石 鑫,楊洪濤,倪驍驊,翟豪瑞,吳 松

(1. 安徽理工大學 機械工程學院， 安徽淮南 232001；2. 鹽城工學院 汽車工程學院， 江蘇鹽城 224501)

0 前言

汽車儀表盤后蓋件是一種具有美觀性的，需要承載汽車各種電子顯示器安裝的外飾件，在加工工程中工藝難度較大[1]。由于在使用過程中該產品暴露在陽光下的時間長，也會被用來擺放香水或者尖銳物，因此，不僅要注重該產品的裝飾性，還更應注重其耐劃傷性、耐腐蝕性、抗氧化性和外觀光澤度等問題。

1 產品模型

某汽車儀表盤后蓋件產品模型見圖1，產品尺寸為292.317 mm×126.380 mm×31.468 mm，塑件的平均肉厚為2.5 mm，單一模穴體積為197.253 cm3。

(a) 產品尺寸

(b) 肉厚分布

該塑件成型采用的是一模兩穴的模具設計，可以提高產品的生產效率。塑件選取的是聚丙烯(PP)材料，其中添加了質量分數為40%的滑石粉(礦物質)，彌補PP材料自身低光澤度、低剛性等缺陷。共聚物PP材料的熱變形溫度偏低，抗沖擊強度會隨著丙烯含量的增大而增大[2]?；谟邢拊Ａ鞣治黾夹g，在產品出現問題之前可以進行預判，科盛公司的Moldex模流分析軟件可以為模流分析的準確性提供可靠的分析支持[3]。

2 初始設計

2.1 初始澆注系統(tǒng)設計

初始澆注系統(tǒng)采用的是一模兩穴的模具設計，由于塑件本身體積與流道尺寸所生產的網格數量過大，分析時間較長，對電腦配置要求高，由于是對稱模穴，為了節(jié)省分析時間，對單一模穴進行分析處理[4]。該儀表盤后蓋形狀外形呈對稱結構，因此選定的澆口位置也需要做到對稱結構，該塑件肉厚均勻，為薄壁塑件，所以采用四澆口側進澆方式(見圖2)。該進澆方式是冷流道澆注，澆口數量多，可以減少充填時間，使保壓壓力分布均勻且保壓時間短，表面不會有明顯的脫模澆口痕跡，可以保證塑件的外觀色澤。

2.2 初始分析結果

四澆口側進澆方的充填結果見圖3。

由圖3可以看出:(1)充填體積分數至35%時，塑件X軸方向的中間位置兩股熔膠匯合形成X方向上的縫合線；(2)充填體積分數至50%時，X軸方向上的兩股熔膠已經匯合結束，沿Y軸方向流動；(3)充填體積分數至75%時，沿Y軸方向的兩股溶膠剛開始匯合形成Y軸方向上的縫合線；(4)充填完畢后，充填末端處應注意排氣，以免有氣穴產生。

圖2 四澆口側進澆

(a) 充填35%(b) 充填50%

(c) 充填75%(d) 充填100%

圖3充填結果

圖4為充填結果中縫合線分布。

圖4 縫合線

由圖4可以看出：縫合線的位置分布于X、Y軸方向呈“田”字狀分布且長度長，其產生的原因是由于較多的澆口導致的，因此需要減少澆口數目?？p合線對于產品的外觀和硬度有著非常大的影響，容易造成產品外觀上有“線”狀分布且不夠美觀，在安裝過程中縫合線處易發(fā)生斷裂的現象。

圖5為翹曲變形圖[5]，其中，正負值代表翹曲變形所趨方向。根據色桿數值可知，在X方向、Y方向上翹曲變形量較大：在圖5(a)中，色桿顯示X方向上數值為-1.065～+1.057 mm；在圖5(b)中，色桿顯示Y方向數值為-0.773～+0.777 mm；造成的總翹曲數值為-0.210～+1.126 mm。造成翹曲變形的原因可能是由于不均勻收縮或者是流動導致的殘留應力，所以對于其主要造成翹曲變形的因素還不確定，需要再次對模型進行驗證。

