基于Moldflow的滑塊零件變形優(yōu)化

林穎　胡光良　嚴(yán)勝義　應(yīng)佳豪　溫英蘭

【摘? 要】以某車(chē)型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)件為研究對(duì)象，其中結(jié)構(gòu)件使用結(jié)晶材料（含玻璃纖維），結(jié)合T0零件，使用Moldflow軟件解析產(chǎn)品翹曲原因，使用預(yù)變形手段優(yōu)化產(chǎn)品的翹曲變形，使產(chǎn)品變形量滿(mǎn)足要求。

【關(guān)鍵詞】結(jié)晶材料；玻璃纖維；翹曲；預(yù)變形

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）08-0070-03

Optimization of Sliding Block Part Deformation Based on Moldflow

LIN Ying，HU Guang-liang，YAN Sheng-yi，YING Jia-hao，WEN Ying-lan

（Wenzhou Changjiang Automotive Electronics Co.，Ltd.，Wenzhou 325000，China）

【Abstract】The internal structural parts of a vehicle model were taken as the research object，in which the structural parts were made of crystalline materials（including glass-fiber），combined with T0 parts，Moldflow software was used to analyze the reasons for warping of products，and pre-deformation method was used to optimize the warping deformation of products，so that the deformation of products could meet the requirements.

【Key words】instrument panel frame；fiber orientation；warping；pre-deformation

本文以座調(diào)類(lèi)開(kāi)關(guān)的內(nèi)置結(jié)構(gòu)件為研究對(duì)象，利用Moldflow軟件對(duì)含玻璃纖維材料零件翹曲變形原因進(jìn)行分析、優(yōu)化。

一般座調(diào)類(lèi)開(kāi)關(guān)裝配在汽車(chē)座椅上，4/8向座椅調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)是：按鈕受力后，內(nèi)部滑塊作為承接件，通過(guò)滑塊移動(dòng)帶動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，使得座椅前后上下移動(dòng)。而滑塊作為受按壓力的承接件，要求有較大的剛性抵抗變形，良好的尺寸穩(wěn)定性避免裝配缺陷。但由于該類(lèi)零件精密，尺寸要求嚴(yán)格，所以對(duì)零件的變形能力有著較高的要求。

通過(guò)對(duì)塑件的填充形式、玻纖維排布等分析結(jié)果，探究分析其產(chǎn)生變形的原因，從澆口、工藝參數(shù)、模具設(shè)計(jì)等方面提出優(yōu)化方案，有效地解決零件變形問(wèn)題[1]。

1? 變形的影響因素

1）零件：壁厚，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（是否對(duì)稱(chēng)）。

2）材料：結(jié)晶性或非結(jié)晶性。

3）模具：澆口形式及位置。

4）工藝：零件成型的工藝參數(shù)設(shè)置。

2? 對(duì)于結(jié)晶材料（含玻璃纖維）產(chǎn)生變形的機(jī)理

1）含纖維材料的零件變形，受各項(xiàng)異性的影響，流動(dòng)方向的收縮率小，流動(dòng)垂直方向的收縮率大，因此產(chǎn)生的收縮率的不同，流動(dòng)方向大于垂直方向。

2）貼近模具壁表層，融料固化快，分子間來(lái)不及配向，即固化，配向差。次表層固化慢，但是剪切大，分子配向最嚴(yán)重。愈往中間方向，剪切變低，分子配向最為混亂[2]。

3）分子鏈的配向受流動(dòng)影響，所以零件的澆口位置也決定了熔體的流動(dòng)趨勢(shì)。

3? 零件變形分析

3.1? 零件基本情況

零件名稱(chēng)：坐墊調(diào)節(jié)滑塊；零件尺寸：34.2mm ×16mm×13.9mm；零件基本厚度：主壁厚1.5mm；零件材料：POM類(lèi)，牌號(hào)為GF25 FG2025 NAT（本），韓國(guó)工程，為銀牌材料（圖1）。

材料主要成型參數(shù)為：頂出溫度142℃，最高熔體溫度220℃，最高模具溫度100℃，最大剪切應(yīng)力0.45MPa，最大剪切速率40000s-1。

背景介紹：此零件為結(jié)構(gòu)件，沒(méi)有外觀(guān)要求，要求變形不超過(guò)±0.05mm，如圖2所示。

3.2? 變形分析

材料中含玻璃纖維，為保證玻璃纖維取向的一致性，澆口位置一般選擇放在短邊填充，澆注系統(tǒng)及充填時(shí)間如圖3、圖4所示。

前期評(píng)審中，利用Moldflow軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解到零件存在一定翹曲變形，因?yàn)槭芙Y(jié)構(gòu)等因素限制，所以使用預(yù)變形手段優(yōu)化變形，如圖5所示。模具設(shè)計(jì)預(yù)變形是將模具型腔設(shè)計(jì)為塑件變形的反方向，相當(dāng)于對(duì)塑件的變形做反向補(bǔ)償，使成型后的塑件尺寸達(dá)到品質(zhì)要求[3]。

4? 實(shí)際零件變形情況

從功能使用要求上來(lái)看，需要重點(diǎn)關(guān)注零件Z向變形，從變形分析結(jié)果可知，其最大變形為0.21mm，其中結(jié)構(gòu)匹配間隙為0.1mm，要求變形不超過(guò)±0.05mm，模具增加預(yù)變形后，產(chǎn)品變形基本OK。

但是零件裝配后在旋轉(zhuǎn)移動(dòng)過(guò)程中，手感上存在輕微卡頓，零件實(shí)際變形如圖6、圖7所示，邊緣位置仍存在約0.10mm的變形值。

