隨著汽車行業的飛速發展，消費者對汽車內飾件的要求越來越高，不僅對裝飾性的外觀要求高，同時對內飾件的功能性、安全性及工程屬性的要求也越來越高，專注汽車模具設計模流分析技術分享，這些知識都是本人10多年汽車模具設計模流分析的相關經驗的總結和摘取，如有想了解這方面技術的朋友，可以私聊我，發一些關于這方面資料給您。
為了滿足汽車內飾件日益增長的要求，必須從模具設計階段開始優化，采用Moldflow等CAE軟件對塑件在成型過程中可能存在的缺陷進行分析，制定解決方案，提前預防缺陷的產生，然后通過調節進料方式、更改塑件結構或采用3D打印等新興制造工藝提高塑件的成型質量。
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塑件工藝分析
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塑件為某轎車方向盤上的內飾件，與另一產品裝配在一起固定在方向盤下方，在車內可直接看到該塑件的外表面，故外觀要求及精度要求高。
圖1 汽車方向盤內飾件
塑件結構如圖1所示，外形尺寸為126.3mm×141.7mm×57.6mm，體積為29.78cm3，材料為PC+ABS，采用1模1腔結構成型，收縮率根據塑件尺寸、壁厚及材料物理性能推薦設置為0.5%，表面鍍鉻。塑件壁厚均勻，主壁厚為2.5mm。
主要成型特點如下：①外觀面不允許有任何成型缺陷，如澆口痕跡、應力痕、熔接痕、縮痕、推桿痕、飛邊等；②塑件形狀為“U”形，成型時容易發生內縮變形；③塑件成型后需進行表面鍍鉻，在設計階段需考慮電鍍時的上掛問題。
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模流分析制定成型方案
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在UG軟件中先初步觀察塑件結構，了解塑件的大致情況和基本參數，然后將3D模型導入CAD Doctor軟件中進行圓角去除、縫隙填補等修整工作，接著再將修整好的3D模型導入Moldflow軟件中進行網格劃分、修整網格、厚度分析和材料選擇等分析前的處理操作，然后對塑件進行澆口位置、成型窗口和初步的填充分析，結果如圖2所示。
圖2 塑件成型窗口-最大壓力降
由Moldflow分析結果可知，單點進料可以滿足塑件的注射要求，為了保證塑件的成型質量，采用熱流道轉普通流道的形式。
從塑件的分型線來看，型腔區域都是外觀面，不允許有澆口痕跡，無法采用點澆口，而塑件周邊結構的原因導致無法放置側澆口。
考慮到注射后電鍍的上掛問題及塑件“U”形形狀可能導致內縮變形，在塑件“U”形的開口處增加了一段輔助流道，一是為了撐住塑件“U”形開口減少內縮變形；二是為了電鍍時有上掛的位置，同時塑件末端存在尖角，電鍍時容易引起電流增加，造成“燒鉻”或“堆鍍”等現象，可增加兩段細長的流道以平衡電流；三是將填充末端移到了輔助流道上，便于排氣。
最后通過分析塑件的分型線、外觀要求、塑件結構、電鍍上掛等需求與Moldflow軟件分析的結果進行綜合考慮，制定成型方案如下：進料方式為熱流道轉普通流道單點進料，采用潛伏式澆口，流道截面形狀采用“U”形，如圖3所示。
圖3 成型方案
成型方案確定后，為降低塑件在成型過程中產生明顯缺陷的風險，減少試模修模次數，提高模具生產效率，再次通過Moldflow軟件對塑件成型過程進行更全面的分析，包括填充、壓力、體積收縮率、氣穴、模溫及變形等，大部分結果都滿足要求，其中填充時間、V/P切換時的壓力模擬結果分別如圖4和圖5所示。
圖4 填充時間
圖5 V/P切換時的壓力
圖6 傳統水路X方向變形
通過分析發現即使增加了輔助流道，塑件內縮變形依然較大，如圖6所示。
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模具結構設計
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1 成型系統設計
塑件外觀面無特殊結構，成型后不會留在型腔內，為了提高模具制造效率和修模效率，動、定模都采用了鑲拼結構。由于塑件后續有電鍍工藝，對塑件表面粗糙度要求高。塑件有3處結構無法正常脫模，需要采用輔助脫模結構，其中一處采用動模滑塊，另外2處采用斜推桿。塑件要求無困氣、黑點、填充不滿等缺陷，在定模型腔板鑲件分型面上開設多處排氣槽用于排氣。
