注塑模具百科|基于塑料模具模具分析的汽车内饰

注塑模具百科|基于塑料模具模具分析的汽车内饰板浇注系统设计：本文以某车型后侧周围装饰板为例，利用Moldflow软件进行三种不同浇注方案注塑成型过程的CAE仿真分析，揭示了该产品注塑成型过程，成功预测了三种方案的缺陷问题和分布情况，通过优化模具浇注系统的设计　　汽车内饰主要由塑料零件构成，70%以上的内饰零件是通过注塑成型加工而成的，包括仪表板、车门装饰、车柱装饰、车座装饰等零件。

因此，注塑制品质量的好坏是影响装修质量的重要因素之一。

　　传统注塑模具设计主要依赖于设计者的经验知识，模具加工完成后，经常需要反复模具修理和调整投入生产制造，这种加工方式严格制约了新产品的开发，开发周期长，成本高，质量比较差。

随着计算机技术的发展，越来越多的企业采用CAE技术设计模具，采用CAE技术预测模具设计潜在缺陷，优化模具结构，大幅缩短模具设计周期，提高模具质量。

　　本文以本公司某车型后侧安装装饰板为例，设计了3种不同的模具浇注系统方案，利用Moldflow软件进行CAE仿真分析，通过模拟该产品成型过程中的熔融填充、保压和冷却过程，预测了3种方案的成型缺陷 通过分析比较，最终选择模具设计所依据的方案。

　　实验设计　　1 .材料和分析模型　　本文在我公司某汽车后侧周围设置装饰板作为分析模型，该产品的3D实体模型描绘于3D造型软件UG (现NX )中，图1显示该产品正面和背面的3D实体模型。

　　根据汽车内装整体的外观需求，产品轮廓由曲面构成，形状为流线形圆弧面，各表面之间采用曲面过渡，表面后期腐蚀皮纹，要求无熔敷痕迹或突出痕迹的背面为安装面，采用卡扣安装形式，在安装面上设置肋，防止产品在生产过程中发生热变形， 其位置分布对符合结构力学要求的产品的角部加圆，提高产品的机械强度，改善成形塑性的流动性，有利于产品的脱模。

该产品上部与汽车顶板接合，下部与后侧周围的装饰板接合，因此对产品的尺寸变形要求很高。

产品最大长度为1090mm，最大宽度为578mm，最大高度为267mm，产品基本厚度为2.5mm，产品末端采用壁厚结构，最末端为1.8mm，肋厚度为1mm，高度为7.6mm。

　　产品材料为PP T20，材料的基本特性如表1所示，材料的PVT曲线和粘度曲线如图3所示。

　　必须网格化产品才能满足有限元模拟分析的要求。

使用UG软件将CAD模型转换为IGES文件格式，导入到Moldflow软件中并进行表面网格化。

由于产品是薄零件，因此适合选择“双面网格模型”( Fusion )。

表面网格由三节点三角形组成，与中面网格不同，它是在模型的上下两层表面上创建的，并使用网格工具逐一修复网格交叉点、纵横比、零面积单元格等存在的问题，如合并、移动和插入节点。

网格分割时，请确保每个单元格的匹配率超过85%，自由边和非重叠边的数量为0，单元格纵横比的最大值在6以内。

经过数值计算，本文模型的网格统计信息均满足使用要求。

　　2 .浇注系统方案设计　　由于成型品尺寸大，外形尺寸特殊，模具难以熔融填充，成型品容易变形，容易出现流路材料浪费大等缺陷。

为了从根本上解决这个问题，我们采用多点序列阀注入方案，根据不同浇口的材料流长比，确定合理的各浇口注入时间和浇口位置。

结合经验，如图4所示，初步设计了三种浇注方案。

　　3个浇注方案中，热流道和冷流道直径尺寸均为12mm的浇口前端形状、尺寸: 40mm×2mm； 后端形状尺寸: 12mm×6mm。

通过计算设置了3个方案的各闸门的开放时间和开闭顺序，表2显示了不同的浇注系统方案的闸门投入时间顺序。

　　比较分析结果　　利用Moldflow软件，对上述3种设计方案进行注塑成型过程的仿真分析，通过仿真分析选定材料PP T20的成型时的模具温度和熔融温度控制在50℃和230℃。

