Moldflow在汽车仪表板浇口优化设计中的应用

田凤荣，陆玉龙，郭永生，王鑫，白桓明（华晨汽车工程研究院内饰工程室，辽宁 沈阳 110141）

Moldflow在汽车仪表板浇口优化设计中的应用

田凤荣，陆玉龙，郭永生，王鑫，白桓明
（华晨汽车工程研究院内饰工程室，辽宁 沈阳 110141）

注塑件的质量在很大程度上取决于模具设计，而浇口的数量和位置是重要的模具结构参数，对于结构复杂的仪表板，理想的浇口设计是整个模具设计的基础。文章通过对原始方案的改进，并针对熔接线和气穴这两个常见的注塑缺陷，运用Moldflow 软件，调整浇口数目、位置模拟注塑过程。根据填充时间、注塑压力、锁模力、流动前沿温度、V/P压力速度切换等分析熔接线及气穴大小、数量、位置以及产生原因。得到较为合理的浇口分布，最大程度降低熔接线和气穴对产品的影响。

华晨；仪表板；浇口；熔接线；气穴

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.042

CLC NO.: U463.7Document Code:AArticle ID: 1671-7988(2015)12-117-03计，而浇口数量和位置是重要的模具结构参数。注塑模浇口位置的设定决定了聚合物的流动方向和流动的平衡性，产品表面可以通过浇口位置的优化得到显著提高；不合理的浇口位置常常造成熔体充填不均，从而引起高剪切应力、明显的熔接线、翘曲等一系列缺陷[1]。本文利用 Moldflow 软件对浇口位置和数量进行优化设计，根据填充时间、注塑压力、锁模力、流动前沿温度、V/P压力速度切换等，分析气穴、熔接痕的大小、数量和位置以及产生原因，比较并选出最佳浇口分布方案。

引言

仪表板是汽车上最重要的内饰件之一，其表面质量的好坏，直接影响整车的档次。但由于其零件尺寸大，孔位、安装结构多，形状复杂，所以模具的设计及调整涉及到大量的人力、物力。浇口是注塑成型模具的浇注系统中连接流道和型腔的熔体通道。注塑件的质量在很大程度上取决于模具设

1、产品分析及性能要求

本产品为华晨金杯某车型仪表板，仪表板的三维实体如图1所示，外形尺寸为408mm ×1632 mm×567 mm，平均厚度为2.8 mm。外观要求：表面光洁，无明显熔接痕、银丝、气泡。

仪表板采用整体一次注射成形，要求材料具有良好的流动性、阻燃性，高的刚性和硬度，低的收缩率和较高的冲击强度等[2]。这款仪表板选择的材料为PP+EPDM-T20。

2、模型分析及优化方案

在注塑模具的开发中，浇口的设置要满足以下条件：熔料的温度下降尽可能小，压力损失要控制在规定范围内，熔料流程尽可能短，尽量减少熔接线且有利于排气。而熔接线和气穴是我们在注塑过程中经常碰到的影响制品外观的注塑缺陷。为了消除或减弱熔接线和气穴对制品外观的影响，本产品所有的方案我们都采用可以有效消除制品的熔接线、气穴，或将其减小或转移到制品非外表面位置的热流道多浇口顺序阀。

2.1原始方案

根据以往仪表板模具设计经验，本产品采用常用的8浇口热流道顺序阀，浇口分布如图2所示，针阀开启顺序为G1 →G2/G7/G8→G3/G5/G6→G4。

经过填充分析，填充时间为 9.6s，最大注塑压力 73.29 MPa，锁模力：1748tone，表面压力分布在40-70Mpa，表面温度分布在200-220℃之间，压力及表面温度分布都不平衡，图中有两处无法充满(见图3)。经过分析，主要由于浇口G1的流长太长，浇口G4、G7、G8顺序阀的延迟时间不合理，导致充填不满。后续我们通过调整浇口位置以及顺序阀的延迟时间，达到流动平衡，但在图中位置会产生较重的熔接线。最后，我们做出了两个改进方案。

2.2改进方案

改进方案1如图4所示，采用7浇口热流道顺序阀，针阀开启顺序为：G1/G2→G3/G4→G5/G6→G7。

改进方案2如图5所示，采用10浇口热流道顺序阀，针阀开启顺序为：G1→G2→G3/G4/G5→G6/G7/G8/G9→G10。

2.2.1改进方案分析

方案 1经过充填分析，填充时间 6.65s,最大注塑压力54.43MPa，锁模力：1832tone，外观面料流波前温度分布在216-230℃之间（见图 6），V/P切换点外观面压力分布20-40MPa（见图7），虽然填充过程没出现缺料的问题，但外观面的温度和压力差较大，填充平衡性不是很理想。

