某車型薄壁化保險(xiǎn)杠的Moldflow分析

程健，劉凱，黃家奇

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

隨著汽車輕量化發(fā)展的需求，薄壁化技術(shù)已越來越得到各主機(jī)廠的高度關(guān)注。薄壁化技術(shù)就是在確保產(chǎn)品綜合性能的前提下，使用高流動性、高模量、高抗沖的新材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料而研制的新產(chǎn)品[1-5]。該技術(shù)在滿足設(shè)計(jì)需求的條件下，能有效減少產(chǎn)品單件用材，減輕單件產(chǎn)品質(zhì)量，縮短成型周期，降低制造過程能耗，后收縮小，有利于制件與車身的匹配以及生產(chǎn)過程中的尺寸質(zhì)量控制。本文主要是針對某款車型薄壁化保險(xiǎn)杠的可行性展開分析。

1　CAD模型建立

大型注塑件產(chǎn)品成型，借助模流分析是產(chǎn)品質(zhì)量保證的重要手段。通過實(shí)體網(wǎng)格劃分，三角形共計(jì)201978個(gè)，最大縱橫比5.99，匹配百分率達(dá)93.2%，符合建模要求，具備CAE分析條件。

1.1　成型工藝設(shè)定

產(chǎn)品的質(zhì)量很大程度上取決于工藝參數(shù)，不合理的成型工藝會導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷多、生產(chǎn)周期長、能耗高等問題[5]。薄壁保險(xiǎn)杠采用一模一腔注射成型，材料選用金發(fā)牌號ABP-2040，PP+EPDM-T22，工藝參數(shù)設(shè)定為：熔體溫度210℃，頂出溫度 125℃，模具表面溫度 30℃，最大剪切應(yīng)力0.25MPa，注塑時(shí)間為8.6s，保壓時(shí)間10s。

薄壁化保險(xiǎn)杠產(chǎn)品長1818mm×寬500mm×高808mm，平均壁厚2.5mm。壁厚不均易造成充填困難、收縮不均、應(yīng)力集中或翹曲明顯的缺陷[4]。如圖1所示，通過網(wǎng)格厚度診斷，產(chǎn)品大面壁厚符合設(shè)計(jì)要求且基本一致。

圖1　某款車型薄壁化保險(xiǎn)杠產(chǎn)品壁厚分析

1.2　澆注系統(tǒng)設(shè)置

薄壁化保險(xiǎn)杠澆注系統(tǒng)，采用熱流道轉(zhuǎn)冷流道進(jìn)膠，熱流道用整體式側(cè)進(jìn)膠方式。各個(gè)澆口同時(shí)進(jìn)膠，產(chǎn)品表面會形成層較多的熔接痕，影響產(chǎn)品質(zhì)量，利用順序閥進(jìn)行控制，能有效地消除外觀缺陷。如圖 2所示，控制順序?yàn)橄乳_ G1點(diǎn)，G2和G3點(diǎn)延遲1.4秒，G4和G5點(diǎn)延遲2.8秒，G6、G7、G8、G9點(diǎn)延遲6.3秒。

圖2　某款車型薄壁化保險(xiǎn)杠澆注系統(tǒng)分析

2　Moldflow仿真分析

2.1　熔體流動前沿溫度分析

薄壁化保險(xiǎn)杠材料推薦成型范圍為190℃-245℃，從圖3分析結(jié)果，流動前沿溫度范圍為 185.4℃-211.3℃，產(chǎn)品外觀面溫差為25.9℃，前沿溫度低處因塑膠發(fā)生滯流，流動前沿溫度急劇下降至 185.4℃，已接近于凝固溫度，低溫處需要增開排氣。

圖3　某款車型薄壁化保險(xiǎn)杠流動前沿溫度分析

2.2　V/P轉(zhuǎn)換及其壓力分布分析

圖4　某款車型薄壁化保險(xiǎn)杠速度/壓力切換時(shí)壓力分布

如圖4所示，薄壁化保險(xiǎn)杠產(chǎn)品充填體積98.69%時(shí)進(jìn)行保壓切換，充填趨近平衡。射壓在可接受范圍內(nèi)。

2.3　鎖模力分析

如圖 5所示，薄壁化保險(xiǎn)杠最大鎖模力為2285.7T，滿足注塑機(jī)成型要求：鎖模力值小于注塑機(jī)最大鎖模力的80%（注塑機(jī)最大鎖模力為8090噸）。

圖5　某款車型薄壁化保險(xiǎn)杠鎖模力分析

2.4　成型缺陷分析

來自兩個(gè)方向或多個(gè)方向的熔體相遇時(shí)會形成熔接線和熔合線。一般來說，熔接線對產(chǎn)品的強(qiáng)度及噴涂后處理均有影響。當(dāng)不可避免時(shí)，可通過控制相遇的兩股熔體溫度來提高熔合處的強(qiáng)度。

在塑料熔體充填過程中，除了原有的空氣外，塑料所含水分在高溫下蒸發(fā)產(chǎn)生水蒸氣，形成氣穴，導(dǎo)致產(chǎn)品填充不滿，局部炭化和燒焦現(xiàn)象。

圖6　某款車型薄壁化保險(xiǎn)杠氣穴與熔接痕分析

圖7　某款車型薄壁化保險(xiǎn)杠頂出時(shí)體積收縮

圖8　某款車型薄壁化保險(xiǎn)杠縮印

從圖 6分析結(jié)果來看，薄壁化保險(xiǎn)杠熔接線處流前溫度198℃～200℃，結(jié)合線結(jié)合溫度較高，痕跡不明顯，結(jié)合質(zhì)量好。在困氣產(chǎn)生處需增加排氣，筋位處可以通過頂針排出。

從圖7和圖8可以看出，薄壁化保險(xiǎn)杠產(chǎn)品整體收縮分布均勻，外觀沒有明顯縮痕，延長保壓時(shí)間及加大保壓壓力均可減輕縮痕程度。

圖9　某款車型薄壁化保險(xiǎn)杠變形分析

從圖 9可以看出，薄壁化保險(xiǎn)杠產(chǎn)品整體收縮均勻，Z方向上中間位置下凹，兩側(cè)外翹，整體上無明顯變形。

3　結(jié)論

綜上所述，我們可以得出一下結(jié)論：

1）從熔體流動前沿溫度、V/P轉(zhuǎn)換壓力分布及鎖模力方面仿真分析薄壁化保險(xiǎn)杠，現(xiàn)有成型工藝可行。

2）分析了熔接痕、氣穴、翹曲幾種常見缺陷，確保薄壁化保險(xiǎn)杠的生產(chǎn)正常進(jìn)行，這些都充分說明某款車型薄壁化保險(xiǎn)杠已具備量產(chǎn)條件。

[1] 劉鴻文.材料力學(xué).[M].高等教育出版社.2004:140-142.

[2] 崔麗梅.聚丙烯汽車保險(xiǎn)杠專用料的研制[J],Study of special material PP for automobile bumper,工程塑料應(yīng)用,2004:10-13.

[3] 馬衛(wèi)華.高抗沖高模量聚丙烯的制備[J], Preparation of polypropy-lene with high modulus and shock-resistance,工程塑料應(yīng)用,2005:25-28.

[4] 劉建平.高分子科學(xué)與材料工程實(shí)驗(yàn)[M],化學(xué)工業(yè)出版社,2005:90-92.

[5] 吳俊超.復(fù)雜薄壁注塑件翹曲變形及注塑工藝參數(shù)的優(yōu)化與研究[D],南昌大學(xué)出版社,2012:12-58.