481mm，所以成型很容易發(fā)生翹曲變形。成型材料為ABS，牌號(hào)為Novodur HH-106。圖2為材料物性表，圖3為材料粘度曲線，從材料物性表分析可知此材料模具溫度范圍值較小，熔體溫度范圍值較大，有利于成型產(chǎn)品工藝調(diào)整。

圖2 材料物性表

2 網(wǎng)格優(yōu)化處理

圖3 材料粘度曲線

2.1 網(wǎng)格前期處理

眾所周知，為了得到更準(zhǔn)確的分析結(jié)果，前期的網(wǎng)格處理必不可少。通過(guò)CAD doctor軟件對(duì)3D產(chǎn)品進(jìn)行小特征處理（倒角、圓角、斜角、臺(tái)階、孔、柱、字體等），從而簡(jiǎn)化產(chǎn)品，為Moldflow提供更高質(zhì)量網(wǎng)格進(jìn)行分析。

如圖4所示為CAD doctor去除圓角、倒角小特征數(shù)量及閥值（建議將小于0.5mm的圓角與倒角去除）。

為保證簡(jiǎn)化質(zhì)量，CAD doctor各類型錯(cuò)誤必須為零，如圖5所示。

2.2 網(wǎng)格劃分

圖4 圓角與倒角處理

圖5 類型錯(cuò)誤分析

Moldflow依據(jù)的是有限元分析，所以網(wǎng)格劃分的數(shù)量直接影響著網(wǎng)格質(zhì)量，但并不是網(wǎng)格數(shù)量越多越好，因?yàn)檫@樣會(huì)影響分析速度，達(dá)不到既要提高分析效率又要提高分析精度的效果。劃分網(wǎng)格的全局邊長(zhǎng)為默認(rèn)全局邊長(zhǎng)的1/3或是產(chǎn)品基本壁厚的1～1.5倍。如果網(wǎng)格類型為雙層面網(wǎng)格，建議網(wǎng)格數(shù)量在10萬(wàn)以內(nèi)，3D網(wǎng)格建議在100萬(wàn)以內(nèi)。在網(wǎng)格質(zhì)量管控里面，除了網(wǎng)格數(shù)量評(píng)估以外，還需對(duì)網(wǎng)格匹配率進(jìn)行評(píng)估。只進(jìn)行填充分析序列時(shí)，網(wǎng)格匹配率達(dá)到85%就可以進(jìn)行分析，需要進(jìn)行翹曲變形分析、運(yùn)水分析時(shí)，匹配率至少要達(dá)到90%才能準(zhǔn)確的模擬分析。若有達(dá)不到匹配要求的，只能劃分3D網(wǎng)格進(jìn)行分析。網(wǎng)格數(shù)量與匹配率是相對(duì)變化的，所以只有權(quán)衡兩者之間的平衡點(diǎn)，才能達(dá)到好的網(wǎng)格質(zhì)量又能提高分析效率與分析精度。圖6所示為網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)圖，由統(tǒng)計(jì)可以看出網(wǎng)格質(zhì)量沒(méi)問(wèn)題。

圖6 網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)

3 模流分析

3.1 網(wǎng)格類型選擇

圖7所示為產(chǎn)品厚度分布情況，產(chǎn)品整體壁厚均勻，沒(méi)有急變區(qū)域，所以選用雙層面網(wǎng)格分析。從厚度分布可以看出產(chǎn)品外觀沒(méi)有縮影的風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 產(chǎn)品厚度分析

3.2 填充分析

考慮模具需要生產(chǎn)50萬(wàn)模，為避免產(chǎn)生流道澆口的廢料過(guò)多，所以采用熱流道兩點(diǎn)魚(yú)雷式進(jìn)膠方式，如圖8所示。

圖8 產(chǎn)品進(jìn)膠方式

圖9 填充時(shí)間

填充工藝設(shè)置為：填充時(shí)間為2s，模具表面溫度為50℃，熔體溫度為250℃，速度/壓力切換點(diǎn)為體積的98%，保壓時(shí)間為6s（恒保壓），保壓壓力為填充壓力的80%。

3.3 填充時(shí)間

如圖9所示，填充沒(méi)有產(chǎn)生滯留現(xiàn)象、短射現(xiàn)象，且兩端填充平衡，實(shí)現(xiàn)壓力最小化，從而確定最佳進(jìn)膠口方案。

3.4 速度/壓力切換時(shí)的壓力

如圖10所示，填充最大的壓力為68.91MPa，產(chǎn)品壓力下降均勻，沒(méi)有引起過(guò)保壓現(xiàn)象，填充壓力沒(méi)有超過(guò)注塑機(jī)最大壓力值。均勻的壓力降對(duì)成型工藝調(diào)整變形有很大的幫助。

圖10 速度/壓力切換時(shí)的壓力

3.5 熔接線位置

如圖11所示為熔接線位置，在熔接線的區(qū)域增加排氣鑲件能改善熔接線可見(jiàn)程度，從而達(dá)到產(chǎn)品外觀要求及強(qiáng)度要求。一般有熔接線的地方都要增加排氣鑲件，因?yàn)樵趦晒赡z融合的地方都會(huì)產(chǎn)生困氣，如果氣體不及時(shí)排出模具外面，產(chǎn)品融合處容易燒焦、發(fā)黑現(xiàn)象，對(duì)外觀有影響。所以模具上要拆鑲件，而且鑲件的大小要在熔接線60mm范圍以內(nèi)，因?yàn)閷?shí)際成型，熔接線有可能會(huì)有差異。

