皮卡翼子板出風(fēng)口熔接線驗(yàn)證與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

江曉翊 孟云飛

摘 要：文章以某款皮卡翼子板出風(fēng)口本體為研究對(duì)象，針對(duì)在項(xiàng)目開發(fā)過程中皮卡翼子板出風(fēng)口在進(jìn)行落球沖擊性能試驗(yàn)的時(shí)候出現(xiàn)的卡爪斷裂的問題點(diǎn)。因?yàn)槠たüδ艿囊螅惭b空間限制，對(duì)手件及自身的制造工藝瓶頸或外觀A面設(shè)計(jì)造型理念的要求，而產(chǎn)生的產(chǎn)品壁厚分布不均的情況。結(jié)合產(chǎn)品電鍍外框和ASA本體的裝配需求，在本體結(jié)構(gòu)上就產(chǎn)生了U型的卡爪結(jié)構(gòu)。此種類型的卡爪，在注塑件熔融流體在模具型腔內(nèi)流動(dòng)的時(shí)候會(huì)從卡爪兩側(cè)進(jìn)膠，最終波前鋒匯聚的部分形成熔接線。應(yīng)汽車車身零件的試驗(yàn)驗(yàn)證要求，相關(guān)產(chǎn)品需要通過落球沖擊試驗(yàn)，文章在產(chǎn)品T0之后出現(xiàn)卡爪沖擊斷裂的情況下，結(jié)合利用Moldflow軟件，針對(duì)現(xiàn)在模具T1開發(fā)階段產(chǎn)品，分析發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的熔接線是卡爪中部脆性斷裂的根源，并使用CAE模擬分析針對(duì)出風(fēng)口的本體的熔接線優(yōu)化融合角度提出最佳模具修模方案。針對(duì)模流分析的結(jié)果，結(jié)合當(dāng)前的模具狀況，通過優(yōu)化一體卡爪的壁厚，導(dǎo)入到模具修改之中，設(shè)變后的產(chǎn)品一次通過所有相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終達(dá)成該車型產(chǎn)品順利導(dǎo)入量產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：翼子板出風(fēng)口；模流分析；熔接線；落球沖擊

中圖分類號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）13-0013-03

Abstract： In this paper， a pickup fender duct body is taken as the research object， aiming at the problem point of claw fracture during the impact test of the pickup airfoil outlet in the course of the project development. Due to the requirements of pickup function， installation space constraints， counterparts and their own manufacturing process bottlenecks or the appearance of A-plane design concept requirements， and the production of uneven distribution of product wall thickness. According to the assembly requirements of the electroplated frame and ASA body， the U-type claw structure is produced in the ontology structure. This type of claw will be glued from the two sides of the claw when the melt fluid flows in the mold cavity， and finally the part of the wave front converge to form the welding line. According to the test verification requirements of automobile body parts， the related products need to pass the ball impact test. In the case of claw impact fracture after product T0， combined with the use of Moldflow software， this paper aims at the product in the developing stage of mould T1. It is found that the welding line is the root of brittle fracture in the middle of the claw， and the optimal die repair scheme is put forward by using CAE simulation analysis to optimize the fusion angle of the welding line of the fender duct body. According to the result of Moldflow analysis， as well as the current mold condition， through optimizing the wall thickness of the integral claw， it is introduced into the mold modification， the product after the change is verified by all relevant experiments， and finally the model product is successfully imported into mass production.

Keywords： fender duct； Moldflow analysis； welding line； drop ball impact

前言

皮卡塑料件外觀件的設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮后工序的注塑模具的設(shè)計(jì)制造和后工序的電鍍工藝，皮紋工藝，涂裝工藝等工藝能力可行性的分析，本文以某款皮卡翼子板出風(fēng)口為例，因?yàn)槭请婂冏⑺芗嗀BS外框，與ASA注塑本體進(jìn)行裝配成小總成之后，然后再通過卡主哈3M膠帶裝配到皮卡翼子板上，因?yàn)榕c電鍍外寬相卡配的卡爪本體是與翼子板本體一體注塑成型的。卡爪在一體注塑的情況下，由于注塑平衡，澆口位置設(shè)置，壓力和溫度，包括材料的流動(dòng)性能等等因素的影響下，會(huì)產(chǎn)生熔接線。未來保證皮卡翼子板出風(fēng)口的外觀性能，減少注塑，組立等后工序的廢品率，改善模具的加工工藝，提升產(chǎn)品的力學(xué)性能，在設(shè)計(jì)和加工模具之前我們會(huì)進(jìn)行CAD數(shù)據(jù)模擬和CAE等有限元分析進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

