基于Moldflow的汽車(chē)副儀表板面板注塑成型CAE分析

邊慧光，晁宇琦，胡紀(jì)全，王虎子，汪傳生

（青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東　青島　266061）

基于Moldflow的汽車(chē)副儀表板面板注塑成型CAE分析

邊慧光，晁宇琦，胡紀(jì)全，王虎子，汪傳生

（青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東青島266061）

本文采用有限元分析軟件Moldflow和三維軟件UG相結(jié)合的方法對(duì)汽車(chē)副儀表板面板進(jìn)行模流分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。通過(guò)UG軟件生成注塑產(chǎn)品，導(dǎo)入到分析軟件Moldflow中，通過(guò)Moldflow軟件進(jìn)行澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)的確定，然后對(duì)其注塑的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析，得到了副儀表板面板注塑時(shí)的最佳澆口位置以及模具的最大鎖模力，并發(fā)現(xiàn)其中的缺陷，如：氣穴、翹曲變形等，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行了相應(yīng)的討論，從而確定了合理的方案。

Moldflow；UG；模流分析；汽車(chē)副儀表板面板；工藝參數(shù)

隨著中國(guó)汽車(chē)行業(yè)的迅速發(fā)展, 人們對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾塑料構(gòu)件的要求也越來(lái)越高。然而傳統(tǒng)的注射制作產(chǎn)品模具主要依靠設(shè)計(jì)人員的直覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量和外觀很難得到保證[1~2]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和CAE技術(shù)的迅速發(fā)展,特別moldflow軟件的推出和應(yīng)用，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于注射成型領(lǐng)域，特別是汽車(chē)內(nèi)飾方面，不僅能夠得到高質(zhì)量的產(chǎn)品，同時(shí)可以滿足人們外觀上的需求[3~4]。

本文基于CAE技術(shù)，利用moldflow軟件對(duì)汽車(chē)副儀表板面板進(jìn)行模擬分析，為模具設(shè)計(jì)人員進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和注塑人員進(jìn)行注塑工藝參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。

1　塑件成型工藝分析

圖1為汽車(chē)副儀表板面板，該塑件材料主要為普利特PC+ABS-CB2340，體積為286.674 m3，要求壁厚在2.5 mm左右，其投影面積為520.085 m2，總體形狀為扁長(zhǎng)類(lèi)曲面狀結(jié)構(gòu)。塑件中有筋條，所以本產(chǎn)品要求要確保筋位強(qiáng)度，表面處的要求不是高，可以有熔接線，但對(duì)接角度要大于75。。然而塑件在生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生氣穴和變形等常見(jiàn)缺陷，嚴(yán)重影響筋位強(qiáng)度，因此為了加工塑件所需的模具應(yīng)特別注意避免產(chǎn)生這些問(wèn)題，本文采用通過(guò)moldflow軟件進(jìn)行模擬分析，獲得更好的優(yōu)化方案，以更好的提高產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1　汽車(chē)副儀表板面板

2　流動(dòng)分析評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

塑件的流動(dòng)分析評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1　流動(dòng)分析評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

3　塑件注塑成型CAE分析

在UG軟件中將汽車(chē)副儀表板面板的三維模型轉(zhuǎn)換成STL格式文件再導(dǎo)入Moldflow軟件。

3.1分析最佳澆口位置

3.1.1網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分是moldflow應(yīng)用分析前處理的基礎(chǔ)，其網(wǎng)格類(lèi)型分為中性面、雙層面和三維三種類(lèi)型。本文所要分析的汽車(chē)副儀表板面板采用雙層面進(jìn)行劃分，然后進(jìn)行網(wǎng)格修復(fù)，得到最大縱橫比為10.0，最小縱橫比為1.16（如圖2所示），網(wǎng)格匹配率為92.3%，符合分析要求，進(jìn)行進(jìn)一步分析處理。

圖2　網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)

3.1.2澆注系統(tǒng)的確定

澆注系統(tǒng)是注射模中將塑料熔體由注塑機(jī)噴嘴引入到型腔的流動(dòng)通道[5]，它是注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理對(duì)塑件的性能、尺寸、內(nèi)在質(zhì)量、外在質(zhì)量及模具的結(jié)構(gòu)、原料的利用率等有較大的影響。因此，利用moldflow軟件確定最佳的澆口位置如圖3所示。綜合得出該塑件的在注塑時(shí)應(yīng)采用側(cè)澆口和隧道澆口結(jié)合的方式進(jìn)行澆注，其中側(cè)澆口的尺寸為15 mm×1.2 mm，隧道澆口的尺寸為6 mm×1.2 mm。

圖3　澆口位置

3.2注塑模擬分析

3.2.1材料設(shè)置

該塑件使用材料主要為普利特PC+ABS -CB2340，其設(shè)置如圖4、圖5所示。

3.2.2工藝參數(shù)選取

該塑件在注塑過(guò)程中，所需工藝參數(shù)如表2所示：

表2　工藝參數(shù)

3.2.3填充模擬分析

充填模擬分析目的是為了查看塑件料流的充填行為是否合理，是否能夠充滿型腔，避免出現(xiàn)充不滿現(xiàn)象以及確定澆口設(shè)置的位置是否合理，為后續(xù)的分析做好準(zhǔn)備。充填時(shí)間的等值線如圖5所示。由圖6可知塑件在3.559 s時(shí)可完成熔體充填動(dòng)作，并且無(wú)短射現(xiàn)象，等值線均勻無(wú)滯留，符合評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，所以確定澆口位置符合要求。