方案2经过填充分析，填充时间：8.99s，最大注塑压力：52.53 MPa，锁模力：1709.9tone，外观面料流波前温度分布在215-220℃（见图8），V/P切换点外观面压力分布在30-40 MPa（见图9）。表面的压力分布及流动前沿温度分布较平衡，填充状态良好。

上述两个改进方案的工艺参数对比情况如表1所示：

表1　

对比两个方案，尽管方案一的浇口数量少，但可以看出方案一的填充时间较短。这是由于填充时间并不完全由浇口的数量决定，而是与许多因素有关[4]。方案二的注塑压力、锁模力都要比方案一小，且方案二的制品外观面料流波前温度差和V/P切换点外观面压力分布更加平衡，整个填充过程更加均衡。

2.2.2熔接线及气穴情况

方案1熔接线和气穴情况如图10和11所示：

方案2熔接线和气穴情况如图12和13所示：

对比两个方案的熔接线及气穴情况，我们可以清楚的看到方案1制品的大部分熔接线和气穴都在制品底面，但外观面有四个位置存在较明显的熔接线，同时存在气穴。

评估熔接线是否影响外观的标准主要有两个：一是熔接线形成的温度及周围的温度差，二是形成熔接线的料流汇合角度及是否困气[5]。熔接线1和2的周围温差在10℃左右，熔接线混合角度都在30°左右，且此处同时存在气穴，对表面外观质量影响较大。而熔接线3和4处得熔接线在制品的分型线处，可以通过加强排气使其弱化，且这两处熔接线周围温差仅3℃左右，对表面外观质量影响不大。

方案2制品大部分熔接线都在底面，外观面仅两处有熔接线，且熔接线的对接角度基本在130°以上，且长度较短。另外，熔接线处没有气穴，所以这两处的熔接线对产品表面质量影响不大。

从熔接痕及气穴分布情况我们也可以看出方案二制品表面的熔接痕及气穴数量不仅少，而且对制品表面质量影响也较小。综合考虑，尽管改进方案一的填充时间比方案二少2.34s，但相对于整个注塑过程，对注塑周期影响不大，但方案二可以有效降低注塑压力和锁模力，对注塑机及模具的寿命可以很好的保护。而且，方案二的表面压力和温度分布更加平衡，有利于料流的填充，且方案二表面的气穴及熔接痕都明显优于方案一。所以，我们选择10浇口热流道顺序阀作为我们的最终方案。

3、最终产品

按照上述10浇口方案，我们成功的做出外观质量优良的产品，产品外观面没有出现明显的熔接线和气穴，达到我们对产品外观面的质量要求。Moldflow的软件的分析大大降低了后期模具的修改，提高了一次试模的成功率和模具开发质量。

4、结论

通过对原始浇口方案的改进，对比两种改进方案，方案二的注塑压力、锁模力、压力分布、温度分布都要优于方案一，但充填时间要比方案一多2.34s，综合考虑后我们确定了采用10浇口顺序阀的方案。最终产品基本达到我们预期对产品外观质量的要求。

利用moldflow软件对模具结构进行优化，可以提前预测制品可能会出现的注塑缺陷，在开模之前对模具结构进行优化，避免在实际生产中进行反复试模、修模。缩短模具开发周期，节省人力、物力。

[1] [加]H.瑞斯著 朱元吉 等译.模具工程[M]第二版.北京:化学工业出版社,2005:247-252.

[2] 程丽珍.富康汽车仪表板 PP 专用料的研究[J].塑料科技,2004 (03):10-13.

[3] Hieber C A,Shen S F.A Finite- element/ Finite difference Simulation of Injection - molding Filling Process[J].Non-New t.,Fluid. Mech., 1980, 7:1-3.

[4] 陈敬栋.大型汽车用塑件的注塑成型工艺研究[D].合肥:合肥工业大学机械制造及自动化,2009.

[5] 余玲,陈是德,张 诗.CAE在汽车仪表板浇注系统设计中的应用[J].塑料科技,2010,vol38.No11:72.

The Application Of Design Optimization of Instrument Panel Gate On Moldflow

Tian Fengrong, Lu Yulong, Guo Yongsheng, Wang Xin, Bai Huanming
（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141）

The quality of the injection molded parts depends largely on the mold design,and the gate number and location of the mold structure is important parameters for the complex structure of the instrument panel, the ideal gate design is the basis for the design of the entire mold. In this paper, the improvements to the original program, for the two most common injection defects of the weld lines and air traps, using Moldflow software to adjust the gate number, location simulate the injection molding process.The analysis according to the filling time, injection pressure and clamping force, the flow front temperature, the pressure distribution of weld lines and air traps the size, number, location, and causes. More reasonable gate distribution, minimize weld lines and air trap products.

Brilliance; Instrument Panel; Gate; weld lines; air trap

U463.7

A

1671-7988（2015）12-117-03

田凤荣，就职于华晨汽车工程研究院内饰工程室。