何建林，白志鵬

（廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學(xué)院，佛山 528216）

基于Moldflow的汽車高位剎燈燈殼的模流分析及翹曲優(yōu)化

何建林，白志鵬

（廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學(xué)院，佛山 528216）

針對高位剎燈燈殼裝配尺寸要求高，翹曲變形量大等問題，運用Moldflow軟件對汽車高位剎燈燈殼注塑成型過程進行模流分析。通過分析得出最佳填充平衡澆口位置與改善翹曲變形具體方法。分析結(jié)果表明，通過Moldflow前期分析可以預(yù)測注塑成型潛在問題點并提出改善方案，減少試模次數(shù)。

網(wǎng)格分析；翹曲；注射工藝流程分析

0 引言

在塑件注塑成型過程中，注塑成型工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制是一個復(fù)雜的問題。采用傳統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗和試模方法，往往效率低、成本高，難以滿足實際生產(chǎn)需要。計算機輔助工程（CAE）軟件能很好地解決這一問題，采用CAE模流分析能夠模擬塑件注塑成型的整個過程，通過分析的結(jié)果可以預(yù)測產(chǎn)品的不良缺陷對應(yīng)的位置、翹曲變形量以及塑件成型周期的判斷，提前作出應(yīng)對缺陷的措施，為現(xiàn)場試模提供最優(yōu)化的成型工藝，減少試模材料浪費以及試模次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。翹曲變形一直是注塑成型產(chǎn)品比較難解決的一個難題，通過模流分析軟件可以預(yù)測變形方向與變形量。本文研究汽車高剎車燈燈體最佳進澆口位置以及變形改善方法，從填充分析結(jié)果可以判斷進澆口的最佳進澆位置，從翹曲變形分析得出結(jié)論產(chǎn)品變形主要是收縮變形引：起，我們可以從三個方向去改善收縮變形：1）優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；2）優(yōu)化冷卻系統(tǒng)；3）優(yōu)化成型工藝。產(chǎn)品Moldflow前期分析，可以為設(shè)計提供流道澆口尺寸大小、冷卻水路的排布，為成型注塑提供成型工藝表，快速調(diào)整試模工藝。

圖1 高剎燈燈體

1 汽車高剎車燈燈體及材料分析

高剎車燈燈體如圖1所示，產(chǎn)品整體大?。?6×481×67mm，基本壁厚為2.0mm。由于產(chǎn)品長度方向尺寸達到481mm，所以成型很容易發(fā)生翹曲變形。成型材料為ABS，牌號為Novodur HH-106。圖2為材料物性表，圖3為材料粘度曲線，從材料物性表分析可知此材料模具溫度范圍值較小，熔體溫度范圍值較大，有利于成型產(chǎn)品工藝調(diào)整。

圖2 材料物性表

2 網(wǎng)格優(yōu)化處理

圖3 材料粘度曲線

2.1 網(wǎng)格前期處理

眾所周知，為了得到更準確的分析結(jié)果，前期的網(wǎng)格處理必不可少。通過CAD doctor軟件對3D產(chǎn)品進行小特征處理（倒角、圓角、斜角、臺階、孔、柱、字體等），從而簡化產(chǎn)品，為Moldflow提供更高質(zhì)量網(wǎng)格進行分析。

