模流仿真在汽車電源分配盒塑膠殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張銳　陽(yáng)繼

摘 要：在汽車電源分配盒塑膠殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行多種初步方案的設(shè)計(jì)，然后利用模流仿真工具進(jìn)行仿真分析，對(duì)比仿真結(jié)果，選擇其中翹曲變形相對(duì)最小的方案繼續(xù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)的效率和產(chǎn)品的可靠性。文中實(shí)例說(shuō)明模流仿真對(duì)于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著很大的指導(dǎo)意義，也為類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可行的思路。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；模流仿真；翹曲變形

Abstract： In the plastic housings mechanical designing process of automotive power distribution box， more than one preliminary solutions are designed. Then the different solutions are analyzed by moldflow software and the results are compared. The solution with the least warpage is chosen as the one to go on with designing， which improved the design efficiency and reliability of product greatly. The case in the article illustrates that moldflow analysis has a strong guiding role to the mechanical designing of products， and it also provides a feasible solution to the designing of similar products.

Key words： Mechanical design， Moldflow analysis， Warpage

引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，汽車的輕量化得到了越來(lái)越多的汽車生產(chǎn)廠家的重視，而塑膠零件的大量應(yīng)用無(wú)疑為汽車輕量化提供了一個(gè)很好的解決方案。

電源分配盒是汽車中一個(gè)電器模塊化程度較高的模塊，通常都由塑膠殼體將很多線束或者元器件包圍在內(nèi)，起到固定和保護(hù)的作用。但由于塑膠殼體通常尺寸都比較大，結(jié)構(gòu)形狀又比較復(fù)雜，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，適時(shí)的進(jìn)行模流分析可以了解設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在注塑過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生的問(wèn)題，從而相應(yīng)的調(diào)整設(shè)計(jì)，可以有效的提高設(shè)計(jì)效率。

本文將以電源分配盒的下殼的設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明模流分析在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化作用。

1.電源分配盒的下殼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

電源分配盒通常由多個(gè)殼體以及各種電子電器元件組成。其中下殼與汽車的車身固定連接，承擔(dān)了上面的所有重量。為方便裝配，下殼的側(cè)面通常有用于中殼上汽車線束從側(cè)面安裝的U型開口，結(jié)構(gòu)不平衡的特點(diǎn)容易導(dǎo)致注塑后發(fā)生翹曲變形，在裝配后，變形的下殼被矯正到理論的形狀造成內(nèi)部應(yīng)力的存在，在受到振動(dòng)，沖擊等外部條件的影響時(shí)容易導(dǎo)致下殼的失效和損壞。同時(shí)由于整個(gè)電源分配盒有較高的防水要求，較大的翹曲變形會(huì)導(dǎo)致密封不良，可能會(huì)因內(nèi)部進(jìn)水而造成短路等安全問(wèn)題。所以，在下殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，如何減小翹曲變形是一個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，也是本文進(jìn)行模流分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要內(nèi)容。

2.兩種結(jié)構(gòu)方案的模流仿真分析對(duì)比

針對(duì)以上提到的下殼上U型開口結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，該結(jié)構(gòu)由總體的設(shè)計(jì)所決定而無(wú)法避免，但開口的位置是可以做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以減小翹曲變形。為此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的中期，下殼總體結(jié)構(gòu)初步成型時(shí)，就可以開始進(jìn)行U型開口位置的評(píng)估了。

在本文的電源分配盒下殼的設(shè)計(jì)案例中，根據(jù)設(shè)計(jì)初步確定了兩種可行的U型開口方案，第一種方案U型開口位于殼體下部側(cè)面的中間位置，第二種方案U型開口位于殼體左部側(cè)面的下端。將模型分別導(dǎo)入到Moldflow軟件中，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分和澆口設(shè)置，材料均設(shè)置為PA6+10%玻纖+20%玻珠，選擇合適的粘度特性與PVT特性模型，并且兩者選用相同的成型條件進(jìn)行求解計(jì)算。

得到的兩種方案X方向的翹曲變形云圖如圖1。由圖可以看出，在X方向上，方案1上部側(cè)壁位置紅色區(qū)域變形較大，在U型開口的左側(cè)變形最為顯著；方案2在上部側(cè)壁位置變形最為明顯，另外一個(gè)變形較大的區(qū)域發(fā)生在左下角的U型開口邊緣位置。從兩種結(jié)果也可以明顯的看到在冷卻過(guò)程中，角效應(yīng)導(dǎo)致側(cè)壁中心位置向內(nèi)收縮的效果非常明顯。

兩種方案Y方向的變形效果云圖如圖2所示。由圖可見，方案1由于下部中間的U型開口的存在，使得開口兩側(cè)的結(jié)構(gòu)向中間變形得非常明顯，結(jié)構(gòu)特征對(duì)變形的貢獻(xiàn)比角效應(yīng)更明顯；而方案2在這一方向上有結(jié)構(gòu)的支撐作用，只在U型開口邊緣有一定的變形，可以看到角效應(yīng)的作用。

兩種方案Z方向的變形效果云圖如圖3所示。由圖可見，在Z軸方向上，兩種方案都在上部的側(cè)壁和右邊的角落有一定的變形，方案1的最大變形量更大一些。

由以上分析可以看出，在相同的參數(shù)條件下，三個(gè)方向上的最大變形量，方案2均優(yōu)于方案1，所以選擇方案2作為U型開口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，來(lái)進(jìn)行后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

在以上實(shí)例中，如果按照方案1的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)直到完成，在進(jìn)行模流分析時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)有翹曲變形大的問(wèn)題，給后續(xù)的生產(chǎn)工藝以及產(chǎn)品的質(zhì)量管控帶來(lái)很高的風(fēng)險(xiǎn)。而通過(guò)在設(shè)計(jì)中間階段進(jìn)行模流分析，可以清楚的了解到各種設(shè)計(jì)方案可能會(huì)帶來(lái)哪些問(wèn)題，通過(guò)比較，選擇其中最好的方案作為選定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品才能夠最大程度上的回避注塑加工的風(fēng)險(xiǎn)，得到最為穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品。

3.結(jié)束語(yǔ)

由于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案和注塑工藝本身的限制，汽車上所用到的較大尺寸的塑膠零件通常都會(huì)有因注塑充填或者冷卻不均而造成的翹曲變形的缺陷，除了從注塑工藝的角度來(lái)優(yōu)化之外，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案上進(jìn)行改善有時(shí)更能起到?jīng)Q定性的效果。通過(guò)在設(shè)計(jì)階段對(duì)多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模流仿真分析，可以找到使產(chǎn)品質(zhì)量更可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，提高了設(shè)計(jì)的有效性，也大大提高了產(chǎn)品的可生產(chǎn)性，降低了風(fēng)險(xiǎn)。

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