基于Moldflow的汽車后保下支撐件翹曲變形研究及優(yōu)化

范濤，何永華

摘? 要：本文對某汽車后保下支撐件這種大的薄壁注塑產(chǎn)品為研究對象，由于產(chǎn)品本身復雜的結(jié)構(gòu)及增強型高分子材料特性的影響，容易造成最終制品的收縮不均，產(chǎn)品注塑成型后產(chǎn)生較大的后收縮而導致翹曲變形。本文利用Moldflow軟件對產(chǎn)品注塑過程進行模擬仿真，結(jié)合掃描測量的產(chǎn)品實際變形結(jié)果，驗證了Moldflow模擬仿真計算的準確性，并針對性的提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方案，最終實施優(yōu)化方案并解決了產(chǎn)品翹曲變形導致的安裝孔偏心問題。

關(guān)鍵詞：moldflow；翹曲變形；汽車；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號：U463.82+1? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2023）03-0071-04

Research of Warping Deformation and Optimization of Rear Bumper Guide Rail Lower Based on Moldflow

FAN Tao， HE Yong-hua

（ Shenyang Minghua Mould & Plastic Technology Co. LTD， Shenyang 110141， China）

Abstract： In this paper， the guide rail lower part of rear bumper is taken as research object， which is large and thin-wall injection molding product. Due to special product structure and characteristics of polymer material， it is easy to caused uneven shrinkage of the final product， and a large post-shrinkage occurs after actual injection product resulting in warping deformation. The injection process of product was simulated by Moldflow in this paper， and combined with the actual product deformation result by scan measurement and verified the accuracy of Moldflow analysis result， then proposed product structure optimization proposal， final optimization proposal was implemented and problem of screw hole eccentricity caused by warping deformation of rear bumper guide rail lower was solved.

Key Words： Moldflow; Warping Deformation; Vehicle; Structure Optimization

1? ? 引言

隨著汽車工業(yè)不斷的向輕量化發(fā)展，塑料件產(chǎn)品在汽車行業(yè)應用越來越廣泛，所占比例也越來越高。但由于塑料件的翹曲變形是常見的產(chǎn)品缺陷之一[1]，直接影響汽車總裝裝配工藝和整體感官質(zhì)量。

因此本文利用Moldflow對后保下支撐件注塑過程進行模擬計算，結(jié)合實際產(chǎn)品的變形狀態(tài)，分析翹曲變形問題產(chǎn)生原因，提出改善變形產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，為類似問題解決提供對策及思路。

2? ? 現(xiàn)狀問題描述

如下圖1所示為某車型后保下支撐產(chǎn)品的3D圖及失效模式截圖，材料為PP+GF20，產(chǎn)品尺寸298mm×1505mm×248mm，主壁厚2.5mm，背部分布較多加強筋且結(jié)構(gòu)造型復雜，零件為非外觀可視零件，但由于屬于后保安裝結(jié)構(gòu)件，對尺寸要求較高，不可以有大的尺寸變形，但由于原料中玻纖的加入更容易產(chǎn)生翹曲變形[2-4]，目前由于產(chǎn)品兩端變形，導致與對手件匹配的螺釘安裝孔偏心，影響總裝裝配工藝節(jié)拍。

3? ? 問題分析及驗證

3.1? ?Moldflow參數(shù)設定

產(chǎn)品按雙層面網(wǎng)格劃分，三角網(wǎng)格236896個，節(jié)點118148個，匹配率85.2%，網(wǎng)格修復后自由邊0個，定向錯誤單元0個，交叉單元0個，保證網(wǎng)格質(zhì)量從而確保分析結(jié)果準確。

