宛 東，王洪廣，郝加杰

（1.柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州545616；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

車門內(nèi)飾板是汽車重要的組成部分，主要起到車輛內(nèi)部裝飾，密封車門相關(guān)線路、電氣元件和車窗升降玻璃等，車門內(nèi)飾板上面還要安裝車內(nèi)門把手，玻璃升降開關(guān)、雜物盒蓋板、揚聲器孔蓋等飾件，對裝配工藝要求較高。隨著汽車輕量化的需要，以及車主對汽車內(nèi)飾的舒適感和視覺效果的要求，車門內(nèi)飾板一般采用塑料材質(zhì)加工而成。

車門內(nèi)飾板在注射成型的時候，熔體在模具腔體里的流動過程比較復(fù)雜。澆口位置、流道尺寸、填充時間、注塑壓力等諸多工藝和參數(shù)等對產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。如果澆注系統(tǒng)方案設(shè)計的不合理將會直接導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生翹曲變形、體積收縮、產(chǎn)生熔接痕、氣穴等缺陷。

本設(shè)計是某款汽車的后門內(nèi)飾板，利用Moldflow從填充時間、注塑壓力、V/P 轉(zhuǎn)換時壓力、鎖模力、流動前沿溫度等方面進行分析和仿真，來確定和汽車后門飾板澆注系統(tǒng)方案的可行性和可靠性。

1 澆注系統(tǒng)設(shè)計

1.1 產(chǎn)品模型建立及有限元分析

通過UG 三維軟件將某汽車的后門內(nèi)飾板的模型結(jié)構(gòu)繪制出來，將UG 三維模型轉(zhuǎn)化文件格式并導(dǎo)入到Moldflow 軟件中，通過實體網(wǎng)格劃分進行有限元分析[1]。三角形個數(shù)共有184 760 個，已連接的節(jié)點92 290 個，平均縱橫比2.09，共用邊277 140 個，匹配百分率達到了91.10%。以上參數(shù)符合建模的要求，具備了分析條件。

該產(chǎn)品的外形尺寸為913 mm × 781 mm × 106 mm，產(chǎn)品表面形狀復(fù)雜，平均壁厚為2.2 mm，最薄處為1.2 mm，最厚處為2.9 mm。通過可能造成翹曲變形或者氣穴等缺陷。通過網(wǎng)格厚度診斷分析，產(chǎn)品的壁厚與設(shè)計有較高的一致性，如圖1 所示。

圖1 某款汽車后門內(nèi)飾板壁厚分析

1.2 材料的性能及成型工藝設(shè)置

本款汽車后門內(nèi)飾板選用的材料為PP-EPDM，填充物是20%的滑石粉，具有良好的韌性和較高的耐沖性能[2]。產(chǎn)品生產(chǎn)時要求一模一腔，載入熔體重量為2.16 kg，注射機噸位為2000T。主要設(shè)定的工藝參數(shù)：熔體溫度230 ℃，頂出溫度114 ℃，模具表面溫度40 ℃，最大剪應(yīng)力0.25 MPa，注塑時間5.6 s，保壓時間10 s。

材料的粘度很大程度上影響熔體在注塑過程的流動性，粘度曲線是材料工藝的重要參考指標，分別在200 ℃、210 ℃、220 ℃和230 ℃四個溫度條件下得出的粘度曲線如圖2 所示。

圖2 粘度曲線

材料的體積隨著溫度和壓力的變化而變化的特性，一般用PVT 曲線來呈現(xiàn)。塑料材料的PVT 特性對保壓參數(shù)和體積收縮率等產(chǎn)生影響。該材料分別在0 MPa、50 MPa、100 MPa、150 MPa 和200 MPa 五個壓力條件下的PVT 曲線如圖3 所示。

圖3 PVT 曲線

1.3 澆注系統(tǒng)方案設(shè)計

汽車后門內(nèi)飾板的尺寸較大又是薄件，澆筑系統(tǒng)的方案設(shè)計時考慮設(shè)置10 個澆筑口，如圖4 所示。進膠形式采用熱流道轉(zhuǎn)換冷流道的方式，由于工件的復(fù)雜性，導(dǎo)致設(shè)置的澆口和流道的形式及尺寸都各不相同，具體參數(shù)如表1 所示。

表1 流道的澆口形狀及相關(guān)尺寸

為了減少熔接痕的產(chǎn)生，進膠方式由同時進膠改為順序進膠，進膠順序由進膠閥控制，具體步驟是先開啟N1 點，N2 點延遲2.2 s，N3 和N7 點延遲2.9 s，N4、N6、N8 三點再延遲4.3 s，N5 點延遲5.4 s。

圖4 澆注系統(tǒng)的澆口位置設(shè)計

2 Moldflow 仿真模擬結(jié)果分析

利用Moldflow 軟件從填充時間、流動前沿溫度、注射壓力、V/P 轉(zhuǎn)換時壓力、鎖模力、頂出時體積收縮、產(chǎn)品翹曲變形等幾個方面進行模擬分析[3]，仿真出產(chǎn)品澆筑系統(tǒng)設(shè)計的合理性以及存在的缺陷，從而優(yōu)化設(shè)計方案，最終達到符合產(chǎn)品生產(chǎn)的要求，縮短了研發(fā)周期，降低了生產(chǎn)成本。

