基于Moldflow的車門零件注塑成型數值模擬及工藝優化

李 雅

（沈陽工學院，撫順 113122）

0 引言

隨著塑料工業的快速發展，塑料制品因其特有的質量輕、價格低廉、絕緣耐腐蝕等性能，越來越多地被用于汽車零部件，在減輕車身重量和節約制造成本等方面發揮著重要作用。但是如果在注塑過程中工藝參數設置不合理，就會導致最后的塑料制品出現許多缺陷，甚至加工生產無法順利進行，因此有必要在塑料制品生產前就對其注塑過程的各個環節進行仿真分析，進而得到了優化的注塑工藝參數，控制缺陷產生，保證產品質量，提高生產效率。

1 車門零件建模及成型工藝分析

1.1 車門零件三維造型

車門零件產品三維圖如圖1所示，采用PP材料，其性能如表1所示。制件尺寸為45mm×28mm×15.7mm，壁厚不均勻，最大值為9mm，最小為0.7mm。車門零件結構較為復雜，三個側壁均為通孔，給塑件的成型帶來了困難。用UG8.5軟件進行三維造型后存成.prt格式，然后導入Moldflow2015中劃分網格，網格形式設置為雙層面，進行網格診斷和進一步修復，將網格縱橫比修復減小為5.99，小于模擬分析要求的10，網格匹配率達到90%，高于模擬分析要求的85%。

圖1 車門零件三維造型

表1 材料性能

1.2 澆注系統和冷卻系統設計

1.2.1 澆口位置設計

通過Moldflow分析最佳澆口位置位于節點N8757附近，即圖1所示孔1側壁附近，如果選該點做為澆口位置，則需要設置潛伏式澆口。由于該件為車門內部零件，對表面光潔度沒有特殊要求，因此采用點澆口形式，將節點N8757沿Z方向移至制品表面，澆口設置如圖2所示。

圖2 澆口位置

1.2.2 流道設計

考慮生產效率及注射工藝要求，采用一模兩腔平衡布局方式（如圖3所示）。根據流道經驗公式和材料要求，設計主流道的直徑為大端6mm，小端3mm，長度為30mm。水平分流道為直徑4mm圓柱，垂直分流道大端4mm，小端2mm，澆口直徑1mm，高度0.8mm。

1.2.3 冷卻系統設計

冷卻系統采用均勻環繞冷卻（圖3所示），冷卻水道采用6mm直徑管道，水為冷卻介質，恒溫25℃。回路雷諾數選擇默認的10000。設置成型溫度為240℃，根據填充分析結果顯示，塑件的最高溫度為255.2℃，最低溫度為224.4℃，大于塑件凍結溫度，不會出現短射缺陷。冷卻結果顯示，冷卻液最高溫度25.24℃，最低是25.01℃，溫度相差較小，效果較好，滿足要求。澆注系統和冷卻系統設計合理。

圖3 澆注和冷卻系統設計

2 實驗工藝設置及優化

2.1 方案確定

翹曲變形程度是衡量塑件成型質量的重要指標。翹曲形成的基本原因是存有內應力，主要包括：冷卻不均、收縮不均、玻纖取向因素或是在塑件還沒有完全冷卻就頂出等[1]。在影響注塑件質量的多個成型工藝參數中，模具溫度、熔體溫度、填充時間、保壓時間、冷卻時間和保壓壓力對收縮變形和翹曲變形影響尤為重要[2]，為了生產出高質量產品，可利用田口正交試驗方法設計工藝參數，觀察各因素對翹曲的影響因子大小。從這6個重要的影響因子中篩選出對產品翹曲變形有較大影響的4個變量，為每個變量設定了4組因數水平，如表2所示。

表2 正交因素水平表

選擇4個工藝建立4因素4水平的正交實驗的L16(44)，結果如表3所示。

表3 正交實驗方案與結果

2.2 結果分析

田口正交實驗法可采用均值極差法進行分析實驗結果[3]。極差的大小反映因素對指標的影響程度，極差越大表明該因素對指標的影響越大，該因素的顯著性越強。極差分析結果如表4所示。

表4 翹曲變形的極差分析結果

由表4可知，影響翹曲變形的因素先后順序為：熔體溫度(R) ＞模具溫度(M) ＞保壓壓力(L) ＞注射時間(Z)，繪制各影響因素的效應曲線圖如圖4所示。由圖4可知：

1）翹曲值隨著熔體溫度升高而降低，說明在所選擇的范圍內，較高的熔體溫度能緩解車門零件的翹曲問題；

2）翹曲值隨著模具表面溫度的升高而降低，較高的模具表面溫度更適合車門零件的注塑；

3）注射時間對翹曲值的影響比較復雜，在所選取的注射時間范圍內，翹曲值呈波動形態，并且變化幅度較小；

4）翹曲值隨著保壓壓力的增加而增加，表明過保壓會使塑料件脫模后的殘余應力較大，造成塑料構件翹曲變形嚴重。

圖4 各影響因素的效應曲線圖

2.3 參數優化

經上述分析可知，工藝優化組合為R4M4Z2L1，即熔溫取250℃，模溫取70℃，注射時間取0.8s，保壓壓力取30MPa，用Moldflow軟件對這個優化組合進行翹曲分析，所得的分析結果如圖5所示。分析得到最大翹曲量為0.2646mm。

圖5 參數優化后的翹曲變形模擬結果

4 結論

1）對車門零件塑件采用四因子四水平的正交實驗方法進行模擬分析，以翹曲變形量作為優化指標,得到優化的工藝參數為：熔體取250℃， 模溫取70℃，注射時間取0.8s，保壓壓力取30MPa。

2）根據Moldflow數值模擬優化出模具設計方案，設計并制造出車門零件注塑模具。

3）通過注塑實驗，得到了合格的車門零件產品并進行了批量生產，驗證了數值模擬結果的正確性并可以應用于實際生產中。

圖6 生產出的車門零件產品

[1]王成珥,陳振,等.基于Moldflow的底座注塑成型數值模擬及工藝優化[J].塑料工業,2016,44(10):34-38．

[2]WANG Y Q,KIMY G,SONG J I.Optimization of plastic injection molding process parameters for manufacturing a brake booster valve body[J].Mater Des,2014,56:313.

[3]賀華波.基于正交實驗的旋蓋產品成型工藝參數優化設計[J].工程塑料應用,2009,37(4).35-38.

[4]歐相麟,王大中,寧凱軍.汽車注塑件典型缺陷分析及其解決措施[J].工程塑料用,2014(01):51-55.