Moldflow在汽車擋風網(wǎng)基座注塑成型過程中的應用

阮婷 汪偉東

摘要：以 Autodesk Simulation Moldflow 作為分析平臺，采用結構較復雜的某汽車天窗擋風網(wǎng)基座為分析對象，對其表面出現(xiàn)的外觀問題進行分析;運用Moldflow軟件，模擬零件的注塑成型過程，通過調整澆口閥開啟順序、優(yōu)化工藝參數(shù)等預測出零件的缺陷。根據(jù)分析的結果，進行了現(xiàn)場試模和調試，零件的優(yōu)化結果符合預期。經(jīng)實踐驗證，新的工藝能提高零件的品質和性能，滿足客戶的使用要求，具有一定的參考和應用價值。

Abstract： With Autodesk Simulation Moldflow as the analysis platform， the analytical object is to analyze the appearance problems on wind deflector base surface of automobile sunroof， whose structure is complex. Use Moldflow software to simulate the injection molding process of the part， and to adjust the valve gate sequence， optimize process parameters and others to predict the appearance defects of the part. According to the results of Moldflow analysis， the on-site trial run and debugging on model were carried out， the optimization results of the part are as expected. Through practice， the new process can improve the quality and performance of the part appearance， to meet the customer's requirements， has a certain reference and application value.

關鍵詞：擋風網(wǎng)基座;Moldflow;注塑成型

Key words： wind deflector base;Moldflow;injection molding

中圖分類號：TQ320? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0085-02

0? 引言

當前生活中所使用的塑料制品越來越多，而在汽車行業(yè)，由于輕量化的指標、嚴苛的油耗要求等，塑料零件的應用更加廣泛。無論是外飾件、內飾件，還是功能件、結構件，到處都有塑料的影子。塑料零件主要加工方式是注塑成型，在成型過程中容易出現(xiàn)許多缺陷，如熔接痕、翹曲、填充不足、飛邊、縮痕等[1-2]。這些缺陷皆與熔體在模具中的流動方式有關，因而對熔體流動方式的控制成為優(yōu)化注塑成型工藝的關鍵[3]。合理的成型工藝參數(shù)能有效改善成型過程中的缺陷，依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗不僅難以獲得最佳的成型工藝，而且試模過程復雜、周期較長，新零件的開發(fā)速度也難以滿足市場要求。而利用Moldflow軟件對整個注塑成型過程進行模擬分析，找出可能存在的缺陷，獲得最佳工藝參數(shù)，為試模的成功提供可靠的支持，不僅降低了生產(chǎn)成本，還能大大縮短生產(chǎn)周期[4-6]。為解決某汽車天窗擋風網(wǎng)基座的縮痕問題，本文運用Moldflow軟件模擬零件的注塑成型過程，代替實際的試模。不僅準確預測出零件缺陷的類型和其所在的位置，還對現(xiàn)有工藝參數(shù)進行優(yōu)化，有效降低缺陷率，工廠節(jié)省多次試模的成本。

1? 研究案例

擋風網(wǎng)基座主要用于固定汽車天窗的擋風網(wǎng)，起到降噪的作用?，F(xiàn)場所用材料為改性PP加40%長玻纖，其材料參數(shù)見表1。

零件不僅有棱邊，還有很多筋條，兩端呈弧形，從產(chǎn)品的3D數(shù)模獲得產(chǎn)品的總體尺寸為937×92×48mm，零件的平均壁厚為2.5mm，屬于中小型薄壁注塑件。由于筋條較多，零件較長，實際生產(chǎn)過程中，在筋位交匯處，端部等內外表面容易形成縮痕缺陷，如圖1所示。該缺陷嚴重影響了產(chǎn)品的合格率，無法達到用戶的要求。

2? 基本分析及優(yōu)化

2.1 產(chǎn)品預處理

將零件的三維模型以STL的格式導入Moldflow中，采用3d類型其進行網(wǎng)格劃分，充分利用軟件的網(wǎng)格診斷工具完善修補網(wǎng)格模型。再優(yōu)化縱橫比、自由邊、重疊區(qū)域等，設網(wǎng)格邊長為2.5mm，縱橫比最大值25，匹配率達到90%，符合Moldflow的各項分析對網(wǎng)格模型的要求。再根據(jù)零件的尺寸和形狀選擇進膠方式，設計澆口位置和數(shù)量。分析時采用熱流道系統(tǒng)，澆口形式及位置根據(jù)現(xiàn)生產(chǎn)實際情況設計。把冷卻系統(tǒng)假設成理想狀態(tài)，實際產(chǎn)品的檢測性能只取決于工藝。