工藝參數(shù)按照實際生產(chǎn)工藝設定，PP+GF20材料特性直接使用材料供應商提供UDB文件，模具溫度為40℃，冷卻時間為18s。

3.2? ?Moldflow模擬仿真計算結(jié)果

利用Moldflow模擬計算產(chǎn)品注塑成型過程，得到計算結(jié)果如下：產(chǎn)品主要變形發(fā)生在兩端區(qū)域，兩側(cè)螺釘孔位置X方向最大變形量約為1mm，Y方向最大變形量約為6mm，Z方向最大變形量約為4mm，結(jié)合產(chǎn)品實際裝配失效模式為產(chǎn)品兩端螺釘過孔與對手件螺釘孔Y方向偏心，因此產(chǎn)品Y方向變形為產(chǎn)品主要變形方向。模流分析顯示的產(chǎn)品左側(cè)最大內(nèi)收變形量約為6.2mm，右側(cè)最大內(nèi)收變形量約為3.5mm，如圖2。

3.3? ?產(chǎn)品實際變形結(jié)果

3.3.1 測量方法

由于傳統(tǒng)檢具是固定被測產(chǎn)品所有安裝點進行尺寸測量，無法測量產(chǎn)品自由狀態(tài)下變形量，所以需要使用掃描儀在產(chǎn)品自由狀態(tài)下測量實際翹曲變形量。

本文中使用CREAFORM 公司的HANDY SCAN 3D掃描儀對實際產(chǎn)品進行測量，該掃描儀為手持式掃描儀，提供有效、可靠的方法采集物體的3D測量數(shù)據(jù)，使用7束交叉激光線作為光源，測量速率為480000次測量/秒，分辨率可達0.050mm，最高測量精度0.030mm，且隨附的Vxelements分析軟件是一款全集成的3D數(shù)據(jù)采集及分析軟件，可直接進行表面算法優(yōu)化及網(wǎng)格輸出，無需執(zhí)行復雜的對齊或點云處理。

為保證被測產(chǎn)品保持自由狀態(tài)，被測產(chǎn)品按裝車位置擺放且通過中間兩個固定點懸掛。然后對測量區(qū)域粘貼編碼點和噴涂顯影劑，利于掃描儀快速且準確生成掃描網(wǎng)格。為減小不必要的掃描網(wǎng)格數(shù)量及降低后續(xù)計算工作量，掃描儀只對被測產(chǎn)品兩側(cè)進行掃描。最后使用基準特征擬合計算方法對掃描生成的網(wǎng)格和實際3D數(shù)據(jù)進行擬合計算。

3.3.2 測量結(jié)果

如圖3所示為掃描儀測量的產(chǎn)品實際變形結(jié)果，從測量結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)品最大變形區(qū)域發(fā)生在產(chǎn)品兩端區(qū)域，深藍色區(qū)域變形最大，其中圖3（a）顯示產(chǎn)品左側(cè)Y方向內(nèi)收最大變形量約為6.9mm，變形區(qū)域主要為腰型孔外側(cè)區(qū)域。圖3（b）顯示產(chǎn)品右側(cè)Y方向內(nèi)收最大變形量約為5.3mm，且變形區(qū)域也為腰型孔外側(cè)區(qū)域。

結(jié)合之前產(chǎn)品模流分析結(jié)果，實際產(chǎn)品變形與模流分析結(jié)果一致，產(chǎn)品內(nèi)收變形且最大變形量約為6mm，因此驗證了Moldflow模流分析結(jié)果的可靠性。

對于產(chǎn)品變形區(qū)域主要集中在兩側(cè)腰型孔外側(cè)，主要由于產(chǎn)品兩端結(jié)構(gòu)受造型影響，兩端寬度變窄，且兩端內(nèi)表面（背面）支撐筋結(jié)構(gòu)比中間區(qū)域少，產(chǎn)品兩端強度比中間區(qū)域弱，受力易發(fā)生變形；另外熔融塑料填充后產(chǎn)品外表面平整且冷卻較快，而內(nèi)表面（背面）由于加強筋等結(jié)構(gòu)影響導致冷卻較慢，不同的冷卻速度導致產(chǎn)品內(nèi)外表面后收縮不同，形成內(nèi)應力差而產(chǎn)生翹曲變形，因此產(chǎn)品兩端區(qū)域缺少強化Y方向結(jié)構(gòu)強度且能抑制Y方向變形的加強結(jié)構(gòu)。依據(jù)以往經(jīng)驗，產(chǎn)品在此區(qū)域需要增加加強筋提高結(jié)構(gòu)強度，抑制產(chǎn)品內(nèi)收變形。

