模流仿真在汽車電源分配盒塑膠殼體結構設計中的應用

張銳　陽繼

摘 要：在汽車電源分配盒塑膠殼體的結構設計過程中，對產品的結構進行多種初步方案的設計，然后利用模流仿真工具進行仿真分析，對比仿真結果，選擇其中翹曲變形相對最小的方案繼續進行結構設計，大大提高了設計的效率和產品的可靠性。文中實例說明模流仿真對于產品的結構設計有著很大的指導意義，也為類似產品的設計提供了一個可行的思路。

關鍵詞：結構設計；模流仿真；翹曲變形

Abstract： In the plastic housings mechanical designing process of automotive power distribution box， more than one preliminary solutions are designed. Then the different solutions are analyzed by moldflow software and the results are compared. The solution with the least warpage is chosen as the one to go on with designing， which improved the design efficiency and reliability of product greatly. The case in the article illustrates that moldflow analysis has a strong guiding role to the mechanical designing of products， and it also provides a feasible solution to the designing of similar products.

Key words： Mechanical design， Moldflow analysis， Warpage

引言

隨著汽車產業的發展和社會對環境保護的要求，汽車的輕量化得到了越來越多的汽車生產廠家的重視，而塑膠零件的大量應用無疑為汽車輕量化提供了一個很好的解決方案。

電源分配盒是汽車中一個電器模塊化程度較高的模塊，通常都由塑膠殼體將很多線束或者元器件包圍在內，起到固定和保護的作用。但由于塑膠殼體通常尺寸都比較大，結構形狀又比較復雜，在結構設計過程中，適時的進行模流分析可以了解設計的結構在注塑過程中可能會產生的問題，從而相應的調整設計，可以有效的提高設計效率。

本文將以電源分配盒的下殼的設計為例，說明模流分析在結構設計中的優化作用。

1.電源分配盒的下殼結構特點

電源分配盒通常由多個殼體以及各種電子電器元件組成。其中下殼與汽車的車身固定連接，承擔了上面的所有重量。為方便裝配，下殼的側面通常有用于中殼上汽車線束從側面安裝的U型開口，結構不平衡的特點容易導致注塑后發生翹曲變形，在裝配后，變形的下殼被矯正到理論的形狀造成內部應力的存在，在受到振動，沖擊等外部條件的影響時容易導致下殼的失效和損壞。同時由于整個電源分配盒有較高的防水要求，較大的翹曲變形會導致密封不良，可能會因內部進水而造成短路等安全問題。所以，在下殼的結構設計上，如何減小翹曲變形是一個需要重點關注的問題，也是本文進行模流分析與結構優化的主要內容。

2.兩種結構方案的模流仿真分析對比

針對以上提到的下殼上U型開口結構的問題，該結構由總體的設計所決定而無法避免，但開口的位置是可以做適當的調整以減小翹曲變形。為此，在結構設計的中期，下殼總體結構初步成型時，就可以開始進行U型開口位置的評估了。

在本文的電源分配盒下殼的設計案例中，根據設計初步確定了兩種可行的U型開口方案，第一種方案U型開口位于殼體下部側面的中間位置，第二種方案U型開口位于殼體左部側面的下端。將模型分別導入到Moldflow軟件中，并進行網格劃分和澆口設置，材料均設置為PA6+10%玻纖+20%玻珠，選擇合適的粘度特性與PVT特性模型，并且兩者選用相同的成型條件進行求解計算。

得到的兩種方案X方向的翹曲變形云圖如圖1。由圖可以看出，在X方向上，方案1上部側壁位置紅色區域變形較大，在U型開口的左側變形最為顯著；方案2在上部側壁位置變形最為明顯，另外一個變形較大的區域發生在左下角的U型開口邊緣位置。從兩種結果也可以明顯的看到在冷卻過程中，角效應導致側壁中心位置向內收縮的效果非常明顯。

兩種方案Y方向的變形效果云圖如圖2所示。由圖可見，方案1由于下部中間的U型開口的存在，使得開口兩側的結構向中間變形得非常明顯，結構特征對變形的貢獻比角效應更明顯；而方案2在這一方向上有結構的支撐作用，只在U型開口邊緣有一定的變形，可以看到角效應的作用。

兩種方案Z方向的變形效果云圖如圖3所示。由圖可見，在Z軸方向上，兩種方案都在上部的側壁和右邊的角落有一定的變形，方案1的最大變形量更大一些。

由以上分析可以看出，在相同的參數條件下，三個方向上的最大變形量，方案2均優于方案1，所以選擇方案2作為U型開口的結構設計方案，來進行后續的結構設計工作。

在以上實例中，如果按照方案1的方式進行設計直到完成，在進行模流分析時就會發現有翹曲變形大的問題，給后續的生產工藝以及產品的質量管控帶來很高的風險。而通過在設計中間階段進行模流分析，可以清楚的了解到各種設計方案可能會帶來哪些問題，通過比較，選擇其中最好的方案作為選定的結構設計方向，在此基礎上設計出來的產品才能夠最大程度上的回避注塑加工的風險，得到最為穩定可靠的產品。

3.結束語

由于產品的設計結構方案和注塑工藝本身的限制，汽車上所用到的較大尺寸的塑膠零件通常都會有因注塑充填或者冷卻不均而造成的翹曲變形的缺陷，除了從注塑工藝的角度來優化之外，從結構設計方案上進行改善有時更能起到決定性的效果。通過在設計階段對多種設計方案進行模流仿真分析，可以找到使產品質量更可靠的結構設計方案，提高了設計的有效性，也大大提高了產品的可生產性，降低了風險。

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