基于moldflow對前門護板外板翹曲變形研究及反變形預補償應用

范濤

摘 ?要：在汽車外飾塑料件薄壁類產品中，受功能及造型限制，一些產品出現壁厚分布不均等情況，容易導致產品收縮不均，成型后會出現較大翹曲變形。本文利用mlodflow對汽車前門護板外板進行模流分析，確定了翹曲變形的原因及對應的變形量，同時結合產品實際尺寸變形量，驗證了模擬分析的準確性，進而確定了產品反變形預補償量，產品實施反變形預補償后翹曲變形明顯減小，解決了由于產品翹曲變形導致前門護板與門檻裝配間隙小的問題，滿足Cubing及T-car裝車要求。

關鍵詞：moldflow;翹曲;前門護板外板;反變形預補償

中圖分類號：U463.82+1 ? ? 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1005-2550（2020）06-0041-05

Abstract： In the thin-wall parts of vehicle exterior plastic products， some have uneven wall thickness distribution and complex modeling due to the limitation of function and modeling appearance， is likely to lead to large warping deformation caused by uneven shrinkage of product. In this paper， the root cause of warping deformation of front door cladding outer part and deformation quantity of assembly defect position have been analyzed based on moldflow， combining with the actual deformation size measurement of product. The pre-compensation quantity was determined and product warping deformation was reduced obviously in this paper. And finally the problem of small gap between front door cladding and rocker panel caused by product warping deformation has been solved， conformed to the requirement of Cubing and T-car assembly。

Key Words： Moldflow; Warping Deformation; Door Cladding Outer Part; Pre-compensation

引言

塑料件翹曲變形主要發(fā)生在注塑成型過程中，是產品各部位材料收縮不均導致的產品幾何形狀改變的缺陷[1]-[2]。產品的區(qū)域收縮不均、冷卻不均、材料分子取向共同導致塑料件的翹曲變形[3]-[4]，直接影響產品與環(huán)境件的匹配，導致間隙、面差無法達到客戶要求，引起客戶抱怨，因此解決產品的翹曲變形已成為汽車塑料件工程問題解決的重點[5]。本文基于Moldflow對某車型前門護板外板模擬分析，確定了產生翹曲變形的根本原因。由于理論計算的變形量與實際產品的變形量相一致，因此驗證了有限元模型分析的準確性，進而確定了產品反變形預補償量。通過對施加反變形預補償產品模擬分析，最終確定反變形預補償產品裝車Z向絕對變形量由1.27mm減小至0.22mm，解決了前門護板后端與門檻間隙小的問題，滿足裝車匹配要求。

1 ? ?產品初始方案分析

1.1 ? 匹配問題描述

某車型前門護板總成由外板與內襯支架通過穿刺焊接而成，并通過內襯支架十字限位筋定位X、Z方向，卡扣裝配固定于車門上，實現Y向定位。由于前門護板外板后端裝車Z向出現較大翹曲變形，外板與內襯支架焊接成總成產品安裝Cubing（標準白車身）后，前門護板后端與門檻間隙小，不符合DTS（Design Tolerance Specification， 設計公差規(guī)范），如圖1所示：

1.2 ? ?產品模型介紹

本文中前門護板外板尺寸為1000mm×61mm×131mm，如圖2所示。對產品模型進行有限元網格劃分，得到產品有限元模型，其中網格信息：三角形單元110724、節(jié)點數55366、匹配率93.5%、平均縱橫比1.94、最大縱橫比14.96，劃分的有限元網格滿足分析要求。產品原材料為PP-EPDM-TV20，材料供應商Basell，牌號Hifax TYC 459X。

1.3 ? 初始產品有限元仿真分析

產品壁厚分布如圖3所示：主壁厚約3.5mm，上邊緣壁厚為2.5mm，下翻邊過渡圓角處壁厚為2.5mm。此產品壁厚從中間造型線處到上翻遍區(qū)域逐漸減小。由于產品壁厚不均，造型線以下壁厚大于造型線以上壁厚，根據經驗分析，產品成型后易發(fā)生翹曲變形。

模擬計算參數按照實際生產工藝參數設置，采用三點順序閥控制進膠時間，如圖4所示：1#進膠口常開且保壓，2、3#進膠口僅保壓。注塑填充過程約5s，注塑壓力約55MPa，保壓為階梯下降兩段式保壓，第一階段保壓壓力40MPa，保壓時間4s;第二段保壓壓力35MPa，保壓時間5s。

由于注塑成型后產品翹曲變形主要由收縮不均、冷卻不均、分子取向三方面因素影響，同時由于產品模流分析Y方向變形直接影響前門護板與門檻間隙（產品模流分析Y方向為產品裝車Z方向），因此本文只分析以上三種因素的產品Y方向變形程度。

