范濤

摘 ?要：在汽車外飾塑料件薄壁類產(chǎn)品中，受功能及造型限制，一些產(chǎn)品出現(xiàn)壁厚分布不均等情況，容易導(dǎo)致產(chǎn)品收縮不均，成型后會(huì)出現(xiàn)較大翹曲變形。本文利用mlodflow對汽車前門護(hù)板外板進(jìn)行模流分析，確定了翹曲變形的原因及對應(yīng)的變形量，同時(shí)結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際尺寸變形量，驗(yàn)證了模擬分析的準(zhǔn)確性，進(jìn)而確定了產(chǎn)品反變形預(yù)補(bǔ)償量，產(chǎn)品實(shí)施反變形預(yù)補(bǔ)償后翹曲變形明顯減小，解決了由于產(chǎn)品翹曲變形導(dǎo)致前門護(hù)板與門檻裝配間隙小的問題，滿足Cubing及T-car裝車要求。

關(guān)鍵詞：moldflow;翹曲;前門護(hù)板外板;反變形預(yù)補(bǔ)償

中圖分類號：U463.82+1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1005-2550（2020）06-0041-05

Abstract： In the thin-wall parts of vehicle exterior plastic products， some have uneven wall thickness distribution and complex modeling due to the limitation of function and modeling appearance， is likely to lead to large warping deformation caused by uneven shrinkage of product. In this paper， the root cause of warping deformation of front door cladding outer part and deformation quantity of assembly defect position have been analyzed based on moldflow， combining with the actual deformation size measurement of product. The pre-compensation quantity was determined and product warping deformation was reduced obviously in this paper. And finally the problem of small gap between front door cladding and rocker panel caused by product warping deformation has been solved， conformed to the requirement of Cubing and T-car assembly。

Key Words： Moldflow; Warping Deformation; Door Cladding Outer Part; Pre-compensation

引言

塑料件翹曲變形主要發(fā)生在注塑成型過程中，是產(chǎn)品各部位材料收縮不均導(dǎo)致的產(chǎn)品幾何形狀改變的缺陷[1]-[2]。產(chǎn)品的區(qū)域收縮不均、冷卻不均、材料分子取向共同導(dǎo)致塑料件的翹曲變形[3]-[4]，直接影響產(chǎn)品與環(huán)境件的匹配，導(dǎo)致間隙、面差無法達(dá)到客戶要求，引起客戶抱怨，因此解決產(chǎn)品的翹曲變形已成為汽車塑料件工程問題解決的重點(diǎn)[5]。本文基于Moldflow對某車型前門護(hù)板外板模擬分析，確定了產(chǎn)生翹曲變形的根本原因。由于理論計(jì)算的變形量與實(shí)際產(chǎn)品的變形量相一致，因此驗(yàn)證了有限元模型分析的準(zhǔn)確性，進(jìn)而確定了產(chǎn)品反變形預(yù)補(bǔ)償量。通過對施加反變形預(yù)補(bǔ)償產(chǎn)品模擬分析，最終確定反變形預(yù)補(bǔ)償產(chǎn)品裝車Z向絕對變形量由1.27mm減小至0.22mm，解決了前門護(hù)板后端與門檻間隙小的問題，滿足裝車匹配要求。

1 ? ?產(chǎn)品初始方案分析

1.1 ? 匹配問題描述

某車型前門護(hù)板總成由外板與內(nèi)襯支架通過穿刺焊接而成，并通過內(nèi)襯支架十字限位筋定位X、Z方向，卡扣裝配固定于車門上，實(shí)現(xiàn)Y向定位。由于前門護(hù)板外板后端裝車Z向出現(xiàn)較大翹曲變形，外板與內(nèi)襯支架焊接成總成產(chǎn)品安裝Cubing（標(biāo)準(zhǔn)白車身）后，前門護(hù)板后端與門檻間隙小，不符合DTS（Design Tolerance Specification， 設(shè)計(jì)公差規(guī)范），如圖1所示：

