基于Moldflow汽車導(dǎo)流板的模流分析

邊慧光，王虎子，張深釗，胡紀(jì)全，晁宇琦，汪傳生

(青島科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266061)

基于Moldflow汽車導(dǎo)流板的模流分析

Model flow analysis of automobile flow guide plate based on Moldflow

邊慧光，王虎子，張深釗，胡紀(jì)全*，晁宇琦，汪傳生

(青島科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266061)

基于UG軟件對(duì)塑件產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過Moldflow軟件進(jìn)行模流分析，得到此塑件澆注系統(tǒng)的最佳澆口位置；分析注塑此塑件的填充時(shí)間，物料的流動(dòng)性，得出此塑件出現(xiàn)熔接痕、困氣以及翹曲變形等缺陷位置，根據(jù)分析結(jié)果確定最佳注射工藝，從而得到合理的設(shè)計(jì)方案。

導(dǎo)流板；Moldflow；UG；模流分析

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，塑料工業(yè)取得了很大的成就，已經(jīng)應(yīng)用在諸多方面[1]。傳統(tǒng)的注射制作產(chǎn)品模具主要依靠設(shè)計(jì)人員的直覺和經(jīng)驗(yàn)來完成，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量和外觀很難得到保證，現(xiàn)在產(chǎn)品模具的設(shè)計(jì)都在向CAD/CAE/CAM系統(tǒng)化的發(fā)展，提高了模具的精度和生產(chǎn)的效率，降低了時(shí)間和成本，備受企業(yè)和相關(guān)工程人員的青睞[2]。

汽車導(dǎo)流板是汽車后部的羽翼，不僅增加了汽車的美觀，而且增加了汽車在高速行駛時(shí)的穩(wěn)定性。本文基于三維軟件UG繪制出汽車導(dǎo)流板模型，通過有限元分析軟件Moldflow對(duì)導(dǎo)流板做模流分析，得出注塑時(shí)最佳的澆口位置和最大的鎖模力以及預(yù)測(cè)產(chǎn)品縮痕，熔接線，翹曲變形的情況，為實(shí)際生產(chǎn)起到了一定的指導(dǎo)作用。

1 塑件成型工藝分析

圖1所示是汽車導(dǎo)流板，塑件的材料是PC+ABS整體的尺寸是1 196.98×105.2 ×255.5 mm，塑件的體積是972.092 cm3，塑件的壁厚分布比較均勻，主壁厚為3.0 mm。壁厚差異較大的時(shí)候，容易出現(xiàn)色差，澆筑時(shí)的筋位做成U型。注塑件在生產(chǎn)的過程中會(huì)出現(xiàn)熔接痕，氣穴，縮痕以及變形等缺陷。本文是用UG做出導(dǎo)流板的模型，導(dǎo)入進(jìn)Moldflow進(jìn)行模流分析，進(jìn)而優(yōu)化模型設(shè)計(jì)。

圖1 汽車導(dǎo)流板

2 塑件的模型分析

在UG中生成IGS模型，導(dǎo)入到Moldflow中做模流分析。

2.1 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格是Moldflow進(jìn)行準(zhǔn)確分析的前提，因此網(wǎng)格劃分是Moldflow應(yīng)用分析前處理的基礎(chǔ)[3]。本文網(wǎng)格創(chuàng)建在模型壁厚的中間處，得到的最大的縱橫比為9.4，最小的縱橫比為1.5，縱橫比小于10，符合分析的要求。圖2是塑件的網(wǎng)格劃分：

圖2 網(wǎng)格劃分

2.2 澆注系統(tǒng)和澆口位置分析

澆注系統(tǒng)是為填充型腔和冒口而開設(shè)的一系列的通道，越是復(fù)雜的塑件，需要的澆注系統(tǒng)越復(fù)雜[4]。在澆注系統(tǒng)中的澆口位置對(duì)塑件質(zhì)量有直接影響，因?yàn)樗芗朴谄桨孱愋停菀桩a(chǎn)生翹曲和變形，所以采用多點(diǎn)澆口，效果更好。圖3是設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)以及澆口的位置。采用的是順序閥控制，澆口類型是側(cè)澆口。

圖3 澆注系統(tǒng)

2.3 工藝參數(shù)的選取

塑件在注塑的過程中，所需的工藝參數(shù)如表1所示。

表1 工藝參數(shù)

3 塑件分析結(jié)果

3.1 填充時(shí)間分析

填充時(shí)間是壓力、速度、溫度、澆口、排氣、材料性質(zhì)等多種因素結(jié)合以后造成的結(jié)果，最佳的填充時(shí)間是壓鑄的材料尚未凝固而允許最長(zhǎng)的充滿型腔的時(shí)間[4]。通過Moldflow分析模型的填充時(shí)間，生成填充時(shí)間，該塑件的填充時(shí)間是4.483 s，其中圖4（a）每個(gè)顏色的等值線表示的模具被同時(shí)填充的部分，圖4（b）中紅色線為塑件填充末端，可以清晰的看到塑件填充等值線比較均衡，說明材料的流動(dòng)性比較好。圖4（a）所示是填充時(shí)間，圖4（b)是充值等值線。

