模流分析在汽車注塑件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

貢曉潔+張長春+葉遠(yuǎn)林

摘要： 鑒于越來越多的注塑部件應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)，而注塑產(chǎn)品的熔接線通常是強(qiáng)度最薄弱的區(qū)域，因此對(duì)熔接線的預(yù)測(cè)和優(yōu)化非常重要。以某汽車前端模塊為實(shí)例，闡述借助Moldflow快速找到改善熔接線質(zhì)量的解決方案。經(jīng)Moldflow分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)澆口位置和數(shù)量不變時(shí)，優(yōu)化產(chǎn)品的局部料厚可以明顯提高熔接線的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 汽車； 模流分析； 前端模塊； 熔接線； 壁厚

中圖分類號(hào)： U463.831 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

Application of mold flow analysis in design of automobile injection molded parts

GONG Xiaojie， ZHANG Changchun， YE Yuanlin

（Automotive Engineering Research and Development Institute， Chery Automobile Co.， Ltd.，

Wuhu， 241009， Anhui， China）

Abstract： More and more injection molded parts are applied to automotive design， and the weld lines of injection molded products are usually the areas with the weakest strength. Therefore， it is very important to predict and optimize the weld lines. Taking an automobile front-end module as an example， the solution to quickly improve the welding line quality is proposed by Moldflow. The results obtained by Moldlfow analysis show that the weld line quality can be improved by material thickness optimization when the gate location and the number are not changed.

Key words： automobile； mold flow analysis； front end module； weld line； wall thickness

0 引 言

Moldflow是一款在注塑行業(yè)中具有代表性的CAE仿真分析軟件，在產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)階段均有較高的運(yùn)用價(jià)值，能夠?qū)φ麄€(gè)注塑成型過程進(jìn)行仿真分析，可預(yù)測(cè)產(chǎn)品在成型過程中可能出現(xiàn)的問題，如短射、困氣、變形、熔接線、縮痕等缺陷，因此在新產(chǎn)品開發(fā)期間可以很好地提供產(chǎn)品和模具優(yōu)化方向，從而能夠?yàn)樘岣弋a(chǎn)品質(zhì)量、降低開發(fā)及制造成本發(fā)揮關(guān)鍵作用。

傳統(tǒng)的汽車前端模塊由多個(gè)金屬零部件組成。總成經(jīng)過沖壓、焊接、鉚接以及螺栓連接后再安裝在汽車前端車身框架上，整個(gè)制造和安裝工藝繁雜，耗時(shí)長，同時(shí)產(chǎn)品較重，成本較高。隨著全球汽車制造技術(shù)向模塊化、集成化、輕量化方向發(fā)展，汽車產(chǎn)品以塑代鋼成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。據(jù)此，汽車前端模塊也有革命性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)：采用長玻纖增強(qiáng)PP[1-2]或者短玻纖增強(qiáng)PP[3]，通過模壓或注塑成型等工藝完成產(chǎn)品的生產(chǎn)。

汽車前端模塊上配合安裝件較多，整體產(chǎn)品偏重，再加上行駛中的顛簸受力要求，因此對(duì)產(chǎn)品本身的強(qiáng)度要求較高，而注塑產(chǎn)品的熔接線通常是強(qiáng)度最為薄弱的區(qū)域，所以在產(chǎn)品及模具開發(fā)期間對(duì)熔接線區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)并提供必要的優(yōu)化方案是必不可少的。

注塑件熔接線優(yōu)化通常采用順序閥澆口[4]或者更改澆口布置[5-6]來開展。本文在不改變進(jìn)膠方案的前提下，通過調(diào)整某款車型前端模塊（見圖1）的局部厚度，改變?nèi)哿系膮R合角度，達(dá)到改善熔接線質(zhì)量的目的，并運(yùn)用Moldflow軟件對(duì)初始方案和優(yōu)化方案進(jìn)行模擬分析，驗(yàn)證優(yōu)化效果。

1 應(yīng)用案例初始方案分析

應(yīng)用案例產(chǎn)品外觀尺寸約為870 mm×580 mm×200 mm，厚度均勻，基本料厚為2.5 mm，數(shù)據(jù)庫材料選用PP+G30材料，模溫取-50 ℃，料溫取-230 ℃，使用雙層面網(wǎng)格進(jìn)行建模。由模具工程師提供參考注塑澆口方案，各項(xiàng)參數(shù)均采用默認(rèn)值進(jìn)行初步（流動(dòng)+保壓）分析，設(shè)定冷卻均勻。

初步分析此件發(fā)現(xiàn)有2個(gè)區(qū)域的內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生質(zhì)量較差的熔接線，結(jié)果見圖2（框中的黑色線條為熔接線）。

熔接線產(chǎn)生的原因主要與制件本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，例如圖3，在熔接線產(chǎn)生的位置有深腔或大直徑開孔結(jié)構(gòu)，這些造型設(shè)計(jì)都極易產(chǎn)生熔接線，會(huì)對(duì)制件對(duì)應(yīng)位置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有明顯影響，必須進(jìn)一步優(yōu)化。[7]

2 改進(jìn)措施

設(shè)計(jì)多個(gè)優(yōu)化方案進(jìn)行分析（澆口方案暫不變動(dòng)），發(fā)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)生熔接線位置的局部厚度對(duì)產(chǎn)品改善效果比較明顯。具體改動(dòng)見圖4：深腔處調(diào)整腔壁上的厚度，孔靠近深腔產(chǎn)生熔接線的位置局部加厚。這樣優(yōu)化可以使料流匯合條件（如匯合角位置、匯合角度大小以及匯合時(shí)的料流溫度）發(fā)生改變，從而達(dá)到改善熔接線缺陷的目的。[8-9]

3 優(yōu)化前后方案的對(duì)比分析

優(yōu)化前后的熔接線對(duì)比見圖5。熔接線的長度明顯減小，部件質(zhì)量有很大改進(jìn)。圖5a）為外側(cè)熔接線問題較嚴(yán)重區(qū)域，圖5b）和5c）為內(nèi)側(cè)熔接線問題較嚴(yán)重區(qū)域。偏長的熔接線，尤其是圖5b）和5c）的2處貫穿結(jié)構(gòu)的熔接線，對(duì)制件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響比較大。

4 結(jié)束語

通過應(yīng)用Moldflow軟件模擬分析汽車前端模塊成型過程，預(yù)測(cè)成型過程中可能出現(xiàn)的熔接線缺陷，在壁厚方面予以優(yōu)化并進(jìn)行分析，結(jié)果認(rèn)為質(zhì)量改善效果明顯。由此可見，參與產(chǎn)品的同步CAE分析，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段可以為產(chǎn)品設(shè)計(jì)師提供產(chǎn)品優(yōu)化方案，在模具設(shè)計(jì)階段可以為模具設(shè)計(jì)人員提供模具優(yōu)化方案。endprint

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