如圖4所示為CAD doctor去除圓角、倒角小特征數(shù)量及閥值（建議將小于0.5mm的圓角與倒角去除）。

為保證簡化質(zhì)量，CAD doctor各類型錯誤必須為零，如圖5所示。

2.2 網(wǎng)格劃分

圖4 圓角與倒角處理

圖5 類型錯誤分析

Moldflow依據(jù)的是有限元分析，所以網(wǎng)格劃分的數(shù)量直接影響著網(wǎng)格質(zhì)量，但并不是網(wǎng)格數(shù)量越多越好，因為這樣會影響分析速度，達不到既要提高分析效率又要提高分析精度的效果。劃分網(wǎng)格的全局邊長為默認全局邊長的1/3或是產(chǎn)品基本壁厚的1～1.5倍。如果網(wǎng)格類型為雙層面網(wǎng)格，建議網(wǎng)格數(shù)量在10萬以內(nèi)，3D網(wǎng)格建議在100萬以內(nèi)。在網(wǎng)格質(zhì)量管控里面，除了網(wǎng)格數(shù)量評估以外，還需對網(wǎng)格匹配率進行評估。只進行填充分析序列時，網(wǎng)格匹配率達到85%就可以進行分析，需要進行翹曲變形分析、運水分析時，匹配率至少要達到90%才能準確的模擬分析。若有達不到匹配要求的，只能劃分3D網(wǎng)格進行分析。網(wǎng)格數(shù)量與匹配率是相對變化的，所以只有權(quán)衡兩者之間的平衡點，才能達到好的網(wǎng)格質(zhì)量又能提高分析效率與分析精度。圖6所示為網(wǎng)格統(tǒng)計圖，由統(tǒng)計可以看出網(wǎng)格質(zhì)量沒問題。

圖6 網(wǎng)格統(tǒng)計

3 模流分析

3.1 網(wǎng)格類型選擇

圖7所示為產(chǎn)品厚度分布情況，產(chǎn)品整體壁厚均勻，沒有急變區(qū)域，所以選用雙層面網(wǎng)格分析。從厚度分布可以看出產(chǎn)品外觀沒有縮影的風(fēng)險。

圖7 產(chǎn)品厚度分析

3.2 填充分析

考慮模具需要生產(chǎn)50萬模，為避免產(chǎn)生流道澆口的廢料過多，所以采用熱流道兩點魚雷式進膠方式，如圖8所示。

圖8 產(chǎn)品進膠方式

圖9 填充時間

填充工藝設(shè)置為：填充時間為2s，模具表面溫度為50℃，熔體溫度為250℃，速度/壓力切換點為體積的98%，保壓時間為6s（恒保壓），保壓壓力為填充壓力的80%。

3.3 填充時間

如圖9所示，填充沒有產(chǎn)生滯留現(xiàn)象、短射現(xiàn)象，且兩端填充平衡，實現(xiàn)壓力最小化，從而確定最佳進膠口方案。

3.4 速度/壓力切換時的壓力

如圖10所示，填充最大的壓力為68.91MPa，產(chǎn)品壓力下降均勻，沒有引起過保壓現(xiàn)象，填充壓力沒有超過注塑機最大壓力值。均勻的壓力降對成型工藝調(diào)整變形有很大的幫助。

圖10 速度/壓力切換時的壓力

3.5 熔接線位置

如圖11所示為熔接線位置，在熔接線的區(qū)域增加排氣鑲件能改善熔接線可見程度，從而達到產(chǎn)品外觀要求及強度要求。一般有熔接線的地方都要增加排氣鑲件，因為在兩股膠融合的地方都會產(chǎn)生困氣，如果氣體不及時排出模具外面，產(chǎn)品融合處容易燒焦、發(fā)黑現(xiàn)象，對外觀有影響。所以模具上要拆鑲件，而且鑲件的大小要在熔接線60mm范圍以內(nèi)，因為實際成型，熔接線有可能會有差異。

圖11 熔接線

3.6 翹曲變形分析

由變形分析結(jié)果可知，變形往兩端翹曲，箭頭為變形方向，翹曲變形分為X、Y、Z三個方向變形，產(chǎn)品主要是Z方向有裝配尺寸要求，如圖12所示為產(chǎn)品Z方向變形量，產(chǎn)品Z方向變形大，變形量為1.319mm，不符合裝配要求。

圖12 Z方向變形量

4 變形解決方案分析

由于產(chǎn)品為長條類產(chǎn)品，容易往上翹變形，針對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可知，產(chǎn)品頭部上翹，可以在頭部加筋，一般產(chǎn)品往哪個方向變形，就往哪個方向加筋位，使向上翹變形減少，如圖13所示。

產(chǎn)品填充末端收縮大，難保壓，所以一般哪里變形大，就在哪里做減膠處理，頭部黃色面減膠0.2mm，由2.0mm減至1.8mm，主要是改善頭部收縮大引起的翹曲變形，如圖14所示。

