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基于Moldflow的汽车注塑件翘曲分析
发布日期:2019-07-02
阅读量:50
作者:德马格机械销售有限公
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本文利用Moldflow软件对某汽车前门装饰板进行翘曲分析,确定了翘曲产生原因,通过优化工艺条件,改善冷却系统,以及采用变形补偿技术,达到了控制翘曲变形的目的,从而实现了产品品质的提升。 
随着塑料工业的飞速发展,通用与工程塑料的强度和精度等性能显著提高,塑料制品的应用范围不断扩大,逐渐形成了以塑代钢、以塑代木的趋势。塑料制品的强劲发展势头,极大地带动了整个塑料模具工业的发展。由于高效率、高精度和低成本的显著特点,注塑成形成为批量生产塑料制品的首选方法。但是,注塑成形常常会出现各种质量问题,如短射、飞边、翘曲、熔接痕和尺寸误差等,如何防止制品翘曲成为困扰工程师的一个难题。与此同时,随着经济的快速发展和人们生活水平的提高,人们对塑料制品外观质量和使用性能的要求越来越高,翘曲变形程度作为衡量产品质量的主要指标之一,越来越多地受到产品设计师及用户的关注和重视。 
注塑成形有三个关键的环节:产品设计、模具设计和注塑工艺设计。较前的环节直接影响较后的环节,较后的环节往往只能在一定程度上优化前一环节的不足,而不能彻底消除前一环节所固有的缺陷。所以,我们在产品设计之初就应该尽可能地降低可能出现的缺陷,提高设计质量。 
软件介绍 
Moldflow软件是世界公认的注塑CAE工业标准。该软件可精确高效地模拟注塑工艺全过程,帮助厂商实现高质量、低成本和短周期的目标;Moldflow采用目前最先进的有限元分析技术,依靠计算机模拟模具形状和处理、分析大量数据,对人们提出的工艺条件(模温、料温和注射时间等)进行校验,从而找到满意的工艺参数。Moldflow软件包括以下三部分: 
1. Moldflow Plastics Advisers(产品优化顾问,简称“MPA”)


塑料产品设计师在设计完产品后,运用MPA软件模拟分析,在很短的时间内,就可以得到优化的产品设计方案,并确认产品表面质量。 
2. Moldflow Plastics Xpert(注塑成形过程控制专家,简称“MPX”) 
集软硬件为一体的注塑成形品质控制专家,可以直接与注塑机控制器相连,进行工艺优化和质量监控,自动优化注塑周期、降低废品率及监控整个生产过程。 

3.Moldflow Plastics Insight(注塑成型模拟分析,简称“MPI”) 
MPI是对塑料产品和模具进行深入分析的软件包,通过对整个注塑过程进行模拟分析,包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩,以及对气体辅助成形、注塑压缩成形等特殊成形方法进行分析,使模具设计师在设计阶段就预测出未来产品可能出现的缺陷,提高一次试模的成功率。 
翘曲变形优化 
以某车型前门装饰板产品为例,应用Moldflow软件进行分析。该产品属于典型的长条件制品,易出现翘曲变形,且产品为外观件,整体喷漆处理。其相关参数:外形尺寸为1073mm×148mm×53mm;树脂材料为PP+EPDM+TD20;基本壁厚2.5mm;材料收缩率为1.05%。 
1.翘曲变形的原因 
注塑件变形是实际生产中常常遇到的一个问题,产品设计结构不合理造成壁厚不均匀;注塑工艺选择不恰当,如温度、压力和时间等参数设置不合理,都可能造成注塑件明显的变形。模具设计作为中间环节,为兼顾两头,要考虑的因素往往最多。注塑件由于其本身在各个尺寸方向上的收缩不均匀而产生翘曲变形,收缩不均匀表现为在制品不同部位的收缩不均匀,制品壁厚方向的收缩不均匀,材料取向不同造成的收缩不均匀。影响注塑件收缩的因素从本质上可以归结为三点:注塑件残余应力、注塑件冷却过程和材料的取向。从模具设计的角度,则要考虑模具型腔的预变形、模具冷却系统的设计以及浇口的数量和位置的安排。 

2.确定产品翘曲原因 
利用Moldflow软件对产品进行模拟,产品采用三点顺序阀进胶,以消除熔接痕;有限元网格数量53247,FUSION网格匹配率为91.3%,符合翘曲变形的要求。 
对模拟产品进行运行充填、保压和翘曲分析后,得出如图4所示的分析结果。从变形数据分析来看,产品的主要变形来自Z方向,即主要为翘曲。 
分析影响Z方向翘曲的各因素数据,得出不均匀收缩是产品翘曲变形的主要原因。因此,调整产品的均匀收缩是改善变形的主要突破口,由于产品的特殊装配关系,调整肉厚不可行,从而设置预补偿量则成为一种行之有效的方法。

3.预变形分析 
(1)确定预补偿量 预补偿分析的补偿量非常关键,如果补偿不准确,模具后期的整改难度比较大,包括大面积补焊、降面,甚至模具报废,对模具的寿命和成本都带来非常巨大的负面影响。Moldflow软件利用精密的网格模型以及准确的参数设定,可以准确地分析出变形量,从而帮助设计者确定预补偿量。Moldflow的具体实施方案是:运行Moldflow,得出产品的Z向翘曲结果,产品的两端翘曲上翘,翘曲量为2.975mm~3.869mm,根据翘曲量做变形预补偿。 
(2)预补偿方案验证 为了验证预补偿量的准确性,利用Moldflow对数据进行变形分析,确定产品回弹量是否与补偿量匹配;为了排除注塑工艺的影响,验证方案工艺参数与确定变形量的分析参数保持一致。对验证数据进行分析得出,回弹量与补偿量公差在±0.5mm以内,满足装车需求。 
(3)效果验证 产品经过预变形处理后,装饰板的装配间隙有了非常大的改善,增加了整车的美感与质感,实现了整车品质的提升。 
结语 
Moldflow可以在模具设计前期对产品的变形缺陷充分识别,并通过改善方案验证来实现缺陷规避。很多情况下产品的翘曲是无法通过调节工艺来完全改善的,预变形的方法很好地解决了这个难题,但是补偿量的确定往往是个很棘手的问题。实践证明,利用好CAE软件,可以在很大程度上帮助设计者确定相关值,迅速积累经验。

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