本文就翼子板出風(fēng)口的本體的熔接線引起的卡爪斷裂問題進(jìn)行解析和對(duì)策。結(jié)合近年來發(fā)展壯大的有限元分析方法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助工程CAE的Moldflow進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，分析出原因是由于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和澆口設(shè)置導(dǎo)致的熔接線引起的卡爪斷裂的問題，提出一些改進(jìn)的建議和對(duì)策，希望能對(duì)此類問題的解決提供借鑒和指導(dǎo)。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

如下圖1所示為翼子板出風(fēng)口本體的3D圖，材料為ASA，產(chǎn)品尺297mm×145mm×41mm，產(chǎn)品壁厚3.5mm，整體產(chǎn)品壁厚均勻。本體的壁厚3.5mm，相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)據(jù)經(jīng)驗(yàn)“肋的寬度為壁厚的0.5～0.7倍”[1]。該產(chǎn)品為皮卡翼子板外飾皮紋件，商業(yè)外觀要求高，不得有注塑相關(guān)缺陷：熔接痕、頂針痕、流痕、飛邊、縮痕、斜頂印、裂痕、皮紋色差、缺口、外觀擦傷等外觀缺陷，并且需要保證與翼子板以及電鍍標(biāo)牌和電鍍外框的配合良好。

問題點(diǎn)描述：翼子板出風(fēng)口本體產(chǎn)品裝配后沒有任何問題，但是在某主機(jī)廠的落球沖擊試驗(yàn)的時(shí)候，在產(chǎn)品受到外部的落球的沖擊的時(shí)候，本體上的10個(gè)卡爪靠近沖擊點(diǎn)都從中間斷裂，從而試驗(yàn)無法通過。無法滿足商品性能物明顯下降的判定要求。

2 CAE分析

2.1 澆口位置的確定

MOLDFLOW的MPI版塊能自動(dòng)生成最佳澆口位置的相關(guān)信息[2]。根據(jù)本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及以往相似產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)，采用圖2澆口進(jìn)膠。考慮翼子板出風(fēng)口本體的尺寸和外觀等實(shí)際裝車要求，使用熱流道澆注系統(tǒng)，進(jìn)澆方式采用一模二腔，點(diǎn)側(cè)澆口。實(shí)車匹配時(shí)，本體的下部裝配之后位于車身內(nèi)部，為不可視區(qū)域，為了保證量產(chǎn)狀態(tài)裝車后的產(chǎn)品表面美觀度，選擇將澆口位置設(shè)置在此處。

2.2 填充分析

MOLDFLOW是經(jīng)驗(yàn)和技能的理論支撐[3]。注塑模具的填充分析結(jié)果，相關(guān)分析主要用于查看ASA出風(fēng)口本體制件的注塑填充流體流動(dòng)是否合理，熔體的填充是否平衡，在熔體冷卻之前，能否完成對(duì)本體制件的完全填充等。分析圖可知，充填時(shí)間為2.166s；產(chǎn)品主體的熔體流動(dòng)前沿溫度在246.4℃，此值在推薦選取的ASA材料熔融范圍之內(nèi)；出風(fēng)口注射時(shí)在模具內(nèi)流動(dòng)平衡，整體無明顯滯留或者短射處。（1）料流前鋒本體溫差為

6.4℃，最低料流前鋒溫度如圖所示。（2）料流前鋒溫度反映了熔體在充填過程中到達(dá)不同位置的溫度，當(dāng)該溫度低于材料的固化溫度時(shí)易造成短射，或者當(dāng)兩料流前鋒相遇時(shí)形成熔接線時(shí)，造成熔接線的強(qiáng)度和表觀質(zhì)量。

（1）V/P轉(zhuǎn)化點(diǎn)的壓力是52.06Mpa。

（2）MoldFlow在模擬充填過程中，充填過程的前期用料流前鋒的速率來控制，當(dāng)充填過程到達(dá)V/P轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí)，充填改為壓力控制。

