基于MoldFlow的汽車導風板注射模優化設計

王尚英，秦宇志，周 川

（長安汽車產品開發一部內外飾開發所，重慶 401120）

1 引言

塑料制品的廣泛應用為注塑機行業的發展提供了不竭動力，MoldFlow模流分析仿真已經成為模具設計過程中一個至關重要的環節。它與傳統的分析手段相比，采用了CAE技術，通過把連續的塑件離散化進行有限元分析，模擬熔體在模具型腔內的流動，從而確定模具的最佳方案。大多數模具廠定方案時都以經驗確定澆口數量，人為因素不可控，從而忽略了澆注系統對模具的影響。

本文以汽車導風板為例，通過MoldFlow軟件模擬，依次對其進行填充分析、保壓分析和翹曲分析，通過對比3種方案的工藝參數，為模具和工藝設計提出理論指導。

2 塑件結構分析與材料特性

2.1 塑件結構分析

圖1所示汽車導風板總尺寸是520×140mm，主壁厚1.8mm，邊界局部壁厚1.2mm，最大壁厚2.5mm，最小壁厚0.8mm。壁厚分布較為均勻，塑件兩端有安裝點，其它地方用于遮蔽。

圖1 汽車導風板3D數據圖

此塑件為長條形，形狀較為簡單，沒有明顯的結構凸起或凹陷，通過考慮模具經濟性，整體采用一模兩腔排布。通過CADDoctor修復轉換，導入MoldFlow軟件，選擇全局網格邊長為4mm的方案對其進行網格劃分，網格類型為Fushion，網格數量為41,802個，最大縱橫比是9.8，平均縱橫比2.06，最小縱橫比1.16，匹配百分比為92.2%，相互匹配率為90.6%。

2.2 材料特性

根據塑件的結構、性能以及用途等影響因素，此導風板采用聚丙烯（PP）+三元乙丙橡膠（EPDM）+15%滑石粉（TD15）材料，參數如表1所示。

表1 PP+EPDM+TD15推薦工藝參數

3 分析步驟

根據模具設計流程，擬定分析方法如下：

（1）網格模型完成劃分后，根據塑件大小以及材料屬性確定澆口數量，然后進行澆口位置分析，通過云圖平衡區域，對澆口和流道樣式進行分析。

（2）填充分析。根據不同澆口方案，進行填充分析。

（3）保壓分析。設置保壓參數（通常按最大注塑壓力80%），進行保壓分析。

（4）翹曲分析。通過填充和保壓分析得到較優參數后進行翹曲分析，再根據關注區域變形量進行工藝參數優化或數據調整，進行翹曲優化。

4 模流分析

4.1 澆注系統的設計

（1）澆口位置的確定。

通過對塑件大小、材料屬性以及模具預算等進行綜合評判，以不同澆口數為主，對其進行對比填充分析，最終確定適合本塑件注射成型的最佳澆口方案。為了精確分析不同澆口數量的結果，本文提出3個澆口方案。

方案一設計為1個澆口，方案二設計為2個澆口，方案三設計為3個澆口。根據表1，設置模具表面溫度為60℃，熔體溫度設置為225℃，冷卻時間設置為20s。

通過填充分析得知：①方案一的填充時間為2.897s，最大填充壓力64.42MPa（見圖2）；②方案二的填充時間為2.851s，最大填充壓力35.94MPa（見圖3）；③方案三的填充時間為2.950s，最大填充壓力46.16MPa（見圖4）。

