汽車B柱注塑成型數值模擬及模具結構改進

王 靜

北京威卡威汽車零部件股份有限公司

汽車B柱注塑成型數值模擬及模具結構改進

王 靜

北京威卡威汽車零部件股份有限公司

隨著現代科技的不斷創新與發展，越來越多的先進技術已經運用到工業制造中，尤其是汽車制造領域。眾所周知在汽車的車身結構設計中有A柱，B柱和C柱有的還有D柱，這些立柱對車身起到一定的支撐作用，而與其相連接的立柱護板則是起到了吸收沖擊，保護駕乘人員，裝飾車輛內部的作用。汽車B柱作為汽車車身的重要零件，起到抵抗車向內彎曲的作用。根據分析，在汽車發生側碰時，B柱中間段受到的彎矩最大，說明其剛度的分布非常重要。注塑模CAE軟件能夠計算出特定工藝條件下制品的較為真實的變形結果，并為注塑成型提供優化的注塑工藝參數。借助于數值化模擬分析的結果，將變形量逆向補償到產品模型中，將為降低制品的變形提供一個新的思路。

汽車；B柱成形；模具結構

在塑料零件的注塑成型過程中，工藝參數對產品質量所發揮的作用是至關重要的，它不僅僅決定著塑料產品的表面質量，同時也決定著塑料產品的機械性能。要想提高零件的質量，一定要以優化注塑工藝參數為根本。

1 我國模具工業的發展現狀

模具工業在現代的工業產品中有著舉足輕重的地位，據統計有一的工業產品是使用模具加工的，模具工業已成為工業發展的支柱。模具可以加工注塑件、橡膠件、壓鑄件、鈑金件和鑄件等，是重要的生產工藝裝備。尤其是汽車行業對模具的依賴最為突出。自改革開放以來，我國的工業生產得到了突飛猛進的發展，同時模具工業的發展也是非常的迅速。經濟的快速發展對模具的質量和制造技術要求也越來越高，同時也為我國模具工業的發展提供強有力的推動力。

為轎車內飾件B柱下護板的模型，此產品為奇瑞汽車其中一款車的B柱下護板。（見圖1、圖2）

B柱下護板為轎車中的內飾件，安裝在轎車的B柱處(轎車有A柱、B柱、和C柱)，A柱是汽車前擋風玻璃與前車門之間的柱子，B柱是前后車門之間的柱子，C柱是后車門和后擋風玻璃之間的柱子。轎車一般有A，B，C，三個柱子，而稍大些的MPV型車則會有D柱，其位置依次類推。

2 注塑成型過程中存在的問題

在實際注塑成型過程中出現欠注，流道不平衡等問題。為了解決這些問題經過了多次的試模、修模，浪費了大量的人力、物力、財力和時間，但仍然沒有找到一個有效的解決方案。其實導致這些問題的原因主要有：其一，模具的設計問題，目前模具的設計基本上是依賴設計人員的個人經驗，比如澆注系統的設計完全是根據設計者的經驗而沒有科學的依據，這樣的設計方法肯定導致了設計過程的盲目性和無科學性。其二，在產品的注塑過程中，注塑工藝參數沒有一個標準，也是根據注塑工藝人員的個人經驗而來。比如注塑壓力、保壓壓力、模具表面溫度和熔體溫度這些參數的確定都沒有科學的依據。

圖1 B柱下護板

圖2 B柱下護板(背面)

3 B柱下護板模具的優化設計

3.1 模具設計前分析

1)型腔數量的確定。B柱下護板為轎車中的內飾件，安裝在轎車的B柱處(轎車有A柱、B柱、和C柱)，在第一章中已經詳細說明。B柱下護板的作用一方面是裝飾轎車內部，另一方面也起到對安全帶的固定作用。從圖中也不難發現，B柱下護板在左右的B柱上都有安裝，而且兩個B柱下護板為鏡像對稱件，故在設計模具時采用一模兩腔的設計形式，一模兩腔的設計在前面的模擬中已經確定了。在生產注塑中一次即可成型該左右件，一模兩腔的設計即提高了生產效率也節約了生產成本，但是對模具設計的技術要求卻比較高。

2)脫模方向及分型面的確定。在確定型腔數量之后，再對制件進行分型面及開模方向的分析，其中開模方向在第四章的澆注系統優化分析時己經確定，即為Z向，如下圖所示：

圖3 B柱下護板的脫模方向

3)模架及其他部件的選用設定。模架的設計選擇是整個模具設計的重要組成部分，模架為所有零部件提供了裝配基礎，承載了模具的各個功能系統。UG中注塑模具模架庫作為CAD系統重要的部分，主要是為用戶提供完整的模架，便于用戶在確定設計方案之后，直接利用現有的資源快速地完成模具的設計。UG注塑模模塊中標準模架的出現為模具設計和制造帶來了極大的方便，其中模架庫中有很多公司生產的標準模架可供選擇。其中注射模標準模架按模架零件的成形式分為A型、B型、C型和D型4種基本類型按模架外形結構分為I型(工字模)，H型(直身模)和T型(直身模加面板)；按模架的水口形式分為大水口模架、細水口模架及簡化型細水口模架。對于本制件選用LKM公司的注塑模標準模架，其型號為：A型一大水口系統一工字模。

4)澆注系統優化。根據最佳的澆注系統參數，在設計的模具中加工出相對應的流道系統從而優化模具的設計。對于本產品的冷卻系統設計，首先分析一下B柱下護板的特點。該產品厚度方向的尺寸只有3～左右，相對于其他方向的尺寸是特別的小(模具的長寬分別為771 mm，620mm )。故在該產品的冷卻過程中一般不需要冷卻系統，模具自身就能起到很好的冷卻作用。將模擬分析得出的最佳澆注系統，注塑模的相關設計方案應用到了實際的生產當中并制造出了注塑模，然后根據注塑機參數選用合適的注塑機，最后再根據最佳注塑工藝參數設定相應數值。從而得到了B柱下護板，且得到的B柱下護板符合質量及安裝的要求。實踐證明本文運用Moldflow對B柱下護板注塑成型過程模擬分析得出的一系列參數對實際的生產起到了有效的指導作用，具有非常重要的實用價值。

綜上所述，在模擬變厚度 B 柱的注塑成型時，需要進一步考慮改變模具參數和工藝參數以及其修改模具形面來優化成形件的質量。對變厚汽車 B 柱成形進行試驗研究，為實際生產提供基礎。

[1]郭利娜.汽車三角窗密封件注塑成型數值模擬及模具結構改進[D].燕山大學，2015.

[2]夏元峰.變厚度汽車B柱沖壓成形工藝研究及模具設計[D].哈爾濱工業大學，2013.

[3]肖正明.氣體輔助注射成型數值模擬與工藝優化[D].昆明理工大學，2006.