2.2 方案一

根據(jù)現(xiàn)場的相關參數(shù)進行設定，模具溫度45℃，料筒溫度230℃，注射壓力50MPa，注射時間為6s，保壓壓力30MPa，保壓時間1.5s。澆口分布如圖2所示，開啟順序為G1、G2、G3同時打開，6s后同時關閉。

在Moldflow軟件中模擬零件注塑成型過程，結果顯示填充時間為4.8s，末端最大注塑壓力40MPa，鎖模力：200T，表面溫度分布在 45-294℃之間，最大縮痕量達到0.1817mm。由模擬結果可知產(chǎn)生較大縮痕的位置在加強筋交匯背面，這于實際情況相符合。初步判斷造成縮痕的原因是注射壓力和保壓壓力稍顯不足，因此可以適當?shù)奶岣咦⑸鋲毫妥⑸渌俣龋黾铀土系膲嚎s密度，同時延長注射和保壓時間，達到補償熔體收縮的目的。

2.3 方案二

考慮到現(xiàn)有澆口流長偏長，澆口閥的開啟順序不合理，會導致遲滯現(xiàn)象產(chǎn)生。因此在不改變澆口分布方式的前提下改變澆口閥的開啟順序，先打開G2，再同時打開G1和G3，即G2→G1+G3。注射壓力設置為55MPa，注射時間為6s，保壓壓力提高到40MPa，保壓時間延長到2s。經(jīng)過填充分析，新的填充時間為1.7s，末端注塑壓力75MPa，鎖模力為170T。流動前沿溫度分布在224-238℃之間，表面的壓力分布及流動前沿溫度分布比較平衡，填充狀態(tài)有所改善，最大縮痕量為0.0804mm，且位置主要分布在零件裝配后的不可見面，加強筋交匯處背面不再出現(xiàn)縮痕。

再分析熔接線和氣穴，發(fā)現(xiàn)用方案二的參數(shù)，雖然產(chǎn)品外觀面存在少許熔接線，但長度都比較短。另外，熔接線與氣穴主要存在于零件裝配后的內部，對外觀無影響，表面壓力和溫度分布比方案一加平衡，這有利于料流的填充過程。綜上所述，方案二的參數(shù)對縮痕的產(chǎn)生優(yōu)于方案一，因此，將選擇方案二相關參數(shù)進行試模。

3? 調試結果

運用現(xiàn)有的設備和廠房，根據(jù)方案二的工藝參數(shù)和澆口開啟順序展開試模，成功的生產(chǎn)出外觀質量更優(yōu)良的產(chǎn)品，成品表面沒有出現(xiàn)縮痕。如圖3所示。經(jīng)過大批量生產(chǎn)跟蹤，發(fā)現(xiàn)擋風基座表面縮痕的缺陷率由原來的20.5%下降到7%以內，滿足客戶對成品外觀的質量要求。

4? 結論

利用Moldflow軟件對汽車天窗擋風基座的注塑過程進行填充、流動、冷卻和收縮等模擬分析，優(yōu)化了現(xiàn)有的澆口閥的開啟順序，并確定了最佳的工藝參數(shù)，經(jīng)實踐驗證，零件的外觀缺陷確實有所改善，達到用戶的預期要求。

隨著CAE軟件在汽車行業(yè)的廣泛使用，對塑料零件的材料與結構的成型過程進行分析，可以提前預測和判斷產(chǎn)品可能會出現(xiàn)的缺陷及原因，同時也可以對注塑成型工藝提出建議和優(yōu)化的方案。在一款新的產(chǎn)品設計前期提前使用Moldflow 分析的技術，在開模之前對模具結構等進行模擬、預測、分析、優(yōu)化，避免在實際的生產(chǎn)過程中反復進行試模、修模。縮短模具開發(fā)周期，減少開發(fā)成本、節(jié)省人力和物力。

參考文獻：

[1]姜勇道. Moldflow在汽車輕量化中的應用[J]. 汽車工藝與材料，2010（2）：61-63.

[2]Hoyden K， Engelmann P. Smoke and Mirrors： Hiding Sink in Plain Sight [J]. ANTEC2008， Society of Plastics Engineers， 2008， 21（1）：703-707.

[3]趙會娟，苗雅麗，劉波，唐光胤，湯金金.Moldflow在遙控器面板注塑成型中的應用[J].湖北科技學院學報，2016，12：89-92.

[4]李東，李華基，李衛(wèi)彬，公言新.Moldflow軟件在條碼掃描器注塑成型中的應用[J].輕工機械，2008，26（1）：17-19.

[5]余玲，陳是德，張詩.CAE 在汽車儀表板澆注系統(tǒng)設計中的應用[J].塑料科技，2010，38（11）：72.

[6]王小明，趙明娟，陳炳輝，宋金良.Moldflow在注塑成型翹曲優(yōu)化中的應用[J].塑料工業(yè)，2011，04：49-51.