定模型腔板鑲件材料采用加硬的S136H鋼，動模型芯鑲件材料采用1.2316鋼，滑塊和斜推桿都采用8407鋼，定模板、動模板及模架的其他板都采用P20鋼。
圖7 仿形水路
為進一步解決塑件內縮變形的問題，定模型腔鑲件采用了仿形水路，如圖7所示，仿形水路是完全仿造塑件形狀進行設計的，從水路到塑件的距離基本一致，冷卻更均勻，減少塑件因冷卻不均勻引起的變形，使定模溫控效果更佳。仿形水路無法通過傳統的加工方式制造，整塊定模型腔板鑲件采用3D打印工藝制造。
圖8 仿形水路X方向變形
在Moldflow軟件中將定模水路由之前的傳統水路改為3D打印的仿形水路再次分析之后，發現塑件內縮變形有明顯改善，如圖8所示，與圖6對比可見塑件內縮變形明顯減少。
2 冷卻系統設計
塑件的表面粗糙度與尺寸要求高，所以溫控系統必須設計合理，以保證塑件變形小和表面光潔。為節約成本，動模采用傳統深孔鉆式的冷卻水路，且動模型芯面是對應塑件的裝配面，表面要求相對定模型腔面要低一些。
（a）傳統冷卻水路
（b）3D打印仿形水路
圖9 冷卻水路排布
模具定模設計3組水路，動模設計2組水路，其中定模有一組是為防止熱流道澆口處產生“拉絲”現象而設計的熱流道冷卻水路，該組水路直徑為?6mm，其余動、定模水路直徑均為?8mm，圖9（a）所示為優化前的傳統水路，圖9（b）所示為優化后的3D打印仿形水路。
3 推出系統設計
圖10 推出系統
模具采用推桿推出的形式，如圖10所示，其中進料處的澆口凝料有較大的脫模角度，無法在此處設置圓形推桿，只能采用矩形推桿，塑件還有2處需要采用斜推桿推出。模具設置4根推板導柱，采用彈簧復位的形式，同時動模座板安裝了復位保護開關，防止撞模。
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模具結構
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模具最大外形尺寸（除去熱流道接線盒）為400mm×450mm×415mm，屬于中型注射模，模具結構如圖11所示。
圖11 模具結構
1.動模座板 2.螺釘 3.墊塊 4.彈簧 5.導套 6.導柱 7.復位桿 8.平衡塊 9.定模板 10.定模座板 11.熱噴嘴 12.定位圈 13.螺釘 14.型腔板鑲件 15.定位塊 16.型芯鑲件 17.動模板 18.螺釘 19.限位螺釘 20.拉料桿 21.推板導柱 22.擋塵板 23.滑塊座 24.耐磨塊 25.熱流道接線盒 26.楔緊塊 27.斜導柱 28.滑塊 29.螺釘 30.限位釘 31.推桿固定板 32.斜頂座 33.推板 34.推桿 35.螺釘 36.支撐塊 37.計數器 38.斜推桿 39.澆口鑲件 40.鎖模塊
模具澆注系統采用熱流道轉普通流道潛伏式澆口單點進料的方式，確保塑件的成型質量及后續的功能性達標，同時為了減小塑件結構引起的內縮變形，定模冷卻系統采用了3D打印仿形水路，冷卻效果更佳，塑件變形小，達到了客戶要求，推出系統采用了推桿推出的形式。
該設計方案可為同類塑件因冷卻不均引起變形太大的設計案例提供參考，在確保生產成本的基礎上可以考慮動、定模都采用3D打印仿形水路的方式，冷卻效果更好
圖1所示為某車型左前門內飾板，此門板采用一體式結構，裝飾板和喇叭網罩集成在門板內飾板上，其中喇叭網罩為蜂窩狀設計。該門板內飾板材料為PP-T20，外形尺寸為885mm×718mm×122mm，主體壁厚為2.2mm，質量為1780g。
車門內飾板設計要點如下：①車門內飾板為重要的外觀皮紋件，外觀面不允許出現熔接線、流痕、縮印等缺陷；②車門內飾板為顧客高頻接觸部位，制品外觀分型線要求不可見且觸摸光順，特別是上裝飾板區域和雜物盒區域的分型線存在外露，這兩處分型線不允許出現段差及飛邊；③車門內飾板直接裝配在鈑金上，與鈑金件不能存在裝配間隙，要求注射成型后的制品變形在裝車可控制的范圍內。
圖2所示為前門水切支架，該制品為非外觀件，焊接安裝在前門內飾板的裝飾區域，材料為PP-T20，外形尺寸為740mm×58mm×45mm，質量為165g。
2.1 模具排位設計
為了提升門板的生產效率，結合前門板的結構及尺寸特點，將左前門內飾板、左前門水切支架、右前門內飾板、右前門水切支架設計在1副模具上成型，模具采用“1+1+1+1”的布局，如圖3所示。
2.2 模具澆注系統設計
