基于Moldflow 的汽車后門內飾板澆注系統分析

宛 東，王洪廣，郝加杰

（1.柳州鐵道職業技術學院，廣西 柳州545616；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

車門內飾板是汽車重要的組成部分，主要起到車輛內部裝飾，密封車門相關線路、電氣元件和車窗升降玻璃等，車門內飾板上面還要安裝車內門把手，玻璃升降開關、雜物盒蓋板、揚聲器孔蓋等飾件，對裝配工藝要求較高。隨著汽車輕量化的需要，以及車主對汽車內飾的舒適感和視覺效果的要求，車門內飾板一般采用塑料材質加工而成。

車門內飾板在注射成型的時候，熔體在模具腔體里的流動過程比較復雜。澆口位置、流道尺寸、填充時間、注塑壓力等諸多工藝和參數等對產品質量影響很大。如果澆注系統方案設計的不合理將會直接導致產品產生翹曲變形、體積收縮、產生熔接痕、氣穴等缺陷。

本設計是某款汽車的后門內飾板，利用Moldflow從填充時間、注塑壓力、V/P 轉換時壓力、鎖模力、流動前沿溫度等方面進行分析和仿真，來確定和汽車后門飾板澆注系統方案的可行性和可靠性。

1 澆注系統設計

1.1 產品模型建立及有限元分析

通過UG 三維軟件將某汽車的后門內飾板的模型結構繪制出來，將UG 三維模型轉化文件格式并導入到Moldflow 軟件中，通過實體網格劃分進行有限元分析[1]。三角形個數共有184 760 個，已連接的節點92 290 個，平均縱橫比2.09，共用邊277 140 個，匹配百分率達到了91.10%。以上參數符合建模的要求，具備了分析條件。

該產品的外形尺寸為913 mm × 781 mm × 106 mm，產品表面形狀復雜，平均壁厚為2.2 mm，最薄處為1.2 mm，最厚處為2.9 mm。通過可能造成翹曲變形或者氣穴等缺陷。通過網格厚度診斷分析，產品的壁厚與設計有較高的一致性，如圖1 所示。

圖1 某款汽車后門內飾板壁厚分析

1.2 材料的性能及成型工藝設置

本款汽車后門內飾板選用的材料為PP-EPDM，填充物是20%的滑石粉，具有良好的韌性和較高的耐沖性能[2]。產品生產時要求一模一腔，載入熔體重量為2.16 kg，注射機噸位為2000T。主要設定的工藝參數：熔體溫度230 ℃，頂出溫度114 ℃，模具表面溫度40 ℃，最大剪應力0.25 MPa，注塑時間5.6 s，保壓時間10 s。

材料的粘度很大程度上影響熔體在注塑過程的流動性，粘度曲線是材料工藝的重要參考指標，分別在200 ℃、210 ℃、220 ℃和230 ℃四個溫度條件下得出的粘度曲線如圖2 所示。

圖2 粘度曲線

材料的體積隨著溫度和壓力的變化而變化的特性，一般用PVT 曲線來呈現。塑料材料的PVT 特性對保壓參數和體積收縮率等產生影響。該材料分別在0 MPa、50 MPa、100 MPa、150 MPa 和200 MPa 五個壓力條件下的PVT 曲線如圖3 所示。

圖3 PVT 曲線

1.3 澆注系統方案設計

汽車后門內飾板的尺寸較大又是薄件，澆筑系統的方案設計時考慮設置10 個澆筑口，如圖4 所示。進膠形式采用熱流道轉換冷流道的方式，由于工件的復雜性，導致設置的澆口和流道的形式及尺寸都各不相同，具體參數如表1 所示。

表1 流道的澆口形狀及相關尺寸

為了減少熔接痕的產生，進膠方式由同時進膠改為順序進膠，進膠順序由進膠閥控制，具體步驟是先開啟N1 點，N2 點延遲2.2 s，N3 和N7 點延遲2.9 s，N4、N6、N8 三點再延遲4.3 s，N5 點延遲5.4 s。

圖4 澆注系統的澆口位置設計

2 Moldflow 仿真模擬結果分析

利用Moldflow 軟件從填充時間、流動前沿溫度、注射壓力、V/P 轉換時壓力、鎖模力、頂出時體積收縮、產品翹曲變形等幾個方面進行模擬分析[3]，仿真出產品澆筑系統設計的合理性以及存在的缺陷，從而優化設計方案，最終達到符合產品生產的要求，縮短了研發周期，降低了生產成本。

2.1 填充時間分析

熔體的填充時間通過仿真模擬分析，結果會以動態的渲染圖和等高線圖的形式呈現出來。某汽車后門內飾板的填充仿真模擬時間是5.6 s，如圖5 和圖6 所示。從圖5 的狀態分析，最先填充的區域為A區，最后填充的區域為B 區。而A 區域位于澆注口N1 周圍，B 區域位于澆注口N5 周圍，中間為過區，這與設計的N1 最先進膠，而N5 最后進膠的順序進膠方案完全相符合。

