皮卡翼子板出风口熔接线验证与结构优化

江晓翊 孟云飞

摘 要：文章以某款皮卡翼子板出风口本体为研究对象，针对在项目开发过程中皮卡翼子板出风口在进行落球冲击性能试验的时候出现的卡爪断裂的问题点。因为皮卡功能的要求，安装空间限制，对手件及自身的制造工艺瓶颈或外观A面设计造型理念的要求，而产生的产品壁厚分布不均的情况。结合产品电镀外框和ASA本体的装配需求，在本体结构上就产生了U型的卡爪结构。此种类型的卡爪，在注塑件熔融流体在模具型腔内流动的时候会从卡爪两侧进胶，最终波前锋汇聚的部分形成熔接线。应汽车车身零件的试验验证要求，相关产品需要通过落球冲击试验，文章在产品T0之后出现卡爪冲击断裂的情况下，结合利用Moldflow软件，针对现在模具T1开发阶段产品，分析发现出现的熔接线是卡爪中部脆性断裂的根源，并使用CAE模拟分析针对出风口的本体的熔接线优化融合角度提出最佳模具修模方案。针对模流分析的结果，结合当前的模具状况，通过优化一体卡爪的壁厚，导入到模具修改之中，设变后的产品一次通过所有相关实验验证，最终达成该车型产品顺利导入量产。

关键词：翼子板出风口；模流分析；熔接线；落球冲击

中图分类号：U463 文献标志码：A 文章编号：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设计中，需要综合考虑后工序的注塑模具的设计制造和后工序的电镀工艺，皮纹工艺，涂装工艺等工艺能力可行性的分析，本文以某款皮卡翼子板出风口为例，因为是电镀注塑件ABS外框，与ASA注塑本体进行装配成小总成之后，然后再通过卡主哈3M胶带装配到皮卡翼子板上，因为与电镀外宽相卡配的卡爪本体是与翼子板本体一体注塑成型的。卡爪在一体注塑的情况下，由于注塑平衡，浇口位置设置，压力和温度，包括材料的流动性能等等因素的影响下，会产生熔接线。未来保证皮卡翼子板出风口的外观性能，减少注塑，组立等后工序的废品率，改善模具的加工工艺，提升产品的力学性能，在设计和加工模具之前我们会进行CAD数据模拟和CAE等有限元分析进行产品的结构优化和模具结构的优化。

本文就翼子板出风口的本体的熔接线引起的卡爪断裂问题进行解析和对策。结合近年来发展壮大的有限元分析方法，运用计算机辅助工程CAE的Moldflow进行产品的设计结构的优化，分析出原因是由于设计结构和浇口设置导致的熔接线引起的卡爪断裂的问题，提出一些改进的建议和对策，希望能对此类问题的解决提供借鉴和指导。

1 现状调查

如下图1所示为翼子板出风口本体的3D图，材料为ASA，产品尺297mm×145mm×41mm，产品壁厚3.5mm，整体产品壁厚均匀。本体的壁厚3.5mm，相关产品设计时据经验“肋的宽度为壁厚的0.5～0.7倍”[1]。该产品为皮卡翼子板外饰皮纹件，商业外观要求高，不得有注塑相关缺陷：熔接痕、顶针痕、流痕、飞边、缩痕、斜顶印、裂痕、皮纹色差、缺口、外观擦伤等外观缺陷，并且需要保证与翼子板以及电镀标牌和电镀外框的配合良好。

问题点描述：翼子板出风口本体产品装配后没有任何问题，但是在某主机厂的落球冲击试验的时候，在产品受到外部的落球的冲击的时候，本体上的10个卡爪靠近冲击点都从中间断裂，从而试验无法通过。无法满足商品性能物明显下降的判定要求。

2 CAE分析

2.1 浇口位置的确定

MOLDFLOW的MPI版块能自动生成最佳浇口位置的相关信息[2]。根据本产品的结构特点以及以往相似产品经验，采用图2浇口进胶。考虑翼子板出风口本体的尺寸和外观等实际装车要求，使用热流道浇注系统，进浇方式采用一模二腔，点侧浇口。实车匹配时，本体的下部装配之后位于车身内部，为不可视区域，为了保证量产状态装车后的产品表面美观度，选择将浇口位置设置在此处。