圖13 產(chǎn)品增加筋位

圖14 黃色面減膠

保壓工藝調(diào)整：采用分段保壓曲線有利于減少產(chǎn)品內(nèi)殘余應(yīng)力，使產(chǎn)品后收縮減少，降低翹曲變形，保壓工藝如圖15所示。

圖15 保壓曲線

模具冷卻系統(tǒng)對模具的成型周期與產(chǎn)品翹曲變形十分重要，均勻的冷卻能縮短成型周期、減少產(chǎn)品變形，使產(chǎn)品整體均勻收縮。前模分兩組運水，后模分三組運水有利于實際成型試模水溫的單獨調(diào)整，此產(chǎn)品水路分布均勻，有助于改善翹曲變形，圖16所示為前模運水分布圖，圖17所示為后模運水分布圖。

圖16 前模運水

圖17 前模運水

5 變形優(yōu)化驗證

5.1 變形優(yōu)化驗證分析結(jié)果

建立前后模運水，使用前后模溫度的差異來調(diào)整變形量，前模水溫設(shè)置30℃，后模水溫設(shè)置40℃。一般進出水口的溫度不超過3℃，如圖18、圖19所示，為前后模運水進出水口溫度，溫度差異較小，運水排布均勻、合理。

圖18 前模運水進出水口溫度

圖19 后模運水進出水口溫度

前后模具溫度差異一般不超過10℃，過大的溫差會造成產(chǎn)品的變形，且后模溫度不能過高，否則頂針容易燒死。圖20、圖21所示為模具前后模溫比較，由圖可知，前后模溫差不超過10℃，滿足成型要求，實際成型可以依據(jù)此前后模運水溫度設(shè)置進行微調(diào)，達到成型最優(yōu)化。

圖20 前模溫度

圖21 后模溫度

5.2 產(chǎn)品優(yōu)化后變形分析

通過優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、保壓曲線、冷卻系統(tǒng)后，分析得出產(chǎn)品Z方向變形量為0.4921mm。變形量由優(yōu)化前的1.319mm降至0.4921mm，下降了0.8269mm，Z方向變形有了明顯的改善，符合產(chǎn)品裝配要求。如圖22所示為優(yōu)化后的變形量。

圖22 優(yōu)化后Z方向變形量

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6 結(jié)論

通過Moldflow軟件，我們在設(shè)計的前期對產(chǎn)品的成型進行模擬，可以找到產(chǎn)品最佳進膠方式，使填充平衡。在產(chǎn)品潛在問題點方面，將模擬出來的變形量以及熔接線位置、縮水等潛在問題點進行與客戶溝通，對產(chǎn)品外觀有影響的問題，我們就在前期通過不同方案的驗證，得出最優(yōu)化質(zhì)量產(chǎn)品的可行方案。在模具設(shè)計方面，我們會將產(chǎn)品上有產(chǎn)生困氣、熔接線位置反映給設(shè)計組，建議產(chǎn)品設(shè)計時增加排氣鑲件。同時還有澆口的位置、澆口直徑、流道直徑、運水排布、尺寸等信息反饋給設(shè)計組。在成型工藝方面，可以依據(jù)Moldflow分析出來的工藝參數(shù)反饋給現(xiàn)場試模技術(shù)人員進行試模微調(diào)，節(jié)約試模時間。這也是降低傳統(tǒng)試模次數(shù)多，產(chǎn)品成型報廢率高的有效方法。經(jīng)過模擬驗證，汽車高剎燈燈體在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、冷卻水路、保壓工藝三方面合理性優(yōu)化后，變形得到了最大改善，為客戶、設(shè)計與成型方面能提供了寶貴的參考價值。

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Molding fow analysis and warping optimization based on moldfow for high brake lamp of automobile

HE Jian-lin, BAI Zhi-peng

TH12

：A

1009-0134(2017)06-0081-05

2017-04-13

何建林（1978 -），男，廣東梅縣人，講師，碩士，研究方向為機械設(shè)計與制造。