從圖6 的等高線的云紋狀態分析，充填過程澆注口N1、N2、N3、N5、N7、N8 的云紋線的間距基本相同，表面熔體流動前沿速度相等，而且沒有滯留的區域。澆注口N4、N6 的等高線云紋密度相對比密集熔體速度相對緩慢，尤其是右下角黑色圓圈標注區域的填充線路不是從左到右流動，而是按照從四周到中間的圓形順序流動軌跡，填充完畢的時間的5.3 s，接近填充尾聲，該區域容易造成“短射”和氣穴缺陷[4]，但是可控。

圖5 填充渲染圖

圖6 充填等高線圖

2.2 流動前沿溫度分析

本次設置推薦的熔體溫度范圍是200 ～240 ℃，理想熔體溫度為230 ℃，產品外觀溫度差值不能超過10 ℃。從圖7 所示中可以分析出，此制件澆注系統大部分區域的前鋒溫度梯度不大，最高溫度在N7區域附近的323.6 ℃，最低溫度在N4 和N6 之間的區域，溫度為224.4 ℃。總體溫度分布均勻在合理的范圍內。通過流動前沿溫度分布圖，可以分析出來順序進膠的澆注口區域的溫度平衡，不會產生明顯的熔接痕，而且熔接區域的結構強度和質量不會受到影響。右下角黑色圓圈范圍由于溫度較低，而且是最后填充區域，可能會存在溶膠滯留或者填充不滿。

圖7 流動前沿溫度分布圖

2.3 注射壓力和鎖模力的分析

型腔注射壓力模擬仿真圖，如圖8 所示，是N1-N8 的10 個澆注口從進膠開始到填充末端的壓力變化曲線，從圖上分析澆口N4 的注射壓力出現了峰值，時間是5.4 s，最大壓力53.69 MPa，由于設計參數要求是型腔最大壓力不大于70 MPa。因此各澆注口的注射壓力符合設計要求。

圖8 注射壓力圖

從圖9 鎖模力曲線分析，注射過程的鎖模力的峰值出現在時間是在5.4 s，約1 169 t，按照要求鎖模力的不能超過注塑機的75%，鎖模力的大小沒有超出使用機臺的限定范圍，設計符合要求。

圖9 鎖模力圖

2.4 頂出時的體積收縮分析

該汽車后門內飾頂出時的體積收縮如圖10 所示。通過仿真模擬從11 個有代表性的數據分析最大的體積收縮率約為7.7%，最小的收縮率約5.6%。而澆注口N4、N5、N7 附近可能收縮率超過10%，但是這三個位置是在安裝時又裝飾扣條彌補，對收縮率要求不高。按照體積收縮率低于8%為較佳的標準，該澆筑方案的頂出時體積收縮率完全到達了要求。

圖10 頂出時的體積收縮圖

2.5 翹曲變形的分析

注塑件的翹曲變形對產品外觀和后期的裝配工藝有著直接的影響[5]。通過虛擬仿真得出了產品X、Y、Z3 個方向的翹曲變形量，如圖11 所示。通過放大5 倍效果，從圖中可以看出：X 方向最大翹曲變形位置是N1 和N7 澆注口附近，變形量為3.43 mm；Y 方向最大翹曲變形位置是N3 和N7 澆注口附近，變形量為3.29 mm；Z 方向最大翹曲變形位置是N3 和N7澆注口附近，變形量為7.14 mm。經過三個維度的比對分析主要變形的位置是在N1、N3 和N7 三個位置，其中N1 和N7 位置裝配后有裝飾條包裹，翹曲變形量不影響整體外觀，N3 位置的翹曲弧度恰好與安裝的玻璃窗弧度匹配，有利于裝配操作，因此本設計方案的翹曲表現不影響外觀和裝配工藝。

圖11 后門內飾板的翹曲變形圖

3 結束語

通過Moldflow 軟件對汽車后門內飾板澆注系統的方案仿真模擬分析。直射時間5.6 s，最大注射壓力53.69 MPa，所需鎖模力較小只有1 169 t，產品表面流前溫度符合要求，采用順序進膠方式，產品填充趨勢均勻無滯留，產品表面幾乎不存在熔接痕，頂出時體積收縮率達到要求，產品局部產生的翹曲變形數據在可控范圍，通過后期裝配工藝處理可以得以解決。經過仿真分析該汽車后門內飾板的設計方案可行，并且已經于2019 年8 月投入實際生產應用當中，目前本內飾主要應用于新寶駿RM5 車型當中，如圖12 所示。

圖12 汽車后門內飾板實物