所以為保證零件匹配及功能實(shí)現(xiàn)，需要對(duì)零件平面變形量進(jìn)行優(yōu)化處理。零件整體Z向變形如圖8所示，并對(duì)邊緣位置進(jìn)行打點(diǎn)測(cè)量（圖9）。

5? 零件變形原因

5.1? 分解不同效應(yīng)對(duì)變形的影響

零件的翹曲變形一般受4個(gè)方面的因素影響，分別是冷卻不均、收縮不均、取向效應(yīng)以及角效應(yīng)。4個(gè)不同效應(yīng)影響下的Z向變形結(jié)果見(jiàn)圖10。

5.2? 翹曲變形原因分析

由圖10可知冷卻不均、收縮不均、角效應(yīng)3個(gè)因素引起的變形較小，其中取向效應(yīng)的Z向變形趨勢(shì)與總變形中的Z向變形最相似，且在取向效應(yīng)的影響下，導(dǎo)致零件翹曲值最大為0.14mm。

查看平均玻璃纖維取向的分布結(jié)果圖，可知該零件的玻璃纖維取向如圖11所示。

結(jié)合圖10、圖11可得結(jié)果。

1）玻璃纖維的取向方向與料流流動(dòng)方向相同，且玻璃纖維主要聚集在流動(dòng)方向的兩邊。

2）在澆口附近：玻璃纖維堆積較少，玻璃纖維堆積較少的地方材料收縮將走收縮率的上限，導(dǎo)致收縮較大。

3）在流動(dòng)末端：玻璃纖維堆積較多，玻璃纖維堆積較多的地方材料收縮將走收縮率的下限，導(dǎo)致收縮較小[4]。

所以，因玻璃纖維取向和堆積的多少產(chǎn)生的收縮不平衡是導(dǎo)致含玻纖零件變形的根本原因。

6? 優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)

6.1? 零件T0試模

前期方案使用預(yù)變形手段，優(yōu)化零件變形，裝配后，發(fā)現(xiàn)手感上存在輕微卡頓問(wèn)題。經(jīng)排查得知，模具預(yù)變形未完全按照方案進(jìn)行修改（圖12），因?yàn)閱芜厹p膠的方案，導(dǎo)致零件膠厚不一致（圖13）。多膠位置導(dǎo)致產(chǎn)品卡頓，為滿(mǎn)足產(chǎn)品使用功能，要求壁厚需一致，模具預(yù)變形優(yōu)化。

6.2? 零件T1試模

為保證零件變形滿(mǎn)足要求，模具預(yù)變形需繼續(xù)整改優(yōu)化。由于已經(jīng)有實(shí)際產(chǎn)品，在MOLDFLOW軟件中結(jié)合實(shí)際工藝參數(shù)分析，導(dǎo)出反變形，借助MOLDFLOW軟件的預(yù)變形分析功能，估計(jì)預(yù)變形數(shù)值，修改更新模具預(yù)變形。

針對(duì)零件上下表面，優(yōu)化方案如圖14所示。

1）短邊：按短邊中心線(xiàn)，前模減膠（藍(lán)線(xiàn)）0.15mm，后模加膠（藍(lán)線(xiàn)）0.15mm。

2）長(zhǎng)邊：按長(zhǎng)邊中心線(xiàn)，前模漸變減膠（藍(lán)線(xiàn)）0.20mm，后模漸變加膠（藍(lán)線(xiàn)）0.20mm。

將修改后的零件重新導(dǎo)入Moldflow進(jìn)行分析，查看優(yōu)化后的零件翹曲（圖15）。

在T1試模時(shí)候，需要使用T0的注塑工藝參數(shù)，在保證注塑工藝的穩(wěn)定一致上，盡可能地滿(mǎn)足優(yōu)化分析、實(shí)際注塑與T0時(shí)保證高度一致，T1零件通過(guò)藍(lán)光掃描實(shí)測(cè)變形為0.04mm（圖16），零件實(shí)測(cè)壁厚如圖17所示，最終使得零件符合功能使用要求。

7? 總結(jié)及結(jié)論

基于此研究總結(jié)出了針對(duì)使用POM含玻纖的小型零件優(yōu)化方案，為后續(xù)類(lèi)似零件的開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)和參考。

注意事項(xiàng)如下。

1）針對(duì)玻璃纖維類(lèi)零件變形，澆口位置需放置短邊，保證料流的均勻一致性。

2）使用模具預(yù)變形手段，優(yōu)化產(chǎn)品變形。

為保證產(chǎn)品的合格率，前期設(shè)計(jì)中需注意關(guān)鍵尺寸要求，以及模具數(shù)據(jù)輸出的準(zhǔn)確率，這樣可降低零件開(kāi)發(fā)成本，避免資源浪費(fèi)，增加生產(chǎn)效率，提高公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭銀風(fēng)，嚴(yán)勝義，宋小尉. Moldflow注塑成型之零件變形優(yōu)化[J]. 汽車(chē)博覽，2020（3）：18，31.

[2] 陳嘉真. 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[3] 王金海，梁衛(wèi)海，李巖，等. CAE分析在改善模內(nèi)注射塑件翹曲變形中的應(yīng)用[J]. 模具工業(yè)，2016，42（7）：15-18.

[4] 王良柱，徐靜. 基于Moldflow的汽車(chē)儀表板本體骨架變形分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J]. 塑料工業(yè)，2021（3）：59-63，68.

（編輯? 楊凱麟）

作者簡(jiǎn)介

林穎（1999—），女，助理工程師，主要從事CAE分析工作。