（3）V/P轉(zhuǎn)化點(diǎn)太早，產(chǎn)品容易短射/Cycle Time增加；V/P轉(zhuǎn)化點(diǎn)太晚，產(chǎn)品容易出現(xiàn)飛邊/Burn Marks。

2.3 熔接線分析

注塑本體ASA這種注塑模具生產(chǎn)的塑料件的熔接線，在一般的情況下因?yàn)閁形結(jié)構(gòu)兩側(cè)都可以進(jìn)膠，所以是無法避免的。如下圖5模流分析得出的熔接線的情況。

匯合角大于135°稱為熔合線，小于135°則稱為熔接線；匯合角越大，表明熔接線性能越好，對(duì)制件外觀及力學(xué)性能影響越小[5]。

3 對(duì)策與方案

據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%的注塑缺陷是由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的不合理所引起的[4]：本體的塑料材料ASA，由于高分子材料的構(gòu)成，在注塑的高溫高壓的情況下， 流體根據(jù)產(chǎn)品的壁厚不同和結(jié)構(gòu)的流向不同，熔體的流動(dòng)會(huì)有不同的速度和方向，不同的熔體前鋒進(jìn)行匯合的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生不同的融合角度。

經(jīng)過Moldflow分析的優(yōu)化，為了達(dá)到從卡爪中間趕走熔接線，增加熔體流動(dòng)前鋒的熔接角度，減少熔接線給產(chǎn)品的力學(xué)性能帶來的缺陷，最終確定方案為：如下圖卡爪單側(cè)位置增加1mm的壁厚。從而通過不同的壁厚的熔體的流速，達(dá)到熔體流動(dòng)的不平衡，進(jìn)而改變的熔體匯合的角度，如下圖6，當(dāng)前方案設(shè)計(jì)成單側(cè)的壁厚加厚。

4 效果檢查

通過加減、肉厚措施，翼子板出風(fēng)口本體的產(chǎn)品的熔接線熔接角度得到有效解決。（1）圖示熔接線不會(huì)影響產(chǎn)品的外觀。（2）熔接線在定義上有Weld Line和Melt Line，它們之間的區(qū)別在于料流熔接角度的大小，Weld Line對(duì)產(chǎn)品表觀質(zhì)量和力學(xué)性能的影響大。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）本文通過對(duì)于皮卡上的翼子板出風(fēng)口，ASA注塑產(chǎn)品的本體的卡爪由于熔接線引起的卡爪斷裂問題進(jìn)行理論和實(shí)踐的分析，通過優(yōu)化卡爪的壁厚和結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化熔接線的熔接角度和位置，解決產(chǎn)品的熔接線引發(fā)的斷裂問題，最終保證了產(chǎn)品的順利量產(chǎn)上市。

（2）通過應(yīng)用Moldflow 軟件，結(jié)合當(dāng)前的CAD設(shè)計(jì)軟件的加膠減膠不同方案的模具流體有限元分析驗(yàn)證，在不用實(shí)際進(jìn)行模具修改的前提下，進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)據(jù)化模擬分析，通過模流分析報(bào)告的結(jié)果預(yù)測(cè)可能在后續(xù)注塑模具引起的熔接線的位置和角度，結(jié)合過往的注塑實(shí)績(jī)經(jīng)驗(yàn)，通過檢討當(dāng)前模具狀態(tài)，從生產(chǎn)的角度進(jìn)行優(yōu)化，制定最佳的可行的設(shè)變成型方案。

（3）設(shè)計(jì)前后期結(jié)合Moldflow 分析能夠驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的量產(chǎn)可行性分析，提高注塑件的質(zhì)量，極大地減少試模以及修模次數(shù)，從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的，今后我們?cè)陂_發(fā)設(shè)計(jì)類似的產(chǎn)品的熔接線引起的斷裂問題的時(shí)候，可以通過不對(duì)稱結(jié)構(gòu)和壁厚的設(shè)計(jì)，通過澆口進(jìn)行流動(dòng)平衡的控制，結(jié)合澆口位置數(shù)量的調(diào)整改變?nèi)垠w流動(dòng)的方向，從而從前期解決和規(guī)避相關(guān)問題。

參考文獻(xiàn)：

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