2.1 填充時間分析

熔體的填充時間通過仿真模擬分析，結(jié)果會以動態(tài)的渲染圖和等高線圖的形式呈現(xiàn)出來。某汽車后門內(nèi)飾板的填充仿真模擬時間是5.6 s，如圖5 和圖6 所示。從圖5 的狀態(tài)分析，最先填充的區(qū)域為A區(qū)，最后填充的區(qū)域為B 區(qū)。而A 區(qū)域位于澆注口N1 周圍，B 區(qū)域位于澆注口N5 周圍，中間為過區(qū)，這與設(shè)計的N1 最先進膠，而N5 最后進膠的順序進膠方案完全相符合。

從圖6 的等高線的云紋狀態(tài)分析，充填過程澆注口N1、N2、N3、N5、N7、N8 的云紋線的間距基本相同，表面熔體流動前沿速度相等，而且沒有滯留的區(qū)域。澆注口N4、N6 的等高線云紋密度相對比密集熔體速度相對緩慢，尤其是右下角黑色圓圈標注區(qū)域的填充線路不是從左到右流動，而是按照從四周到中間的圓形順序流動軌跡，填充完畢的時間的5.3 s，接近填充尾聲，該區(qū)域容易造成“短射”和氣穴缺陷[4]，但是可控。

圖5 填充渲染圖

圖6 充填等高線圖

2.2 流動前沿溫度分析

本次設(shè)置推薦的熔體溫度范圍是200 ～240 ℃，理想熔體溫度為230 ℃，產(chǎn)品外觀溫度差值不能超過10 ℃。從圖7 所示中可以分析出，此制件澆注系統(tǒng)大部分區(qū)域的前鋒溫度梯度不大，最高溫度在N7區(qū)域附近的323.6 ℃，最低溫度在N4 和N6 之間的區(qū)域，溫度為224.4 ℃?？傮w溫度分布均勻在合理的范圍內(nèi)。通過流動前沿溫度分布圖，可以分析出來順序進膠的澆注口區(qū)域的溫度平衡，不會產(chǎn)生明顯的熔接痕，而且熔接區(qū)域的結(jié)構(gòu)強度和質(zhì)量不會受到影響。右下角黑色圓圈范圍由于溫度較低，而且是最后填充區(qū)域，可能會存在溶膠滯留或者填充不滿。

圖7 流動前沿溫度分布圖

2.3 注射壓力和鎖模力的分析

型腔注射壓力模擬仿真圖，如圖8 所示，是N1-N8 的10 個澆注口從進膠開始到填充末端的壓力變化曲線，從圖上分析澆口N4 的注射壓力出現(xiàn)了峰值，時間是5.4 s，最大壓力53.69 MPa，由于設(shè)計參數(shù)要求是型腔最大壓力不大于70 MPa。因此各澆注口的注射壓力符合設(shè)計要求。

圖8 注射壓力圖

從圖9 鎖模力曲線分析，注射過程的鎖模力的峰值出現(xiàn)在時間是在5.4 s，約1 169 t，按照要求鎖模力的不能超過注塑機的75%，鎖模力的大小沒有超出使用機臺的限定范圍，設(shè)計符合要求。

圖9 鎖模力圖

2.4 頂出時的體積收縮分析

該汽車后門內(nèi)飾頂出時的體積收縮如圖10 所示。通過仿真模擬從11 個有代表性的數(shù)據(jù)分析最大的體積收縮率約為7.7%，最小的收縮率約5.6%。而澆注口N4、N5、N7 附近可能收縮率超過10%，但是這三個位置是在安裝時又裝飾扣條彌補，對收縮率要求不高。按照體積收縮率低于8%為較佳的標準，該澆筑方案的頂出時體積收縮率完全到達了要求。

圖10 頂出時的體積收縮圖

2.5 翹曲變形的分析

注塑件的翹曲變形對產(chǎn)品外觀和后期的裝配工藝有著直接的影響[5]。通過虛擬仿真得出了產(chǎn)品X、Y、Z3 個方向的翹曲變形量，如圖11 所示。通過放大5 倍效果，從圖中可以看出：X 方向最大翹曲變形位置是N1 和N7 澆注口附近，變形量為3.43 mm；Y 方向最大翹曲變形位置是N3 和N7 澆注口附近，變形量為3.29 mm；Z 方向最大翹曲變形位置是N3 和N7澆注口附近，變形量為7.14 mm。經(jīng)過三個維度的比對分析主要變形的位置是在N1、N3 和N7 三個位置，其中N1 和N7 位置裝配后有裝飾條包裹，翹曲變形量不影響整體外觀，N3 位置的翹曲弧度恰好與安裝的玻璃窗弧度匹配，有利于裝配操作，因此本設(shè)計方案的翹曲表現(xiàn)不影響外觀和裝配工藝。

圖11 后門內(nèi)飾板的翹曲變形圖

3 結(jié)束語

通過Moldflow 軟件對汽車后門內(nèi)飾板澆注系統(tǒng)的方案仿真模擬分析。直射時間5.6 s，最大注射壓力53.69 MPa，所需鎖模力較小只有1 169 t，產(chǎn)品表面流前溫度符合要求，采用順序進膠方式，產(chǎn)品填充趨勢均勻無滯留，產(chǎn)品表面幾乎不存在熔接痕，頂出時體積收縮率達到要求，產(chǎn)品局部產(chǎn)生的翹曲變形數(shù)據(jù)在可控范圍，通過后期裝配工藝處理可以得以解決。經(jīng)過仿真分析該汽車后門內(nèi)飾板的設(shè)計方案可行，并且已經(jīng)于2019 年8 月投入實際生產(chǎn)應(yīng)用當中，目前本內(nèi)飾主要應(yīng)用于新寶駿RM5 車型當中，如圖12 所示。

圖12 汽車后門內(nèi)飾板實物