3.2 物料流前鋒溫度分析

流動(dòng)前沿溫度是聚合物熔體填充一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)的中間流溫度[5]，合理的溫度分布應(yīng)該是大致上相同的，即模型的溫度差不能太大，一般允許值為20℃，分析的物料填充中的溫度分布如圖5所示，塑件的大面前沿流動(dòng)溫度變化在10℃范圍內(nèi)，溫度的分布還是比較均勻的。

3.3 V/P轉(zhuǎn)換壓力分析

V/P轉(zhuǎn)換壓力是觀察塑件壓力分布是否平衡的有效工具。圖6所示V/P轉(zhuǎn)換壓力，通過對(duì)塑件的分析，V/P時(shí)刻填充量為98.27%，在4.22 s，產(chǎn)品填充至98.27 %是切換，壓力為65.95 MPa。

3.4 注射位置處壓力，XY圖分析

塑件注射過程中，可以通過注射位置處壓力的曲線圖較容易地看到壓力的變化情況，從而為注射機(jī)的選擇做參考，做出XY圖對(duì)塑件分析顯得很重要。圖7所示是注射位置處壓力圖，從圖中看到，開始注射的時(shí)候壓力是持續(xù)增加的，最大的壓力為66.24 MPa，注射的后段時(shí)間，壓力不變，說明塑件已經(jīng)達(dá)到了很好的平衡充模。

3.5 鎖模力，XY圖分析

鎖模力是指注射時(shí)為克服型腔內(nèi)熔體對(duì)模具的漲

開力，注射機(jī)施加給模具的鎖緊力，所以需要足夠的鎖模力來防止模具被撐開。圖8所示是鎖模力圖，最大的鎖模力是鎖模力為206.5 t，要求的注塑機(jī)1 400 t，滿足要求[5]。

圖4 填充圖

圖5 填充溫度分布

圖6 V/P轉(zhuǎn)換壓力

圖7 注射位置處壓力；XY圖

3.6 困氣分析

在注射的過程中，當(dāng)物料從各個(gè)方向流向同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，就會(huì)形成氣穴，氣穴對(duì)網(wǎng)格密度很敏感，如果空氣被困在型腔中會(huì)造成塑件產(chǎn)生氣泡，注塑不滿，可以分析氣穴產(chǎn)生的位置[6]。Moldflow能夠準(zhǔn)確的分析出困氣的分布位置，圖9是分析的塑件的困氣位置圖，困氣位置在產(chǎn)品分型面上和骨位末端，需要在骨位的末端增加排氣。

圖8 鎖模力；XY圖

圖9 困氣位置

3.7 體積收縮率分析

注塑機(jī)將物料加熱熔化，對(duì)熔融物料施加高溫，使其射出而充滿模具的型腔，物料充滿型腔，經(jīng)過冷卻凝固，物料會(huì)出現(xiàn)體積收縮的現(xiàn)象，就要分析這個(gè)體積收縮率的大小。圖10是利用Moldflow分析的體積收縮率，在頂出時(shí)的最大的體積收縮率為5.534%，最小的為3.598%，塑件表面的收縮基本均勻，滿足要求。收縮率最大值在產(chǎn)品的澆口位置和填充末端。

3.8 翹曲變形分析

翹曲變形是指塑料塑件的形狀偏離模具型腔的形狀所規(guī)定的范圍，是常見的一種缺陷[6]，翹曲變形程度也是作為評(píng)定塑件質(zhì)量的重要指標(biāo)，越來越受到重視。通過翹曲變形的分析可以模擬塑件成型過程，對(duì)成型結(jié)果的翹曲變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，能夠減少失誤。圖11塑件總體的翹曲變形為5.41 mm；塑件X方向的變形9.89 mm；塑件Y方向的變形5.86 mm；塑件Z方向的變形4.2 mm。

圖10 體積收縮率

圖11 塑件總體的翹曲變形

3.9 冷卻系統(tǒng)溫度分析

冷卻分析是用來模擬塑料熔體在模具內(nèi)的熱量傳遞情況，從而判斷塑件冷卻效果的好壞，縮短塑件的成型周期，提高生產(chǎn)效率和塑件的質(zhì)量。塑件設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)如圖12所示，冷卻液溫度的分布比較均勻，塑件冷卻幾乎能夠同步，提高質(zhì)量。

