CAD/CAE技術在汽車前保飾條注射模設計中的應用

朱曉東

江蘇聯合職業技術學院南通分院機械工程系（江蘇南通 226011）

1 引言

汽車前保飾條是安裝在汽車前保險杠上的一種塑料裝飾并起保護作用的零件，當汽車前保險杠遇到輕微的碰擦時，前保飾條能夠防止車體側面被外來物擦傷或撞傷，起到保護作用，同時能夠增加車體的線條和動感，起到裝飾作用，通過卡扣安裝在前保險杠上，若遇到損壞時，只需卸下卡扣，安裝新的飾條即可，從而保護前保險杠，避免前保險杠損壞給用戶帶來高額維修費用，該塑件屬于一種常用易損件。本文以某款汽車前保飾條為例，從塑件造型、模流分析、注射模設計等進行CAD/CAE一體化設計，大大縮短模具研發周期，為塑件的順利注射成型提供良好的技術保障。

2 塑件造型

首先通過三維造型UG軟件進行塑件實體造型設計，如圖1所示，塑件外觀不能出現明顯的熔接線、縮痕、氣痕等[1]，塑件體積達82.48cm3，壁厚保持2.8mm左右，塑件采用ABS材料制成，具有一定的塑性與韌性，能根據客戶安裝要求進行裝配。

3 模流分析

3.1 塑件網格質量統計

如圖2所示，采用MoldFlow 2016軟件對塑件進行網格劃分，共產生28,238個三角形網格單元，從分析結果可以看出，最大縱橫比9.98，最小縱橫比1.16，平均縱橫比1.72，自由邊、多重邊、配向不正確的單元均為0，匹配百分比為90.5%，相互百分比為88.1%，匹配率高于85%，能夠滿足填充、保壓、冷卻、翹曲分析要求[2]。

圖1 汽車前保飾條

圖2 塑件網格質量統計

3.2 壁厚分析

通過MoldFlow對塑件進行壁厚分析，分析結果如圖3所示，塑件表面壁厚基本保持在2.8mm左右，邊緣最小厚度為0.2933mm，內部筋及轉角處最大厚度為3.913mm，塑件表面總體厚度保持均勻。

圖3 壁厚分析

3.3 材料參數

選取ABS710型材料進行分析，對應的PVT屬性如圖4所示，通過軟件查詢該材料推薦的工藝參數為模具表面溫度設為40℃，熔化溫度230℃，推薦的模具溫度變化幅度為20℃～60℃，推薦的熔化溫度變化幅度為200℃～260℃，絕對最大熔化溫度為300℃，頂出溫度100℃，最大剪切力為0.3MPa，該參數為后續注射成型工藝參數設置提供參照。

圖4 PVT屬性

3.4 順序閥澆口設置

注射模采用一模兩腔布局，由于塑件兩端寬度不一樣，寬的地方進膠快，窄的地方進膠慢，在該塑件的兩個分支中設置兩個順序閥，如圖5所示，使得兩端澆注時能到達終點[3]。順序閥控制參數如表1所示，順序閥2滯后2.03s開啟，兩閥同時結束時間為30s。

圖5 順序閥

表1 閥門控制參數

3.5 工藝參數設置[4]

在模流分析注射成型工藝參數設置中，設置熔體溫度230℃，開模時間設為5s，注射＋保壓＋冷卻時間為40s，充填控制設為絕對螺桿速度控制曲線，螺桿速度與螺桿位置設置參數如表2所示。速度/壓力切換設為由98%填充體積，保壓控制設為保壓壓力與時間，其數設置如表3所示。

表2 螺桿速度與螺桿位置設置參數

表3 保壓壓力與時間設置參數

3.6 模流分析[5]

圖6～圖11為模流分析結果，圖6結果表明，在V/P轉換過程中，塑件各點的壓力分布情況是一致的。圖7結果表明，噴嘴壓力曲線在2.001s時，噴嘴壓力最大達55.81MPa，整個保壓時間為9s，保壓壓力50MPa。由圖8分析可得熔體流動前沿溫差為9.7℃，塑件外觀面溫差2.1℃，材料推薦成型溫度范圍為200℃～260℃，塑件熔體流動前沿溫度為222.2℃～231.9℃，在推薦范圍內。由圖9鎖模力分析結果可知，最大鎖模力為76.91t，由于使用的注塑機最大鎖模力為800t，鎖模力設計滿足要求。如圖10所示，采用的冷卻介質為水，冷卻液流速為3.09lit/min，各流道溫差范圍為39.69℃～40.31℃，溫差不超過2℃～3℃，滿足冷卻要求。引起塑件的變形主要由以下3種產生：不同的冷卻引起的變形、不同的收縮引起的變形、分子取向引起的變形，其中分子取向引起的變形幾乎為零，通過分析可知塑件的變形主要由收縮引起，如圖11所示，塑件總體變形范圍為0.0092mm～1.633mm，其中在X方向變形最小，在Y、Z方向變形較大。

圖6 V/P轉換及其壓力分布

圖7 噴嘴壓力曲線

圖8 熔體流動前沿溫度

圖9 鎖模力

圖10 冷卻液流速進出口溫度

圖11 不同的收縮引起的變形

4 模具設計

模流分析完成后，采用UG軟件進行注射模結構設計如圖12所示，選擇正確的分型面，設計澆注系統（包括主流道、分流道、澆口、冷料穴等[6]），設計側抽芯及導向機構，模具型腔結構如圖13所示[7]，模具二維結構如圖14所示。

圖12 模具結構

圖13 型腔結構圖

圖14 模具二維結構圖

5 結論

通過采用CAD/CAE技術對汽車前保飾條進行塑件設計、模流分析及注射模結構設計，大大提高了設計效率，采用較先進的CAE技術對塑件成型結果進行成型仿真，對塑件的缺陷提前預知并分析原因，調整優化設計參數，為塑件在型腔中的成型提供良好的技術保障，降低了生產成本[8]。此模具經生產實踐驗證，結構合理、充填平衡、塑件無瑕疵，能夠滿足企業生產要求。