基于MoldFlow的汽车导风板注射模优化设计

王尚英，秦宇志，周 川

（长安汽车产品开发一部内外饰开发所，重庆 401120）

1 引言

塑料制品的广泛应用为注塑机行业的发展提供了不竭动力，MoldFlow模流分析仿真已经成为模具设计过程中一个至关重要的环节。它与传统的分析手段相比，采用了CAE技术，通过把连续的塑件离散化进行有限元分析，模拟熔体在模具型腔内的流动，从而确定模具的最佳方案。大多数模具厂定方案时都以经验确定浇口数量，人为因素不可控，从而忽略了浇注系统对模具的影响。

本文以汽车导风板为例，通过MoldFlow软件模拟，依次对其进行填充分析、保压分析和翘曲分析，通过对比3种方案的工艺参数，为模具和工艺设计提出理论指导。

2 塑件结构分析与材料特性

2.1 塑件结构分析

图1所示汽车导风板总尺寸是520×140mm，主壁厚1.8mm，边界局部壁厚1.2mm，最大壁厚2.5mm，最小壁厚0.8mm。壁厚分布较为均匀，塑件两端有安装点，其它地方用于遮蔽。

图1 汽车导风板3D数据图

此塑件为长条形，形状较为简单，没有明显的结构凸起或凹陷，通过考虑模具经济性，整体采用一模两腔排布。通过CADDoctor修复转换，导入MoldFlow软件，选择全局网格边长为4mm的方案对其进行网格划分，网格类型为Fushion，网格数量为41,802个，最大纵横比是9.8，平均纵横比2.06，最小纵横比1.16，匹配百分比为92.2%，相互匹配率为90.6%。

2.2 材料特性

根据塑件的结构、性能以及用途等影响因素，此导风板采用聚丙烯（PP）+三元乙丙橡胶（EPDM）+15%滑石粉（TD15）材料，参数如表1所示。

表1 PP+EPDM+TD15推荐工艺参数

3 分析步骤

根据模具设计流程，拟定分析方法如下：

（1）网格模型完成划分后，根据塑件大小以及材料属性确定浇口数量，然后进行浇口位置分析，通过云图平衡区域，对浇口和流道样式进行分析。

（2）填充分析。根据不同浇口方案，进行填充分析。

（3）保压分析。设置保压参数（通常按最大注塑压力80%），进行保压分析。

（4）翘曲分析。通过填充和保压分析得到较优参数后进行翘曲分析，再根据关注区域变形量进行工艺参数优化或数据调整，进行翘曲优化。

4 模流分析

4.1 浇注系统的设计

（1）浇口位置的确定。

通过对塑件大小、材料属性以及模具预算等进行综合评判，以不同浇口数为主，对其进行对比填充分析，最终确定适合本塑件注射成型的最佳浇口方案。为了精确分析不同浇口数量的结果，本文提出3个浇口方案。

方案一设计为1个浇口，方案二设计为2个浇口，方案三设计为3个浇口。根据表1，设置模具表面温度为60℃，熔体温度设置为225℃，冷却时间设置为20s。

通过填充分析得知：①方案一的填充时间为2.897s，最大填充压力64.42MPa（见图2）；②方案二的填充时间为2.851s，最大填充压力35.94MPa（见图3）；③方案三的填充时间为2.950s，最大填充压力46.16MPa（见图4）。

图2 方案一填充分析

图3 方案二填充分析

图4 方案三填充分析

3个方案填充时间差别不大，填充压力相差较为明显。

a.方案一。1个浇口，塑件左右填充不均匀，因塑件正中间位置有圆形特征，浇口不能搭在正中间，分析填充压力较大，模具排布一模两腔，型腔压力过大，模具受力也较大。

b.方案二。2个浇口，填充较为均匀，填充压力在可控范围内，但两个浇口同时开启，塑件中间会存在一条明显的熔接线。

c.方案三。3个浇口，浇口顺序开启，因中间浇口未在塑件正中间位置，填充末端有些滞留，填充压力在可控范围内，塑件表面无熔接线。

（2）成型窗口的分析。

成型窗口分析用于不同计算方案的最佳初步工艺设置，通过成型窗口分析可以得到一些确切的填充参数。

对3个方案进行成型窗口分析，参数如表2所示。

表2 成型窗口参数表

由表2可知，方案三的最大剪切速率偏高，不适用生产，方案一的注射压力和锁模力偏高，对模具品质及注塑机要求较高，综合评判方案二各项参数均处于中间可控范围内，更为合理。

（3）浇口、流道的确定。

此塑件为非外观件，侧浇口侧搭方便进浇，可减小型腔压力，且模具采用一模两腔的排布方式，所以采用侧浇口进浇。流道系统主要分为主流道、支流道、热浇口和冷浇口组成。

如图5所示，塑件大部分剪切应力为0MPa，浇口处的最大剪切应力是0.23MPa；如图6所示，填充末端总体温度主要分布在220℃，温度随壁厚分布，显示较为合理，部分主面和筋位处因壁厚较薄温度较低，但不影响整体成型。

图5 剪切应力分析

图6 填充末端总体温度分析

（4）外观分析。

此浇口方案会导致塑件中间会有熔接线产生（见图7），且塑件两端安装结构附近筋位会有缩痕产生（见图8），此塑件为非外观件，外观问题均在可控范围内。

通过对比不同成型参数，如锁模力、注射压力、熔接线等，方案二合理。

图7 产生熔接线分析

图8 产生缩痕分析

4.2 保压分析

方案二的注射时间为2.82s，最大注射压力36.06MPa，冷却时间按照MoldFlow设置默认参数20s，保压时间设置4s，保压压力设置为最大注射压力的80%，整个成型周期填充、保压和冷却26.82s，对于此塑件来说设置较为合理。

4.3 翘曲分析

注射成型塑件产生翘曲的原因一般分为收缩不均、冷却不均、取向效应以及角效应4个因素。其中收缩不均主要受塑件的结构、壁厚以及工艺参数影响；冷却不均主要受模具冷却系统排布导致型芯、型腔温度差异影响；取向效应主要受塑料材料的分子取向影响；角效应主要受塑件的结构或形状影响。通过填充、保压和翘曲分析，此塑件主要变形来源于收缩变形，得出结果如图9所示。

图9 翘曲变形分析

此塑件翘曲的最大变形是4.352mm，主要原因是塑件收缩不均导致；回放收缩塑件安装点变形0.3～0.4mm，塑件主要是下榻变形，且此塑件为柔性件，装配间隙可控。

5 总结

运用MoldFlow模流分析仿真对此汽车导风板进行模拟，通过对比不同浇口数量和不同浇口位置分析确定了浇口样式，并通过标准流道的尺寸确定，构建了浇注系统，同时还对塑件进行了保压分析和翘曲分析。最终用了2个开放式浇口方案，保压压力设置选取最大注射压力的80%，即28.848MPa，保压时间为4s，分析成型周期26.82s，通过翘曲变形结果得出塑件变形在可控范围内。

通过填充、保压和翘曲分析后，外观问题及塑件变形问题可先以模流分析表现出来，预先回避量产时可能出现的问题。除此之外，更可将传统的修模，试模动作以模拟分析进行，验证对策的有效性后再进行实际的修模、试模，缩短模具开发周期。在汽车模具领域，更是必不可少，必要时通过MoldFlow对塑件进行预变形，更是可以很好的改善模具成型相关问题，减少试模时间，降低模具隐形成本，加快产品研发，提高企业效率。