1.2 ? ?產(chǎn)品模型介紹

本文中前門護(hù)板外板尺寸為1000mm×61mm×131mm，如圖2所示。對產(chǎn)品模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，得到產(chǎn)品有限元模型，其中網(wǎng)格信息：三角形單元110724、節(jié)點(diǎn)數(shù)55366、匹配率93.5%、平均縱橫比1.94、最大縱橫比14.96，劃分的有限元網(wǎng)格滿足分析要求。產(chǎn)品原材料為PP-EPDM-TV20，材料供應(yīng)商Basell，牌號Hifax TYC 459X。

1.3 ? 初始產(chǎn)品有限元仿真分析

產(chǎn)品壁厚分布如圖3所示：主壁厚約3.5mm，上邊緣壁厚為2.5mm，下翻邊過渡圓角處壁厚為2.5mm。此產(chǎn)品壁厚從中間造型線處到上翻遍區(qū)域逐漸減小。由于產(chǎn)品壁厚不均，造型線以下壁厚大于造型線以上壁厚，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，產(chǎn)品成型后易發(fā)生翹曲變形。

模擬計(jì)算參數(shù)按照實(shí)際生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置，采用三點(diǎn)順序閥控制進(jìn)膠時(shí)間，如圖4所示：1#進(jìn)膠口常開且保壓，2、3#進(jìn)膠口僅保壓。注塑填充過程約5s，注塑壓力約55MPa，保壓為階梯下降兩段式保壓，第一階段保壓壓力40MPa，保壓時(shí)間4s;第二段保壓壓力35MPa，保壓時(shí)間5s。

由于注塑成型后產(chǎn)品翹曲變形主要由收縮不均、冷卻不均、分子取向三方面因素影響，同時(shí)由于產(chǎn)品模流分析Y方向變形直接影響前門護(hù)板與門檻間隙（產(chǎn)品模流分析Y方向?yàn)楫a(chǎn)品裝車Z方向），因此本文只分析以上三種因素的產(chǎn)品Y方向變形程度。

根據(jù)moldflow計(jì)算結(jié)果圖5所示，產(chǎn)品受冷卻不均及分子取向效應(yīng)影響的產(chǎn)品Y方向變形量約為0.45mm和0.24mm，二者對產(chǎn)品變形影響很小;而產(chǎn)品收縮不均導(dǎo)致Y方向變形最大，且最大變形位置出現(xiàn)在產(chǎn)品后端，變形量約為2.7mm，這與產(chǎn)品實(shí)際變形及Cubing失效模式是一致的。綜上分析，收縮不均是產(chǎn)品翹曲變形的主要因素。

導(dǎo)致收縮不均主要受以下兩方面因素影響：（1）產(chǎn)品壁厚不均：壁厚大的區(qū)域冷卻速度慢，壁厚薄區(qū)域冷卻速度快，由于冷卻速度快區(qū)域先形成凍結(jié)層，高分子鏈段未充分松弛收縮，體積收縮小，而冷卻速度慢區(qū)域未完全形成凍結(jié)層，高分子鏈段可以相對充分的松弛收縮，體積收縮較大，在后續(xù)冷卻凝結(jié)過程中產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力差，產(chǎn)生翹曲變形。（2）澆口位置：模具采用側(cè)澆口且設(shè)置在產(chǎn)品下翻遍處，3個(gè)側(cè)澆口在成型過程中進(jìn)行填充及保壓也會(huì)在該區(qū)域形成較大內(nèi)應(yīng)力。綜上分析，產(chǎn)品在下邊緣部分體積收縮大，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致翹曲變形發(fā)生。

2 ? ?反變形預(yù)補(bǔ)償應(yīng)用

為解決前門護(hù)板外板在Y方向的翹曲變形，嘗試優(yōu)化局部壁厚、模具澆口尺寸、模溫變化、順序閥開啟時(shí)間及順序、保壓壓力及時(shí)間等方面減小產(chǎn)品Y方向翹曲變形，但都無法明顯改善產(chǎn)品變形，由于產(chǎn)品受造型及結(jié)構(gòu)因素限制，無法優(yōu)化整體產(chǎn)品壁厚及澆口位置，因此考慮利用反變形預(yù)補(bǔ)償手段改善產(chǎn)品翹曲變形。