圖2 方案一填充分析

圖3 方案二填充分析

圖4 方案三填充分析

3個方案填充時間差別不大，填充壓力相差較為明顯。

a.方案一。1個澆口，塑件左右填充不均勻，因塑件正中間位置有圓形特征，澆口不能搭在正中間，分析填充壓力較大，模具排布一模兩腔，型腔壓力過大，模具受力也較大。

b.方案二。2個澆口，填充較為均勻，填充壓力在可控范圍內，但兩個澆口同時開啟，塑件中間會存在一條明顯的熔接線。

c.方案三。3個澆口，澆口順序開啟，因中間澆口未在塑件正中間位置，填充末端有些滯留，填充壓力在可控范圍內，塑件表面無熔接線。

（2）成型窗口的分析。

成型窗口分析用于不同計算方案的最佳初步工藝設置，通過成型窗口分析可以得到一些確切的填充參數。

對3個方案進行成型窗口分析，參數如表2所示。

表2 成型窗口參數表

由表2可知，方案三的最大剪切速率偏高，不適用生產，方案一的注射壓力和鎖模力偏高，對模具品質及注塑機要求較高，綜合評判方案二各項參數均處于中間可控范圍內，更為合理。

（3）澆口、流道的確定。

此塑件為非外觀件，側澆口側搭方便進澆，可減小型腔壓力，且模具采用一模兩腔的排布方式，所以采用側澆口進澆。流道系統主要分為主流道、支流道、熱澆口和冷澆口組成。

如圖5所示，塑件大部分剪切應力為0MPa，澆口處的最大剪切應力是0.23MPa；如圖6所示，填充末端總體溫度主要分布在220℃，溫度隨壁厚分布，顯示較為合理，部分主面和筋位處因壁厚較薄溫度較低，但不影響整體成型。

圖5 剪切應力分析

圖6 填充末端總體溫度分析

（4）外觀分析。

此澆口方案會導致塑件中間會有熔接線產生（見圖7），且塑件兩端安裝結構附近筋位會有縮痕產生（見圖8），此塑件為非外觀件，外觀問題均在可控范圍內。

通過對比不同成型參數，如鎖模力、注射壓力、熔接線等，方案二合理。

圖7 產生熔接線分析

圖8 產生縮痕分析

4.2 保壓分析

方案二的注射時間為2.82s，最大注射壓力36.06MPa，冷卻時間按照MoldFlow設置默認參數20s，保壓時間設置4s，保壓壓力設置為最大注射壓力的80%，整個成型周期填充、保壓和冷卻26.82s，對于此塑件來說設置較為合理。

4.3 翹曲分析

注射成型塑件產生翹曲的原因一般分為收縮不均、冷卻不均、取向效應以及角效應4個因素。其中收縮不均主要受塑件的結構、壁厚以及工藝參數影響；冷卻不均主要受模具冷卻系統排布導致型芯、型腔溫度差異影響；取向效應主要受塑料材料的分子取向影響；角效應主要受塑件的結構或形狀影響。通過填充、保壓和翹曲分析，此塑件主要變形來源于收縮變形，得出結果如圖9所示。

圖9 翹曲變形分析

此塑件翹曲的最大變形是4.352mm，主要原因是塑件收縮不均導致；回放收縮塑件安裝點變形0.3～0.4mm，塑件主要是下榻變形，且此塑件為柔性件，裝配間隙可控。

5 總結

運用MoldFlow模流分析仿真對此汽車導風板進行模擬，通過對比不同澆口數量和不同澆口位置分析確定了澆口樣式，并通過標準流道的尺寸確定，構建了澆注系統，同時還對塑件進行了保壓分析和翹曲分析。最終用了2個開放式澆口方案，保壓壓力設置選取最大注射壓力的80%，即28.848MPa，保壓時間為4s，分析成型周期26.82s，通過翹曲變形結果得出塑件變形在可控范圍內。

通過填充、保壓和翹曲分析后，外觀問題及塑件變形問題可先以模流分析表現出來，預先回避量產時可能出現的問題。除此之外，更可將傳統的修模，試模動作以模擬分析進行，驗證對策的有效性后再進行實際的修模、試模，縮短模具開發周期。在汽車模具領域，更是必不可少，必要時通過MoldFlow對塑件進行預變形，更是可以很好的改善模具成型相關問題，減少試模時間，降低模具隱形成本，加快產品研發，提高企業效率。