(a) X方向翹曲(b) Y方向翹曲

(c) Z方向翹曲(d) 總翹曲

圖5翹曲變形

3 優(yōu)化設計

3.1 優(yōu)化澆注系統(tǒng)的設計

此次優(yōu)化設計將澆注系統(tǒng)設計成熱流道[6]單澆口進澆方式，位置選擇偏于塑件的中心附近(見圖6)。

圖6 熱流道單澆口進澆

同樣是一模兩穴設計對其單一模穴進行分析，由于熱流道的特殊性，其流道中的塑膠一直處在熔融狀態(tài)，澆口直徑可以偏大一些以便于塑膠更容易進入模腔，確保其可以短時間內充滿模腔，減少產品的成型周期。

3.2 優(yōu)化分析結果

由圖7充填結果可以看出：相比于四澆口側進澆方式，單澆口中并沒有熔膠的匯合，冷流道系統(tǒng)中單澆口進澆會因為注塑壓力不足導致其流動遲滯或者短射現象，而熱流道系統(tǒng)中進澆面處壓力與澆口壓力幾乎沒有壓力損失，其注射壓力得以保證。

(a) 充填25%(b) 充填50%

(c) 充填75%(d) 充填100%

圖7充填結果

由圖8縫合線可以看出：四澆口側進澆方式產生的縫合線較長且較多，單澆口進澆方式產生的縫合線明顯減少，且大部分的縫合線產生在孔處，原因是孔分割溶膠造成的。由于該產品的孔大部分為通風孔且面積均不大，所以形成的縫合線長度較短，對于塑件的強度、質量等影響不大。

(a) 四澆口側進澆(b) 單澆口進澆

圖8縫合線

將翹曲變形數值大的X方向和Y方向進行對比(見圖9，其中左圖代表四澆口側進澆，右圖代表單澆口進澆)，可以看出：四澆口側進澆方式X方向翹曲數值為-1.065～1.057 mm，單澆口進澆方式數值為-1.171～1.207 mm；四澆口側進澆方式Y方向翹曲數值為-0.773～0.777 mm，單澆口進澆方式Y方向翹曲數值-0.857～0.845 mm，四澆口側進澆方式總翹曲數值為-0.210～1.126 mm，單澆口進澆方式總翹曲數值為0.005～1.219 mm，并沒有得到很明顯的改善，翹曲量的數值相近。

綜上所述，影響該塑件翹曲變形的原因是由于溫度差異導致模腔內塑膠不均勻收縮，并不是流動中殘留應力所致。對于不均勻收縮導致的翹曲變形，可以通過一些工藝手段進行改善，但是效果并不明顯，同時還無形中增加了生產成本。

將上述各個條件歸納進行對比分析，結果見表1。

4 模具圖

熱流道單澆口較于冷流道四澆口側進澆能更好地解決塑件所產生的問題，模具圖設計見圖10。

表1 對比分析表

1-頂板；2-熱流道板；3-定模板；4-型腔；5-型芯；6-動模座板；7-熱流道；8-模仁固定板；9-噴嘴；10-推板；11-動模板

圖10模具圖

5 結語

兩種不同的進澆系統(tǒng)對于充填結果均無短射和流動遲滯現象；四澆口側進澆的縫合線明顯多于單澆口進澆,且長度長，容易造成塑件剛度等質量問題；翹曲變形上兩種進澆系統(tǒng)沒有明顯的差異，導致翹曲變形的主要因素是塑膠在塑件內的不均勻收縮。

基于計算機輔助工程(CAE)分析，可以在試模之前對產品生產過程中所產生問題進行模擬分析，并對其產生的問題進行優(yōu)化，降低產品生產過程中的不合格率，避免不必要的浪費，節(jié)約生產成本，提高收益。