圖11 熔接線

3.6 翹曲變形分析

由變形分析結(jié)果可知，變形往兩端翹曲，箭頭為變形方向，翹曲變形分為X、Y、Z三個(gè)方向變形，產(chǎn)品主要是Z方向有裝配尺寸要求，如圖12所示為產(chǎn)品Z方向變形量，產(chǎn)品Z方向變形大，變形量為1.319mm，不符合裝配要求。

圖12 Z方向變形量

4 變形解決方案分析

由于產(chǎn)品為長(zhǎng)條類產(chǎn)品，容易往上翹變形，針對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可知，產(chǎn)品頭部上翹，可以在頭部加筋，一般產(chǎn)品往哪個(gè)方向變形，就往哪個(gè)方向加筋位，使向上翹變形減少，如圖13所示。

產(chǎn)品填充末端收縮大，難保壓，所以一般哪里變形大，就在哪里做減膠處理，頭部黃色面減膠0.2mm，由2.0mm減至1.8mm，主要是改善頭部收縮大引起的翹曲變形，如圖14所示。

圖13 產(chǎn)品增加筋位

圖14 黃色面減膠

保壓工藝調(diào)整：采用分段保壓曲線有利于減少產(chǎn)品內(nèi)殘余應(yīng)力，使產(chǎn)品后收縮減少，降低翹曲變形，保壓工藝如圖15所示。

圖15 保壓曲線

模具冷卻系統(tǒng)對(duì)模具的成型周期與產(chǎn)品翹曲變形十分重要，均勻的冷卻能縮短成型周期、減少產(chǎn)品變形，使產(chǎn)品整體均勻收縮。前模分兩組運(yùn)水，后模分三組運(yùn)水有利于實(shí)際成型試模水溫的單獨(dú)調(diào)整，此產(chǎn)品水路分布均勻，有助于改善翹曲變形，圖16所示為前模運(yùn)水分布圖，圖17所示為后模運(yùn)水分布圖。

圖16 前模運(yùn)水

圖17 前模運(yùn)水

5 變形優(yōu)化驗(yàn)證

5.1 變形優(yōu)化驗(yàn)證分析結(jié)果

建立前后模運(yùn)水，使用前后模溫度的差異來(lái)調(diào)整變形量，前模水溫設(shè)置30℃，后模水溫設(shè)置40℃。一般進(jìn)出水口的溫度不超過(guò)3℃，如圖18、圖19所示，為前后模運(yùn)水進(jìn)出水口溫度，溫度差異較小，運(yùn)水排布均勻、合理。

圖18 前模運(yùn)水進(jìn)出水口溫度

圖19 后模運(yùn)水進(jìn)出水口溫度

前后模具溫度差異一般不超過(guò)10℃，過(guò)大的溫差會(huì)造成產(chǎn)品的變形，且后模溫度不能過(guò)高，否則頂針容易燒死。圖20、圖21所示為模具前后模溫比較，由圖可知，前后模溫差不超過(guò)10℃，滿足成型要求，實(shí)際成型可以依據(jù)此前后模運(yùn)水溫度設(shè)置進(jìn)行微調(diào)，達(dá)到成型最優(yōu)化。

圖20 前模溫度

圖21 后模溫度

5.2 產(chǎn)品優(yōu)化后變形分析

通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、保壓曲線、冷卻系統(tǒng)后，分析得出產(chǎn)品Z方向變形量為0.4921mm。變形量由優(yōu)化前的1.319mm降至0.4921mm，下降了0.8269mm，Z方向變形有了明顯的改善，符合產(chǎn)品裝配要求。如圖22所示為優(yōu)化后的變形量。

圖22 優(yōu)化后Z方向變形量

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6 結(jié)論

通過(guò)Moldflow軟件，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的前期對(duì)產(chǎn)品的成型進(jìn)行模擬，可以找到產(chǎn)品最佳進(jìn)膠方式，使填充平衡。在產(chǎn)品潛在問(wèn)題點(diǎn)方面，將模擬出來(lái)的變形量以及熔接線位置、縮水等潛在問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行與客戶溝通，對(duì)產(chǎn)品外觀有影響的問(wèn)題，我們就在前期通過(guò)不同方案的驗(yàn)證，得出最優(yōu)化質(zhì)量產(chǎn)品的可行方案。在模具設(shè)計(jì)方面，我們會(huì)將產(chǎn)品上有產(chǎn)生困氣、熔接線位置反映給設(shè)計(jì)組，建議產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)增加排氣鑲件。同時(shí)還有澆口的位置、澆口直徑、流道直徑、運(yùn)水排布、尺寸等信息反饋給設(shè)計(jì)組。在成型工藝方面，可以依據(jù)Moldflow分析出來(lái)的工藝參數(shù)反饋給現(xiàn)場(chǎng)試模技術(shù)人員進(jìn)行試模微調(diào)，節(jié)約試模時(shí)間。這也是降低傳統(tǒng)試模次數(shù)多，產(chǎn)品成型報(bào)廢率高的有效方法。經(jīng)過(guò)模擬驗(yàn)證，汽車高剎燈燈體在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、冷卻水路、保壓工藝三方面合理性優(yōu)化后，變形得到了最大改善，為客戶、設(shè)計(jì)與成型方面能提供了寶貴的參考價(jià)值。

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Molding fow analysis and warping optimization based on moldfow for high brake lamp of automobile

HE Jian-lin, BAI Zhi-peng

TH12

：A

1009-0134(2017)06-0081-05

2017-04-13

何建林（1978 -），男，廣東梅縣人，講師，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造。