2.2.1 澆口數量及澆口位置確定
由于前門內飾板尺寸較大且存在喇叭網罩結構，不易填充，需設計多點進料，經Moldflow優化分析，決定單個前門內飾板采用10點針閥式進料方案，左/右水切支架共用2點針閥式熱流道，進料點位置布局如圖4所示。
其中點1、2、3、4、5、6、7、8、10采用側澆口，澆口尺寸為15mm×1.2mm；點9位于車門的開門側，采用牛角潛伏式澆口，澆口尺寸為6mm×1mm；點11、12采用側澆口，澆口尺寸為20mm×1.2mm。熱流道內徑為φ22mm，閥針直徑為φ8mm，熱流道澆口直徑為φ6mm。
經Moldflow多次優化分析，最終確定單個前門內飾板的熱流道順序閥開啟順序為：點1→點2/3/4→點5/6→點7/8/9→點10，左/右前門水切支架的熱流道順序閥開啟順序為點11→點12。其中，點1與點11同時開啟。
Moldflow熔接線分析結果如圖5所示，熔接線都位于非外觀區域，原因是該區域安裝孔較多。外觀區域整體填充良好，滿足設計要求。
Moldflow制品變形分析結果如圖6所示，制品X、Y、Z方向的變形量較小，主要為收縮變形，整體變形較為均勻，滿足制品設計要求。
2.2.2 熱流道順序閥設計
熱流道順序閥設計如圖7所示，根據Moldflow的分析結果，模具采用22點熱流道順序閥設計。
2.3 模具主要機構
模具主要機構包括上裝飾板區域鑲件結構、雜物盒區域鑲件結構、門板喇叭網罩彈頂機構、斜推等機構，如圖8所示。
2.3.1 大鑲件結構
由于門飾板為顧客高頻接觸的制品，而上裝飾板區域和雜物盒區域的分型線存在外露，用手可觸摸，為保證這2個區域的分型線質量，在模具上分別設計了鑲件結構，如圖9（a）所示。
為確保分型線的質量，提高鑲件的配合精度，上裝飾板鑲件和雜物盒鑲件上都設計定位凸臺，如圖9（b）所示。該定位凸臺主要有2個作用：①模具在裝配的過程中，鑲件通過定位凸臺反鎖在模具型腔板上，以此修配分型線段差；②在注射過程中，鑲件通過定位凸臺互鎖在模具型腔內，避免因注射壓力過大而導致模具零件錯位變形，提升分型線質量。另外，2個鑲件都設計了冷卻水路，在注射時對鑲件進行冷卻。
2.3.2喇叭網罩彈頂機構
為保證門板喇叭網罩網孔順利脫模，設計了彈頂機構，包括臺階推桿、彈頂推桿固定板、彈頂推板、彈頂推板導柱、支撐柱、彈頂底板、彈頂底板導柱、彈簧、彈頂托板等，如圖10所示。
其中，臺階推桿安裝在彈頂推桿固定板和彈頂推板之間，彈頂推桿固定板和彈頂推板之間通過螺釘固定；彈頂推板導柱穿過彈頂推桿固定板和彈頂推板，彈頂推板導柱固定在模具型芯上；支撐柱的兩端頭分別通過螺釘固定在彈頂推板和彈頂底板上，彈頂底板導柱穿過彈頂托板和彈頂底板，彈頂底板導柱通過螺釘固定在彈頂托板上；彈簧穿過彈頂底板導柱，安裝在彈頂托板和彈頂底板之間，彈簧初始狀態處于預壓狀態；彈頂托板則通過螺釘固定在模具動模座板上。
彈頂機構的運動原理如圖11所示，在制品推出過程中，推板向上運動，處于預壓狀態的彈簧驅動整個彈頂機構隨推板向上運動，當制品推出15mm時，彈頂推桿固定板接觸模具型芯，彈頂機構運動結束，其他機構在推板的驅動下繼續運動。在模具復位時，當推板向下運動到距離復位結束還有15mm時，推板與彈頂底板接觸，推板壓迫彈頂機構隨其向下運動，直到推板復位結束。在彈頂機構隨推板復位的過程中，彈頂機構的彈簧被壓縮，為下一次驅動彈頂機構運動而儲存能量。
2.3.3 斜推機構
前門內飾板背面的卡扣安裝座等倒扣結構由斜推機構成型，如圖12所示。
2.4冷卻系統設計
在注射成型過程中，模具溫度直接影響制品的成型質量（變形、尺寸精度、力學性能和表面質量）和生產效率，需要根據材料性能與成型工藝的要求設計溫度調節系統。為避免制品冷卻不均勻而導致翹曲變形，門板模具型腔板、型芯水路具有以下設計特點。
（1）根據門板的造型特點，采用“水路+水井”的冷卻水路布局。沿制品形狀盡量設計隨形水路，針對冷卻不充足的區域，再設計水井或斜水井輔助冷卻，模具型腔板、型芯的冷卻水路設計如圖13所示。
（2）水路直徑設計為φ15mm，水井直徑設計為φ24mm，以保證足夠的傳熱面積。
（3）喇叭網罩區域型腔板、型芯采用獨立的水路設計，通熱水以保證喇叭網孔的填充。
（4）模具采用集中供水方式，設計集水塊與注塑機連接。
（5）型腔板、型芯溫度采用模溫機獨立控制。
▍原文作者:石波1，李昌雪2，
▍作者單位：1.上汽通用五菱汽車股份有限公司 技術中心；2.廣西機電職業技術學院