基于Moldflow分析的汽車前保險(xiǎn)杠注塑模澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

□ 朱曉克 □ 徐 彬

1.撫順礦務(wù)局職工工學(xué)院 遼寧撫順 113000

2.蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蘭州 730070

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和工程塑料在汽車工業(yè)中的大量應(yīng)用，汽車保險(xiǎn)杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路。如今轎車前后保險(xiǎn)杠除了應(yīng)保持原有發(fā)生碰撞時(shí)吸收緩和外界沖擊力的保護(hù)功能外，還要追求與車體外觀造型的和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化。筆者針對某品牌汽車前保險(xiǎn)杠注塑模具澆注系統(tǒng)，以Moldflow軟件作為分析平臺，通過對比幾種澆注方案的填充和保壓分析結(jié)果，對其澆注系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 塑件分析

某汽車前保險(xiǎn)杠模型如圖1所示，塑件外形尺寸為 1 753.4 mm×617.6 mm×511.6 mm,壁厚 2.3～3.2 mm，塑件形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有燈孔、卡槽、凸臺和內(nèi)肋等。塑件外表面要求光潔，不得有縮孔、氣泡，對熔接痕強(qiáng)度及翹曲變形有較高要求。本塑件采用的材料為高抗沖擊改性聚丙烯SP850CL。

2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)值模擬模型前的處理

采用UG軟件建立塑件模型并進(jìn)行簡化和優(yōu)化處理，轉(zhuǎn)換成IGES格式后導(dǎo)入Moldflow軟件，基于前保險(xiǎn)杠零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用Fusion網(wǎng)格進(jìn)行劃分，綜合考慮計(jì)算精度和時(shí)間，得到有限元分析模型并進(jìn)行網(wǎng)格修改，結(jié)果如圖2所示。塑件網(wǎng)格數(shù)據(jù)見表1，其匹配率高于90%，可進(jìn)行下一步分析。

2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

▲圖1 產(chǎn)品尺寸及厚度

▲圖2 塑件網(wǎng)格劃分

結(jié)合前保險(xiǎn)杠塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該模具采用熱流道澆注系統(tǒng)，針閥式順序澆口。根據(jù)計(jì)算及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出以下幾種澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案：方案Ⅰ（見圖3）采用1、2熱流道點(diǎn)澆口加3點(diǎn)冷流道側(cè)澆口。方案Ⅱ（見圖4）采用A、B點(diǎn)熱流道點(diǎn)澆口和C點(diǎn)冷流道側(cè)澆口。方案Ⅲ（見圖 5）采用 1、2 點(diǎn)熱流道點(diǎn)澆口，3、4、5 點(diǎn)冷流道側(cè)澆口。方案Ⅳ（見圖6）采用A、B點(diǎn)熱流道點(diǎn)澆口，C點(diǎn)扇形澆口，D、E、F、G點(diǎn)冷流道側(cè)澆口。各方案流道及澆口尺寸見表2～表5。

2.3 成型工藝參數(shù)設(shè)定

塑件材料為SP850CL，注射成型工藝參數(shù)設(shè)定：①模具溫度40℃；②熔體溫度220℃；③充填時(shí)間5 s；④V/P切換點(diǎn)98%；⑤保壓壓力50 MPa；⑥保壓時(shí)間8 s。

3 填充保壓模擬分析

3.1 充填時(shí)間分析

▲圖3 方案Ⅰ澆口位置

▲圖4 方案Ⅱ澆口位置

▲圖5 方案Ⅲ澆口位置

▲圖6 方案Ⅳ澆口位置

▲圖7 方案Ⅰ充填時(shí)間

▲圖8 方案Ⅱ充填時(shí)間

充填時(shí)間分布可顯示熔體流動的前沿平衡性。熔體流動前沿的速度相等，即當(dāng)制件平衡充模時(shí)，制件的各個遠(yuǎn)端在同一時(shí)刻充滿。 根據(jù)分析可得：方案Ⅰ填充時(shí)間為6.017 s（見圖7）；方案Ⅱ填充時(shí)間為6.769 s（見圖8）；方案Ⅲ填充時(shí)間為6.159 s（見圖9）；方案Ⅳ填充時(shí)間為6.113 s（見圖10）。由圖7～圖10可見，4種方案下塑件主體部分填充時(shí)間的登高線分布都比較均勻，說明4種方案均滿足熔體填充要求。

