皮卡翼子板出風口熔接線驗證與結構優(yōu)化

江曉翊 孟云飛

摘 要：文章以某款皮卡翼子板出風口本體為研究對象，針對在項目開發(fā)過程中皮卡翼子板出風口在進行落球沖擊性能試驗的時候出現(xiàn)的卡爪斷裂的問題點。因為皮卡功能的要求，安裝空間限制，對手件及自身的制造工藝瓶頸或外觀A面設計造型理念的要求，而產(chǎn)生的產(chǎn)品壁厚分布不均的情況。結合產(chǎn)品電鍍外框和ASA本體的裝配需求，在本體結構上就產(chǎn)生了U型的卡爪結構。此種類型的卡爪，在注塑件熔融流體在模具型腔內流動的時候會從卡爪兩側進膠，最終波前鋒匯聚的部分形成熔接線。應汽車車身零件的試驗驗證要求，相關產(chǎn)品需要通過落球沖擊試驗，文章在產(chǎn)品T0之后出現(xiàn)卡爪沖擊斷裂的情況下，結合利用Moldflow軟件，針對現(xiàn)在模具T1開發(fā)階段產(chǎn)品，分析發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的熔接線是卡爪中部脆性斷裂的根源，并使用CAE模擬分析針對出風口的本體的熔接線優(yōu)化融合角度提出最佳模具修模方案。針對模流分析的結果，結合當前的模具狀況，通過優(yōu)化一體卡爪的壁厚，導入到模具修改之中，設變后的產(chǎn)品一次通過所有相關實驗驗證，最終達成該車型產(chǎn)品順利導入量產(chǎn)。

關鍵詞：翼子板出風口；模流分析；熔接線；落球沖擊

中圖分類號：U463 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0013-03

Abstract： In this paper， a pickup fender duct body is taken as the research object， aiming at the problem point of claw fracture during the impact test of the pickup airfoil outlet in the course of the project development. Due to the requirements of pickup function， installation space constraints， counterparts and their own manufacturing process bottlenecks or the appearance of A-plane design concept requirements， and the production of uneven distribution of product wall thickness. According to the assembly requirements of the electroplated frame and ASA body， the U-type claw structure is produced in the ontology structure. This type of claw will be glued from the two sides of the claw when the melt fluid flows in the mold cavity， and finally the part of the wave front converge to form the welding line. According to the test verification requirements of automobile body parts， the related products need to pass the ball impact test. In the case of claw impact fracture after product T0， combined with the use of Moldflow software， this paper aims at the product in the developing stage of mould T1. It is found that the welding line is the root of brittle fracture in the middle of the claw， and the optimal die repair scheme is put forward by using CAE simulation analysis to optimize the fusion angle of the welding line of the fender duct body. According to the result of Moldflow analysis， as well as the current mold condition， through optimizing the wall thickness of the integral claw， it is introduced into the mold modification， the product after the change is verified by all relevant experiments， and finally the model product is successfully imported into mass production.

Keywords： fender duct； Moldflow analysis； welding line； drop ball impact

前言

皮卡塑料件外觀件的設計中，需要綜合考慮后工序的注塑模具的設計制造和后工序的電鍍工藝，皮紋工藝，涂裝工藝等工藝能力可行性的分析，本文以某款皮卡翼子板出風口為例，因為是電鍍注塑件ABS外框，與ASA注塑本體進行裝配成小總成之后，然后再通過卡主哈3M膠帶裝配到皮卡翼子板上，因為與電鍍外寬相卡配的卡爪本體是與翼子板本體一體注塑成型的?？ㄗυ谝惑w注塑的情況下，由于注塑平衡，澆口位置設置，壓力和溫度，包括材料的流動性能等等因素的影響下，會產(chǎn)生熔接線。未來保證皮卡翼子板出風口的外觀性能，減少注塑，組立等后工序的廢品率，改善模具的加工工藝，提升產(chǎn)品的力學性能，在設計和加工模具之前我們會進行CAD數(shù)據(jù)模擬和CAE等有限元分析進行產(chǎn)品的結構優(yōu)化和模具結構的優(yōu)化。

本文就翼子板出風口的本體的熔接線引起的卡爪斷裂問題進行解析和對策。結合近年來發(fā)展壯大的有限元分析方法，運用計算機輔助工程CAE的Moldflow進行產(chǎn)品的設計結構的優(yōu)化，分析出原因是由于設計結構和澆口設置導致的熔接線引起的卡爪斷裂的問題，提出一些改進的建議和對策，希望能對此類問題的解決提供借鑒和指導。

1 現(xiàn)狀調查

如下圖1所示為翼子板出風口本體的3D圖，材料為ASA，產(chǎn)品尺297mm×145mm×41mm，產(chǎn)品壁厚3.5mm，整體產(chǎn)品壁厚均勻。本體的壁厚3.5mm，相關產(chǎn)品設計時據(jù)經(jīng)驗“肋的寬度為壁厚的0.5～0.7倍”[1]。該產(chǎn)品為皮卡翼子板外飾皮紋件，商業(yè)外觀要求高，不得有注塑相關缺陷：熔接痕、頂針痕、流痕、飛邊、縮痕、斜頂印、裂痕、皮紋色差、缺口、外觀擦傷等外觀缺陷，并且需要保證與翼子板以及電鍍標牌和電鍍外框的配合良好。

問題點描述：翼子板出風口本體產(chǎn)品裝配后沒有任何問題，但是在某主機廠的落球沖擊試驗的時候，在產(chǎn)品受到外部的落球的沖擊的時候，本體上的10個卡爪靠近沖擊點都從中間斷裂，從而試驗無法通過。無法滿足商品性能物明顯下降的判定要求。