反變形預(yù)補(bǔ)償技術(shù)是根據(jù)塑件在一定成型工藝條件下的翹曲變形方向和變形量，在初始設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上預(yù)設(shè)反方向的變形，模具成型部分尺寸按此加工制造，以達(dá)到抵消或者降低出模后塑件變形的目的，使制品恢復(fù)到初始設(shè)計(jì)狀態(tài)[6]。利用moldflow計(jì)算結(jié)果分析初始產(chǎn)品在Y方向的變形，結(jié)果如圖6所示：初始產(chǎn)品后端上部Y方向變形量最大約為1.86mm，中間Y方向變形量約為0.67mm，前端Y方向變形量約為1.52mm，后端絕對變形量為1.19mm（1.86mm-0.67mm）。初始產(chǎn)品檢具測量結(jié)果如圖7所示，產(chǎn)品后端上部裝車Z方向測量值約為-0.82mm，中間裝車Z方向測量值為0.45mm，前端裝車Z方向測量值約為-0.5mm，后端絕對變形量為1.27mm（-0.82mm-0.45mm）。經(jīng)對比模擬分析結(jié)果與產(chǎn)品檢具測量結(jié)果表明產(chǎn)品后端變形趨勢一致，因此moldflow可以準(zhǔn)確模擬分析實(shí)際產(chǎn)品變形。

利用初始模流分析結(jié)果及實(shí)際產(chǎn)品變形量的測量結(jié)果擬合出產(chǎn)品上邊緣變形曲線，然后利用NX軟件按上邊緣變形曲線反向擬合反變形預(yù)補(bǔ)償產(chǎn)品3D數(shù)據(jù)，得到反變形預(yù)補(bǔ)償變形量后端Y方向?yàn)?mm，中間Y方向?yàn)?1.5mm，前端Y方向?yàn)?0.4mm，后端反變形預(yù)補(bǔ)償量1.5mm，如圖8所示。利用moldflow再次對反變形預(yù)補(bǔ)償產(chǎn)品進(jìn)行有限元分析，結(jié)果如圖9所示：反變形預(yù)補(bǔ)償后產(chǎn)品后端Y方向最大變形量約為1.96mm，中間Y向最大變形量約為0.59mm，前端最大變形量約為1.52mm，后端絕對變形量約為1.37mm（1.96mm-0.59mm），反變形預(yù)補(bǔ)償產(chǎn)品模擬計(jì)算絕對變形量與初始產(chǎn)品模擬計(jì)算絕對變形量1.19mm、實(shí)際產(chǎn)品絕對變形量1.27mm及反變形預(yù)補(bǔ)償量1.5mm基本一致。因此模具重新開發(fā)并按此數(shù)據(jù)施加產(chǎn)品反變形預(yù)補(bǔ)償，生產(chǎn)的實(shí)際產(chǎn)品測量結(jié)果為后端裝車Z方向測量值約-0.31mm，中間裝車Z方向測量值約為-0.53mm，前端裝車Z方向測量值約為-0.44mm，后端絕對變形量為0.22mm（-0.31mm-（-0.53mm）），對比各工況變形值如表1，預(yù)變形外板與內(nèi)襯支架焊接的總成件裝車后滿足間隙要求，如圖10所示。

3 ? ?結(jié)論

（1） 本文基于moldflow軟件對汽車前門護(hù)板外板進(jìn)行模擬計(jì)算，確定了門護(hù)板翹曲變形主要受收縮不均影響，根本原因?yàn)楫a(chǎn)品壁厚不均導(dǎo)致。

（2）通過對比初始產(chǎn)品模擬分析結(jié)果與產(chǎn)品實(shí)際變形量確定了產(chǎn)品反變形預(yù)補(bǔ)償量，再次利用moldflow計(jì)算驗(yàn)證了反變形預(yù)補(bǔ)償量的準(zhǔn)確性，優(yōu)化后產(chǎn)品裝車驗(yàn)證匹配合格。類似結(jié)構(gòu)、壁厚不均的塑件產(chǎn)品應(yīng)在開發(fā)前期充分利用moldflow進(jìn)行模擬仿真計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對翹曲變形的前期識別及方案優(yōu)化，有效規(guī)避產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

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