▲圖9 方案Ⅲ充填時(shí)間

▲圖1 0 方案Ⅳ充填時(shí)間

表1 模型網(wǎng)格數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表2 方案Ⅰ流道及澆口設(shè)計(jì)

3.2 最大注射壓力

最大注射壓力見表6，對于該塑件，方案Ⅳ的最大注射壓力最小，其次是方案Ⅱ和Ⅲ，方案Ⅰ的最大注射壓力最大。方案Ⅳ所需的注射壓力最小原因是澆口位置的設(shè)置使塑料熔體流長縮短，減小了壓力損耗。

表3 方案Ⅱ流道及澆口設(shè)計(jì)

表4 方案Ⅲ流道及澆口設(shè)計(jì)

表5 方案Ⅳ流道及澆口設(shè)計(jì)

表6 最大注射壓力

▲圖1 1 方案Ⅰ熔接痕分布

3.3 鎖模力

鎖模力的最大值加上安全系數(shù)不能超過該套模具生產(chǎn)用注塑機(jī)鎖模力的極限值，最大鎖模力見表7。對于該塑件，方案Ⅱ的最大鎖模力最小，方案Ⅰ和Ⅳ最大，方案Ⅲ居中。

表7 鎖模力/t

3.4 熔接痕分布

▲圖1 2 方案Ⅱ熔接痕分布

熔接痕首先形成的地方是兩股材料交匯處截面的中心，因此，如果流動前沿的溫度高，交匯夾角大，熔接線強(qiáng)度就比較好。根據(jù)分析結(jié)果，方案Ⅰ有5條熔接痕（見圖11），主要分布在制件外觀面，最小夾角35°。方案Ⅱ的熔接痕位置處于填充末端（見圖12），遠(yuǎn)離澆口位置，保壓不充分，熔接痕比較明顯，且強(qiáng)度存在一定問題。方案Ⅲ也有5條熔接痕（見圖13），主要分布在制件外觀面，最小夾角30°。方案Ⅳ在保險(xiǎn)杠燈孔兩側(cè)局部存在熔接痕（見圖 14），熔接痕處流動前沿溫度較高，質(zhì)量較好，不容易發(fā)生斷裂。

3.5 氣穴分布

▲圖1 3 方案Ⅲ熔接痕分布

▲圖1 4 方案Ⅳ熔接痕分布

▲圖1 5 方案Ⅰ氣穴分布

▲圖1 6 方案Ⅱ氣穴分布

當(dāng)熔體從各個方向流向同一個節(jié)點(diǎn)，空氣無法排除的時(shí)候就會形成氣穴。方案Ⅰ9處有困氣風(fēng)險(xiǎn) （見圖15）， 其 中 B、D 2處對外觀有影響，B處風(fēng)險(xiǎn)較高。方案Ⅱ產(chǎn)品外觀面不存在氣穴 （見圖16），困氣主要分布在加強(qiáng)筋、充填末端等。方案Ⅲ10處有困氣風(fēng)險(xiǎn) （見圖17）， 其 中 C、E兩處對外觀有影響，E處風(fēng)險(xiǎn)較高。方案Ⅳ產(chǎn)品外觀面不存在氣穴 （見圖18），困氣主要分布在加強(qiáng)筋、充填末端等。

▲圖1 7 方案Ⅲ氣穴分布

▲圖1 8 方案Ⅳ氣穴分布

4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定

綜合以上分析，雖然方案Ⅳ在充填時(shí)間、鎖模力等方面表現(xiàn)不是最優(yōu)秀的，但是方案Ⅳ的熔接痕和氣穴分布明顯少于其它方案。因此，方案Ⅳ是該汽車保險(xiǎn)杠的最佳澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

5 結(jié)束語

通過運(yùn)用Moldflow技術(shù)，對汽車塑件注塑成型過程進(jìn)行模擬分析，預(yù)測了在不同澆注系統(tǒng)下的成型缺陷，確定了最佳澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，從而為模具開發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)提供了理論支持。

［1］ 余玲.汽車前保險(xiǎn)杠注塑模澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.汽車技術(shù)，2011（4）：53-56.

［2］ Lee B,Kim B.Automated Selection of Gate Location Based on Desired Quality of Injection-molded Part ［J］.Separation Science and Technology,1996,35（2）:253-269.

［3］ 朱芬芳，趙金廣.基于Moldflow汽車線槽注射模澆口優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.模具工業(yè)，2011，37（11）26-29.