2 CAE分析

2.1 澆口位置的確定

MOLDFLOW的MPI版塊能自動生成最佳澆口位置的相關信息[2]。根據(jù)本產(chǎn)品的結構特點以及以往相似產(chǎn)品經(jīng)驗，采用圖2澆口進膠?？紤]翼子板出風口本體的尺寸和外觀等實際裝車要求，使用熱流道澆注系統(tǒng)，進澆方式采用一模二腔，點側澆口。實車匹配時，本體的下部裝配之后位于車身內部，為不可視區(qū)域，為了保證量產(chǎn)狀態(tài)裝車后的產(chǎn)品表面美觀度，選擇將澆口位置設置在此處。

2.2 填充分析

MOLDFLOW是經(jīng)驗和技能的理論支撐[3]。注塑模具的填充分析結果，相關分析主要用于查看ASA出風口本體制件的注塑填充流體流動是否合理，熔體的填充是否平衡，在熔體冷卻之前，能否完成對本體制件的完全填充等。分析圖可知，充填時間為2.166s；產(chǎn)品主體的熔體流動前沿溫度在246.4℃，此值在推薦選取的ASA材料熔融范圍之內；出風口注射時在模具內流動平衡，整體無明顯滯留或者短射處。（1）料流前鋒本體溫差為

6.4℃，最低料流前鋒溫度如圖所示。（2）料流前鋒溫度反映了熔體在充填過程中到達不同位置的溫度，當該溫度低于材料的固化溫度時易造成短射，或者當兩料流前鋒相遇時形成熔接線時，造成熔接線的強度和表觀質量。

（1）V/P轉化點的壓力是52.06Mpa。

（2）MoldFlow在模擬充填過程中，充填過程的前期用料流前鋒的速率來控制，當充填過程到達V/P轉換點時，充填改為壓力控制。

（3）V/P轉化點太早，產(chǎn)品容易短射/Cycle Time增加；V/P轉化點太晚，產(chǎn)品容易出現(xiàn)飛邊/Burn Marks。

2.3 熔接線分析

注塑本體ASA這種注塑模具生產(chǎn)的塑料件的熔接線，在一般的情況下因為U形結構兩側都可以進膠，所以是無法避免的。如下圖5模流分析得出的熔接線的情況。

匯合角大于135°稱為熔合線，小于135°則稱為熔接線；匯合角越大，表明熔接線性能越好，對制件外觀及力學性能影響越小[5]。

3 對策與方案

據(jù)統(tǒng)計，70%的注塑缺陷是由產(chǎn)品結構設計和模具設計的不合理所引起的[4]：本體的塑料材料ASA，由于高分子材料的構成，在注塑的高溫高壓的情況下， 流體根據(jù)產(chǎn)品的壁厚不同和結構的流向不同，熔體的流動會有不同的速度和方向，不同的熔體前鋒進行匯合的時候會產(chǎn)生不同的融合角度。

經(jīng)過Moldflow分析的優(yōu)化，為了達到從卡爪中間趕走熔接線，增加熔體流動前鋒的熔接角度，減少熔接線給產(chǎn)品的力學性能帶來的缺陷，最終確定方案為：如下圖卡爪單側位置增加1mm的壁厚。從而通過不同的壁厚的熔體的流速，達到熔體流動的不平衡，進而改變的熔體匯合的角度，如下圖6，當前方案設計成單側的壁厚加厚。

4 效果檢查

通過加減、肉厚措施，翼子板出風口本體的產(chǎn)品的熔接線熔接角度得到有效解決。（1）圖示熔接線不會影響產(chǎn)品的外觀。（2）熔接線在定義上有Weld Line和Melt Line，它們之間的區(qū)別在于料流熔接角度的大小，Weld Line對產(chǎn)品表觀質量和力學性能的影響大。

5 結束語

（1）本文通過對于皮卡上的翼子板出風口，ASA注塑產(chǎn)品的本體的卡爪由于熔接線引起的卡爪斷裂問題進行理論和實踐的分析，通過優(yōu)化卡爪的壁厚和結構，從而優(yōu)化熔接線的熔接角度和位置，解決產(chǎn)品的熔接線引發(fā)的斷裂問題，最終保證了產(chǎn)品的順利量產(chǎn)上市。

（2）通過應用Moldflow 軟件，結合當前的CAD設計軟件的加膠減膠不同方案的模具流體有限元分析驗證，在不用實際進行模具修改的前提下，進行產(chǎn)品結構優(yōu)化的數(shù)據(jù)化模擬分析，通過模流分析報告的結果預測可能在后續(xù)注塑模具引起的熔接線的位置和角度，結合過往的注塑實績經(jīng)驗，通過檢討當前模具狀態(tài)，從生產(chǎn)的角度進行優(yōu)化，制定最佳的可行的設變成型方案。

（3）設計前后期結合Moldflow 分析能夠驗證設計方案的量產(chǎn)可行性分析，提高注塑件的質量，極大地減少試模以及修模次數(shù)，從而達到降低生產(chǎn)成本的目的，今后我們在開發(fā)設計類似的產(chǎn)品的熔接線引起的斷裂問題的時候，可以通過不對稱結構和壁厚的設計，通過澆口進行流動平衡的控制，結合澆口位置數(shù)量的調整改變熔體流動的方向，從而從前期解決和規(guī)避相關問題。

參考文獻：

[1]曹渡.汽車內外飾設計與實戰(zhàn)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011：152.

[2]周其炎.Moldflow 5.0基礎與典型范例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007：88-109.

[3]李代敘.MOLDFLOW模流分析從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2012.

[4]李海梅，申長雨.注塑成型及模具設計實用技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002：3-10.

[5]Nguyen-Chung T. Flow Analysis of the Weld Line Formation during Injection Mold Filling of Thermoplastics [J].Rheol Acta. 2004，43：240-245.