根據moldflow計算結果圖5所示，產品受冷卻不均及分子取向效應影響的產品Y方向變形量約為0.45mm和0.24mm，二者對產品變形影響很小;而產品收縮不均導致Y方向變形最大，且最大變形位置出現在產品后端，變形量約為2.7mm，這與產品實際變形及Cubing失效模式是一致的。綜上分析，收縮不均是產品翹曲變形的主要因素。

導致收縮不均主要受以下兩方面因素影響：（1）產品壁厚不均：壁厚大的區(qū)域冷卻速度慢，壁厚薄區(qū)域冷卻速度快，由于冷卻速度快區(qū)域先形成凍結層，高分子鏈段未充分松弛收縮，體積收縮小，而冷卻速度慢區(qū)域未完全形成凍結層，高分子鏈段可以相對充分的松弛收縮，體積收縮較大，在后續(xù)冷卻凝結過程中產品內部產生內應力差，產生翹曲變形。（2）澆口位置：模具采用側澆口且設置在產品下翻遍處，3個側澆口在成型過程中進行填充及保壓也會在該區(qū)域形成較大內應力。綜上分析，產品在下邊緣部分體積收縮大，產生內應力導致翹曲變形發(fā)生。

2 ? ?反變形預補償應用

為解決前門護板外板在Y方向的翹曲變形，嘗試優(yōu)化局部壁厚、模具澆口尺寸、模溫變化、順序閥開啟時間及順序、保壓壓力及時間等方面減小產品Y方向翹曲變形，但都無法明顯改善產品變形，由于產品受造型及結構因素限制，無法優(yōu)化整體產品壁厚及澆口位置，因此考慮利用反變形預補償手段改善產品翹曲變形。

反變形預補償技術是根據塑件在一定成型工藝條件下的翹曲變形方向和變形量，在初始設計基礎上預設反方向的變形，模具成型部分尺寸按此加工制造，以達到抵消或者降低出模后塑件變形的目的，使制品恢復到初始設計狀態(tài)[6]。利用moldflow計算結果分析初始產品在Y方向的變形，結果如圖6所示：初始產品后端上部Y方向變形量最大約為1.86mm，中間Y方向變形量約為0.67mm，前端Y方向變形量約為1.52mm，后端絕對變形量為1.19mm（1.86mm-0.67mm）。初始產品檢具測量結果如圖7所示，產品后端上部裝車Z方向測量值約為-0.82mm，中間裝車Z方向測量值為0.45mm，前端裝車Z方向測量值約為-0.5mm，后端絕對變形量為1.27mm（-0.82mm-0.45mm）。經對比模擬分析結果與產品檢具測量結果表明產品后端變形趨勢一致，因此moldflow可以準確模擬分析實際產品變形。

利用初始模流分析結果及實際產品變形量的測量結果擬合出產品上邊緣變形曲線，然后利用NX軟件按上邊緣變形曲線反向擬合反變形預補償產品3D數據，得到反變形預補償變形量后端Y方向為0mm，中間Y方向為-1.5mm，前端Y方向為-0.4mm，后端反變形預補償量1.5mm，如圖8所示。利用moldflow再次對反變形預補償產品進行有限元分析，結果如圖9所示：反變形預補償后產品后端Y方向最大變形量約為1.96mm，中間Y向最大變形量約為0.59mm，前端最大變形量約為1.52mm，后端絕對變形量約為1.37mm（1.96mm-0.59mm），反變形預補償產品模擬計算絕對變形量與初始產品模擬計算絕對變形量1.19mm、實際產品絕對變形量1.27mm及反變形預補償量1.5mm基本一致。因此模具重新開發(fā)并按此數據施加產品反變形預補償，生產的實際產品測量結果為后端裝車Z方向測量值約-0.31mm，中間裝車Z方向測量值約為-0.53mm，前端裝車Z方向測量值約為-0.44mm，后端絕對變形量為0.22mm（-0.31mm-（-0.53mm）），對比各工況變形值如表1，預變形外板與內襯支架焊接的總成件裝車后滿足間隙要求，如圖10所示。

3 ? ?結論

（1） 本文基于moldflow軟件對汽車前門護板外板進行模擬計算，確定了門護板翹曲變形主要受收縮不均影響，根本原因為產品壁厚不均導致。

（2）通過對比初始產品模擬分析結果與產品實際變形量確定了產品反變形預補償量，再次利用moldflow計算驗證了反變形預補償量的準確性，優(yōu)化后產品裝車驗證匹配合格。類似結構、壁厚不均的塑件產品應在開發(fā)前期充分利用moldflow進行模擬仿真計算，實現對翹曲變形的前期識別及方案優(yōu)化，有效規(guī)避產品風險，提升產品質量。

參考文獻

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