　　1 .流动结果的比较　　为三种方案的熔体流程时间云图，可以评估产品的填充质量。

其结果显示了熔体前端的扩展，结果中出现蓝色云图的位置表示最早填充的区域，出现红色云图的位置表示最后填充的区域。

　　　　权利要求1和权利要求2的熔融流动路径相同，最早和最晚的填充区域一致，分别在图5a和图5b的产品的左上和右下的情况3中，相反地，图5c的产品的右上区域被最早填充，左下区域被最后填充。

此外，三种方案结果中的云纹线间隔基本相同，表面熔融流动的尖端速度相同，三种方案消耗的填充时间基本相同，生产效率一致。

　　显示产品充填过程中熔体前缘温度的变化，可评价充填过程中产品是否存在过大剪切力和短射。

从图6可以看出，三种方案产品大部分区域的前锋温度梯度不大，在合理范围内，但方案1中加强筋末端区域的熔体前缘温度下降较大，可能发生滞后和短冲现象。

　　　　2 .压力结果的比较　　在3个方案的注射位置的压力的时间变化曲线如图7所示。

向型腔注入熔融物时，压力持续上升。

压力出现压力峰，之后若不出现保压台(通常出现在填充模的末端)，表明熔体未能很好地达到平衡填充模。

在图7中，三个方案均在压力峰值后出现保压平台，因此三个保压平台是理想的，方案一个出现压力峰值。

　　　　3个方案的速度/压力切换时的压力分布如图8所示。

该结果显示了速度/压力控制转换时的压力分布的瞬间值，通常，该值是整个注射成型周期中最高的值。

根据图8c，提案3的压力值大，可能需要大的合模力。

与此同时，从这个结果可以观察到速度/压力变换时产品填充了多少，未填充部分在结果图中用灰色表示。

　　　　9a、9b表示方案2填充结束时的压力分布和合模力的情况，图9c、9d表示3个方案的比较结果。

分析比较结果表明，方案2充填结束时压力差最小，方案压力分布均匀，浇口位置设计合理，方案3合模压力均最大，与上述分析一致。

　　　　3 .成形缺陷结果的比较　　利用Moldflow软件进行注塑成型过程的CAE模拟，能够准确预测翘曲变形、焊接痕迹、气蚀和流动痕迹等成型缺陷，提供直观的分析结果图。

该零件用于汽车内装，需要与相邻的钣金零件及其他内装零件组合，因此对产品尺寸精度要求很高。

另外，汽车内饰材料一般直接面对汽车使用者，对其产品的表面质量要求很高。

比较尺寸精度(翘曲变形)和表面品质(焊接线)。

　　显示了方案2的翘曲变形量的结果(放大的3倍效果)，可以看出，采用方案2的浇注系统时，整个产品的翘曲变形比较均匀，几乎符合制造要求，图10a的红色区域的翘曲变形量最大，数值为9.146。

在图10b中，比较三种方法的翘曲变形的结果，横轴表示翘曲变形的方向，依次是x、y、z和合成方向.纵轴表示最大翘曲变形值。

从图10b可以看出，场景2的四个方向上的每一个变体比其馀两个场景更小，而尺寸精确度更高。

　　　　如果两个聚合物熔体流动的前端聚集，或者一个流动的前端分离后合流，则产生熔体线，有可能引起产品的表面缺陷，如果熔体聚集时前端温度过低，则产品的结构强度降低。

在图11中比较了3个方案的熔敷痕的结果，从图中可以看出，方案中没有产生明显的熔敷痕，方案2中产生了明显的熔敷痕，方案3中产生了不明显的熔敷痕。

结合熔痕和熔痕前端温度比较，方案2发现形成熔痕时温度高，熔痕的结构强度满足要求。

　　　综上所述，提案2具有型腔填充过程均匀、型腔压力分布均匀、所需合模力小、产品尺寸精度高的优点，有可能产生明显的焊接痕迹，但可通过后续工艺参数的调整和表面处理等技术进行改善。

因此，采用建议2进行模具设计和产品制造，生产结果与CAE分析结果一致，为该产品的组装效果。

　　　结语　　基于Moldflow软件平台，利用注射CAE技术对汽车后侧内饰面板三种不同浇注系统方案进行仿真分析，准确预测其填充情况，对模具设计起到了有效的指导作用。

从充填分析、保压分析、模腔残馀应力、焊缝及翘曲变化对汽车后侧装饰板3种浇注系统进行比较分析，发现建议合理。

在此基础上进行了模具设计，并进行了实际生产、制造验证，得到了满足质量要求的产品。

　　因此，采用CAE辅助技术进行模具设计，不仅提高了试制的成功率，而且大大提高了产品的开发效率和产品的成型质量。

(结束)

塑胶注塑加工