4? ? 對策與方案驗證

基于以上對產(chǎn)品變形的分析，提出產(chǎn)品變形區(qū)域結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，在變形區(qū)域增加加強筋結(jié)構(gòu)抑制產(chǎn)品此區(qū)域Y向變形，具體結(jié)構(gòu)變化如下圖4所示，紅色橫向加強筋為新增結(jié)構(gòu)。加強筋的方向與料流方向一致，加強筋在注塑過程中起導流作用，減小料流阻力，利于后期材料填充及保壓，減小翹曲變形同時起到加強結(jié)構(gòu)強度作用[5]。

將優(yōu)化后的產(chǎn)品3D數(shù)據(jù)導入Moldflow并按照原工藝參數(shù)再次模擬計算產(chǎn)品變形量，如圖5所示，產(chǎn)品左側(cè)Y方向最大內(nèi)收變形量約為0.6mm，右側(cè)Y方向最大內(nèi)收變形量約為1.4mm，變形明顯減小，對比原模流分析結(jié)果，變形量減小約2～5mm，結(jié)合前期對模流分析的準確性的驗證，說明產(chǎn)品在變形區(qū)域增加加強筋抑制內(nèi)收變形有效。

最終模具依據(jù)此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案修模，修改后實際產(chǎn)品再次掃描測量實際變形量，如6所示，實際優(yōu)化后產(chǎn)品左側(cè)Y方向最大內(nèi)收變形量約為1.3mm，右側(cè)Y方向內(nèi)收最大變形量約為3.2mm，對比初始變形量減小約2～5mm，與模流分析結(jié)果一致，驗證結(jié)果如表1，優(yōu)化后產(chǎn)品裝車驗證，螺釘孔居中，問題解決。

5? ? 結(jié)束語

本文利用Moldflow軟件對汽車后保下支撐件的翹曲變形進行了分析研究，同時結(jié)合實際產(chǎn)品變形結(jié)果驗證了模擬仿真計算結(jié)果的準確性，針對性的提出了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，并再次利用Moldflow模擬仿真計算驗證了方案可行性，最終實施方案有效解決了產(chǎn)品翹曲變形問題，滿足了客戶總裝裝配工藝要求，同時節(jié)省了大量時間成本和模具修改成本，因此在后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)和問題解決過程中，Moldflow技術(shù)和豐富的過程開發(fā)經(jīng)驗相結(jié)合才是最高效的開發(fā)路徑。

參考文獻：

[1]鄧愛林.汽車儲物盒導軌的翹曲變形分析及改進[J].中國塑料，2018（1）：125-130.

[2]徐以國.基于MoldFlow的玻纖類零件翹曲優(yōu)化方法研究[J].上海汽車，2016（6）：57-62.

[3]陳嘉真.塑料成型工藝與模具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995，10.

[4]陸寶山.注塑缺陷原因分析及改善對策[J].機械制造與自動化，2009（4）：84-87.

[5]王金海.CAE分析在改善模內(nèi)注射塑件翹曲變形中的應用[J].模具工業(yè)，2016，42（7）：15-18.

范? ?濤

畢業(yè)于沈陽理工大學，碩士研究生學歷，現(xiàn)就職于沈陽名華模塑科技有限公司，工程師職稱，主要研究方向為外飾件產(chǎn)品設計及開發(fā)。

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余梅玲

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論文介紹的工作非常實際，使用掃描儀測量產(chǎn)品變形，以及設置加強筋降低翹曲量的做法，可為相關(guān)工作所借鑒。