3.2.4流動(dòng)前沿溫度分析

流動(dòng)前沿溫度是指熔體充填前沿中間層的溫度，是熔體到達(dá)某節(jié)點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)溫度，可以將用于判斷制品熔接痕質(zhì)量。由圖7可以看出，該產(chǎn)品的流動(dòng)前沿溫差為42.3℃，產(chǎn)品外觀面溫差為2℃。

圖4　材料描述

圖5　材料參數(shù)設(shè)置

3.2.5鎖模力的分析

鎖模力是指注塑機(jī)壓緊模具的最大力，一般用kN表示。通常情況下，鎖模力應(yīng)該小于注塑機(jī)最大鎖模力的 80%，本文通過(guò)有限元分析軟件moldflow軟件分析結(jié)果如圖8所示，可知該塑件模具的最大鎖模力320.7 t，因此需要公稱鎖模力大于400 t的注射機(jī)來(lái)使用該模具。

3.2.6氣穴分析

氣穴是指模具在注射過(guò)程中，模腔內(nèi)的空氣來(lái)不及排出，被物料所包圍或者被壓縮到模具內(nèi)壁處，引起制品表面欠注，氣穴影響制品的外觀甚至強(qiáng)度。本次設(shè)計(jì)的模具在注塑過(guò)程中可能在通風(fēng)、流程結(jié)束地區(qū)或肋骨處（如圖9所示）因?yàn)榭諝獠荒芗皶r(shí)排出而導(dǎo)致出現(xiàn)氣穴。

圖6　填充時(shí)間等值線

圖7　流動(dòng)前沿溫度

3.2.7體積收縮率分析

體積收縮率表示了每個(gè)單元相對(duì)于自身原始體積的收縮率[6]。體積收縮率是中間數(shù)據(jù)結(jié)果。如圖10中最大收縮率 4.857%是在填充結(jié)束那一刻預(yù)測(cè)的制品最大體積收縮率，而在保壓結(jié)束的那一刻體積收縮率最大值大約為2.245%，收縮率小于5%，足以滿足人們的需求。

圖8　鎖模力

圖9　氣穴分析

3.2.8翹曲變形分析

翹曲變形是指塑料塑件的形狀偏離模具型腔的形狀所規(guī)定的范圍，它是塑件常見(jiàn)的缺陷之一[7]。圖11所示的是該塑件發(fā)生翹曲變形的分析，其中，透明部分為變形前之產(chǎn)品，彩色部分為變形后之產(chǎn)品，其主要原因是塑件在脫模后一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或者扭曲的現(xiàn)象，通過(guò)分析可知該模具注塑出的塑件最大的變形量為1.62 mm；X軸方向的變形量為-0.840 6~1.475 mm，Y軸方向的變形量為-1.053~1.703 mm，Z軸方向的變形量為-1.165~0.615 1 mm。

4　結(jié)論

圖10　體積收縮率

圖11　總變形量

本文通過(guò)moldflow軟件對(duì)汽車(chē)副儀表板面板進(jìn)行總體分析，確定了最佳的澆口位置及其工藝參數(shù)的設(shè)定，然后對(duì)填充模擬、流動(dòng)前沿溫度、鎖模力、體積收縮率、氣穴、翹曲變形進(jìn)行綜合分析及討論。得到了填充時(shí)間為3.559 s，流動(dòng)前沿溫度的表面溫度差小于20℃，鎖模力為320.7 t，體積收縮率小于5%，塑件有少許部位可能會(huì)產(chǎn)生氣穴，翹曲變形總量為1.62 mm，總體看來(lái)，該方案可行，可以作為模具設(shè)計(jì)人員進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和注塑人員進(jìn)行注塑工藝參數(shù)調(diào)整的依據(jù)。

以上為第一階段試驗(yàn)數(shù)據(jù)，周期雖短，但是對(duì)機(jī)器震動(dòng)較大；經(jīng)重新優(yōu)化參數(shù)后實(shí)際工藝周期參數(shù)見(jiàn) 圖2 。

第二階段試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)地反映了機(jī)器穩(wěn)定后的周期在3.99 s見(jiàn)圖2。

從以上的驗(yàn)證結(jié)果可以看出，與理論分析的結(jié)論相吻合，達(dá)到驗(yàn)證的目地。

圖2　優(yōu)化各動(dòng)作時(shí)間后循環(huán)周期電腦畫(huà)頁(yè)

4　結(jié)論

薄壁件注塑產(chǎn)品對(duì)注塑機(jī)的要求為：

（1） 射膠螺桿的長(zhǎng)徑比L/D=25左右；

（2） 動(dòng)力系統(tǒng)足夠大，射膠速度足夠快，射膠壓力適當(dāng)；

（3） 熱效率要高，要有熱保護(hù)措施；

（4） 電腦反應(yīng)速度及靈敏度要相匹配；

（5） 各部分動(dòng)作要協(xié)調(diào)，各部分動(dòng)作周期要適當(dāng)。

[1]許正 . 薄壁注塑與哪款動(dòng)力系統(tǒng)更配 ， CPRJ中國(guó)塑料橡膠，2016.6/7.

[2]王興天主編 . 塑料機(jī)械設(shè)計(jì)與選用手冊(cè) ，化學(xué)工業(yè)出版社 ，2015.3.

[3]王興天主編 . 注塑技術(shù)與注塑機(jī) ， 化學(xué)工業(yè)出版社， 2005.5.

[4]王興天主編 . 注塑成型技術(shù) ， 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 1989.

(R-03)

CAE analysis of injection molding of automobile accessory instrument panel based on Moldfl ow

TQ320.662

1009-797X(2016)20-0061-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.20.019

邊慧光（1982-），男，副教授，博士，主要從事高分子材料加工機(jī)械的教學(xué)和科研工作。

2016-09-13