2.2 填充分析

MOLDFLOW是经验和技能的理论支撑[3]。注塑模具的填充分析结果，相关分析主要用于查看ASA出风口本体制件的注塑填充流体流动是否合理，熔体的填充是否平衡，在熔体冷却之前，能否完成对本体制件的完全填充等。分析图可知，充填时间为2.166s；产品主体的熔体流动前沿温度在246.4℃，此值在推荐选取的ASA材料熔融范围之内；出风口注射时在模具内流动平衡，整体无明显滞留或者短射处。（1）料流前锋本体温差为

6.4℃，最低料流前锋温度如图所示。（2）料流前锋温度反映了熔体在充填过程中到达不同位置的温度，当该温度低于材料的固化温度时易造成短射，或者当两料流前锋相遇时形成熔接线时，造成熔接线的强度和表观质量。

（1）V/P转化点的压力是52.06Mpa。

（2）MoldFlow在模拟充填过程中，充填过程的前期用料流前锋的速率来控制，当充填过程到达V/P转换点时，充填改为压力控制。

（3）V/P转化点太早，产品容易短射/Cycle Time增加；V/P转化点太晚，产品容易出现飞边/Burn Marks。

2.3 熔接线分析

注塑本体ASA这种注塑模具生产的塑料件的熔接线，在一般的情况下因为U形结构两侧都可以进胶，所以是无法避免的。如下图5模流分析得出的熔接线的情况。

汇合角大于135°称为熔合线，小于135°则称为熔接线；汇合角越大，表明熔接线性能越好，对制件外观及力学性能影响越小[5]。

3 对策与方案

据统计，70%的注塑缺陷是由产品结构设计和模具设计的不合理所引起的[4]：本体的塑料材料ASA，由于高分子材料的构成，在注塑的高温高压的情况下， 流体根据产品的壁厚不同和结构的流向不同，熔体的流动会有不同的速度和方向，不同的熔体前锋进行汇合的时候会产生不同的融合角度。

经过Moldflow分析的优化，为了达到从卡爪中间赶走熔接线，增加熔体流动前锋的熔接角度，减少熔接线给产品的力学性能带来的缺陷，最终确定方案为：如下图卡爪单侧位置增加1mm的壁厚。从而通过不同的壁厚的熔体的流速，达到熔体流动的不平衡，进而改变的熔体汇合的角度，如下图6，当前方案设计成单侧的壁厚加厚。

4 效果检查

通过加减、肉厚措施，翼子板出风口本体的产品的熔接线熔接角度得到有效解决。（1）图示熔接线不会影响产品的外观。（2）熔接线在定义上有Weld Line和Melt Line，它们之间的区别在于料流熔接角度的大小，Weld Line对产品表观质量和力学性能的影响大。

5 结束语

（1）本文通过对于皮卡上的翼子板出风口，ASA注塑产品的本体的卡爪由于熔接线引起的卡爪断裂问题进行理论和实践的分析，通过优化卡爪的壁厚和结构，从而优化熔接线的熔接角度和位置，解决产品的熔接线引发的断裂问题，最终保证了产品的顺利量产上市。

（2）通过应用Moldflow 软件，结合当前的CAD设计软件的加胶减胶不同方案的模具流体有限元分析验证，在不用实际进行模具修改的前提下，进行产品结构优化的数据化模拟分析，通过模流分析报告的结果预测可能在后续注塑模具引起的熔接线的位置和角度，结合过往的注塑实績经验，通过检讨当前模具状态，从生产的角度进行优化，制定最佳的可行的设变成型方案。

（3）设计前后期结合Moldflow 分析能够验证设计方案的量产可行性分析，提高注塑件的质量，极大地减少试模以及修模次数，从而达到降低生产成本的目的，今后我们在开发设计类似的产品的熔接线引起的断裂问题的时候，可以通过不对称结构和壁厚的设计，通过浇口进行流动平衡的控制，结合浇口位置数量的调整改变熔体流动的方向，从而从前期解决和规避相关问题。

参考文献：

[1]曹渡.汽车内外饰设计与实战[M].北京：机械工业出版社，2011：152.

[2]周其炎.Moldflow 5.0基础与典型范例[M].北京：电子工业出版社，2007：88-109.

[3]李代叙.MOLDFLOW模流分析从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2012.

[4]李海梅，申长雨.注塑成型及模具设计实用技术[M].北京：化学工业出版社，2002：3-10.

[5]Nguyen-Chung T. Flow Analysis of the Weld Line Formation during Injection Mold Filling of Thermoplastics [J].Rheol Acta. 2004，43：240-245.