某车型薄壁化保险杠的Moldflow分析

程健，刘凯，黄家奇

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

前言

随着汽车轻量化发展的需求，薄壁化技术已越来越得到各主机厂的高度关注。薄壁化技术就是在确保产品综合性能的前提下，使用高流动性、高模量、高抗冲的新材料代替传统材料而研制的新产品[1-5]。该技术在满足设计需求的条件下，能有效减少产品单件用材，减轻单件产品质量，缩短成型周期，降低制造过程能耗，后收缩小，有利于制件与车身的匹配以及生产过程中的尺寸质量控制。本文主要是针对某款车型薄壁化保险杠的可行性展开分析。

1　CAD模型建立

大型注塑件产品成型，借助模流分析是产品质量保证的重要手段。通过实体网格划分，三角形共计201978个，最大纵横比5.99，匹配百分率达93.2%，符合建模要求，具备CAE分析条件。

1.1　成型工艺设定

产品的质量很大程度上取决于工艺参数，不合理的成型工艺会导致产品缺陷多、生产周期长、能耗高等问题[5]。薄壁保险杠采用一模一腔注射成型，材料选用金发牌号ABP-2040，PP+EPDM-T22，工艺参数设定为：熔体温度210℃，顶出温度 125℃，模具表面温度 30℃，最大剪切应力0.25MPa，注塑时间为8.6s，保压时间10s。

薄壁化保险杠产品长1818mm×宽500mm×高808mm，平均壁厚2.5mm。壁厚不均易造成充填困难、收缩不均、应力集中或翘曲明显的缺陷[4]。如图1所示，通过网格厚度诊断，产品大面壁厚符合设计要求且基本一致。

图1　某款车型薄壁化保险杠产品壁厚分析

1.2　浇注系统设置

薄壁化保险杠浇注系统，采用热流道转冷流道进胶，热流道用整体式侧进胶方式。各个浇口同时进胶，产品表面会形成层较多的熔接痕，影响产品质量，利用顺序阀进行控制，能有效地消除外观缺陷。如图 2所示，控制顺序为先开 G1点，G2和G3点延迟1.4秒，G4和G5点延迟2.8秒，G6、G7、G8、G9点延迟6.3秒。

图2　某款车型薄壁化保险杠浇注系统分析

2　Moldflow仿真分析

2.1　熔体流动前沿温度分析

薄壁化保险杠材料推荐成型范围为190℃-245℃，从图3分析结果，流动前沿温度范围为 185.4℃-211.3℃，产品外观面温差为25.9℃，前沿温度低处因塑胶发生滞流，流动前沿温度急剧下降至 185.4℃，已接近于凝固溫度，低温处需要增开排气。

图3　某款车型薄壁化保险杠流动前沿温度分析

2.2　V/P转换及其压力分布分析

图4　某款车型薄壁化保险杠速度/压力切换时压力分布

如图4所示，薄壁化保险杠产品充填体积98.69%时进行保压切换，充填趋近平衡。射压在可接受范围内。

2.3　锁模力分析

如图 5所示，薄壁化保险杠最大锁模力为2285.7T，满足注塑机成型要求：锁模力值小于注塑机最大锁模力的80%（注塑机最大锁模力为8090吨）。

图5　某款车型薄壁化保险杠锁模力分析

2.4　成型缺陷分析

来自两个方向或多个方向的熔体相遇时会形成熔接线和熔合线。一般来说，熔接线对产品的强度及喷涂后处理均有影响。当不可避免时，可通过控制相遇的两股熔体温度来提高熔合处的强度。

在塑料熔体充填过程中，除了原有的空气外，塑料所含水分在高温下蒸发产生水蒸气，形成气穴，导致产品填充不满，局部炭化和烧焦现象。

图6　某款车型薄壁化保险杠气穴与熔接痕分析

图7　某款车型薄壁化保险杠顶出时体积收缩

图8　某款车型薄壁化保险杠缩印

从图 6分析结果来看，薄壁化保险杠熔接线处流前温度198℃～200℃，结合线结合温度较高，痕迹不明显，结合质量好。在困气产生处需增加排气，筋位处可以通过顶针排出。

从图7和图8可以看出，薄壁化保险杠产品整体收缩分布均匀，外观没有明显缩痕，延长保压时间及加大保压压力均可减轻缩痕程度。

图9　某款车型薄壁化保险杠变形分析

从图 9可以看出，薄壁化保险杠产品整体收缩均匀，Z方向上中间位置下凹，两侧外翘，整体上无明显变形。

3　结论

综上所述，我们可以得出一下结论：

1）从熔体流动前沿温度、V/P转换压力分布及锁模力方面仿真分析薄壁化保险杠，现有成型工艺可行。

2）分析了熔接痕、气穴、翘曲几种常见缺陷，确保薄壁化保险杠的生产正常进行，这些都充分说明某款车型薄壁化保险杠已具备量产条件。

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[3] 马卫华.高抗冲高模量聚丙烯的制备[J], Preparation of polypropy-lene with high modulus and shock-resistance,工程塑料应用,2005:25-28.

[4] 刘建平.高分子科学与材料工程实验[M],化学工业出版社,2005:90-92.

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