4 結(jié)論

通過UG軟件繪制出汽車導(dǎo)流板模型，并導(dǎo)入

Moldflow軟件中對(duì)塑件進(jìn)行模流分析，確定塑件的澆注系統(tǒng)和最佳澆口位置，從而使物料均勻填充型腔，根據(jù)物料的材料屬性確定注射工藝，并通過分析得到鎖模力206.5 t，注塑壓力65.95 MPa，在這種條件下注塑機(jī)滿足塑件生產(chǎn)需求。塑件外觀面無熔接線，筋位有縮痕，深度約0.035 mm，塑件是汽車的導(dǎo)流板，主要的裝配面是Z方向，翹曲變形為4.2 mm，在接受的范圍內(nèi)，塑件填充較均勻，體積收縮率均勻，此方案滿足此塑件產(chǎn)品的注射工藝要求。

圖12 冷卻系統(tǒng)溫度分布

[1] 孫晉, 李永泉, 李峰. 注塑成型工藝參數(shù)對(duì)汽車保險(xiǎn)杠翹曲變形的影響研究[J]. 塑料工業(yè), 2011, 39(5)∶ 57～72.

[2] 曹將棟, 陸立新. 基于Moldflow平臺(tái)的電吹風(fēng)外殼注塑模具優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 塑料工業(yè), 2010, 39(1)∶ 87～104.

[3] 王善凱, 李晶, 胡激濤, 等. 基于Moldflow汽車配件注塑工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 西安工程大學(xué), 2015, 29(6)∶ 692～697.

[4] 王波, Moldflow模流分析在注塑過程中的應(yīng)用[J]. 塑料科技, 2015, 43(6)∶ 278～290.

[5] 王天成. 注射成型新工藝新技術(shù)與注射模具創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]. 世界知識(shí)音像出版社, 2005, 120～139.

[6] 孫麗娟, 邢東仕, 黃專，等.Moldflow在注射模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 模具工業(yè), 2010, 25(6)∶ 37～52.

(R-03)

提前開發(fā)將成為塑料模具行業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)

目前，電視機(jī)和顯示器外殼、空調(diào)器外殼、摩托車塑件等已采用提前開發(fā)這種方法，即大力提高開發(fā)能力，將開發(fā)工作盡量往前推，直至介入到模具用戶的產(chǎn)品開發(fā)中去，甚至在尚無明確用戶對(duì)象之前進(jìn)行開發(fā)，變被動(dòng)為主動(dòng)。此外，手機(jī)和電話機(jī)模具開發(fā)也已開始嘗試。這種做法打破了長(zhǎng)期以來，模具廠只能等有了合同，才能根據(jù)用戶要求進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的被動(dòng)局面。

隨著模具企業(yè)設(shè)計(jì)和加工水平的提高，模具的制造正在從過去主要依靠鉗工的技藝轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕揽考夹g(shù)。這不僅是生產(chǎn)手段的轉(zhuǎn)變，也是生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和觀念的上升。這一趨勢(shì)使得模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷提高，模具精度越來越高，生產(chǎn)周期越來越短，鉗工比例越來越低，最終促進(jìn)了模具工業(yè)整體水平不斷提高。中國模具行業(yè)目前已有10多個(gè)國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，約200個(gè)省市級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。

與此趨勢(shì)相適應(yīng)，生產(chǎn)模具的主要骨干力量從技藝型人才逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)型人才是必然要求。當(dāng)然，目前及相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，技藝型人才仍十分重要，因?yàn)槟＞弋吘闺y以完全擺脫對(duì)技藝的依靠。

模具企業(yè)及其模具生產(chǎn)正在向信息化迅速發(fā)展。在信息社會(huì)中，作為一個(gè)高水平的現(xiàn)代模具企業(yè)，單單只是CAD/CAM的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。目前許多企業(yè)已經(jīng)采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技術(shù)及其它先進(jìn)制造技術(shù)和虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，這些都是信息化的表現(xiàn)。向信息化方向發(fā)展這一趨向已成為行業(yè)共識(shí)。

不僅是塑料產(chǎn)業(yè)需要推陳出新，包括電子電器垃圾處理、固體廢棄物回收利用、報(bào)廢車回收、廢紙回收等行業(yè)都需要提高自主創(chuàng)新能力。光自身內(nèi)功提高了還不夠，還要堅(jiān)持用發(fā)展的方法解決前進(jìn)中的問題，轉(zhuǎn)變新的發(fā)展方式，迎合潮流，依靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，向信息化方向發(fā)展，加快產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步前進(jìn)。

摘編自“中國聚合物網(wǎng)”

TQ320.662

1009-797X(2016)22-0058-05

B DOI∶10.13520/j.cnki.rpte.2016.22.019

邊慧光（1982-），男，副教授，博士，主要從事高分子材料加工機(jī)械的教學(xué)和科研工作。。

2016-09-23

*通訊聯(lián)系人