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，發一些關於這方面資料給您。
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最佳化，採用Moldflow等CAE軟體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，然後透過調節進料方式、更改塑件結構或採用3D列印等新興製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，採用1模1腔結構成型，收縮率根據塑件尺寸、壁厚及材料物理效能推薦設定為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、推杆痕、飛邊等；②塑件形狀為“U”形，成型時容易發生內縮變形；③塑件成型後需進行表面鍍鉻，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軟體中先初步觀察塑件結構，瞭解塑件的大致情況和基本引數，然後將3D模型匯入CAD Doctor軟體中進行圓角去除、縫隙填補等修整工作，接著再將修整好的3D模型匯入Moldflow軟體中進行網格劃分、修整網格、厚度分析和材料選擇等分析前的處理操作，然後對塑件進行澆口位置、成型視窗和初步的填充分析，結果如圖2所示。
圖2 塑件成型視窗-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，採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，無法採用點澆口，而塑件周邊結構的原因導致無法放置側澆口。
考慮到注射後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，便於排氣。
最後透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軟體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，採用潛伏式澆口，流道截面形狀採用“U”形，如圖3所示。
圖3 成型方案
成型方案確定後，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，再次透過Moldflow軟體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
透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，成型後不會留在型腔內，為了提高模具製造效率和修模效率，動、定模都採用了鑲拼結構。由於塑件後續有電鍍工藝，對塑件表面粗糙度要求高。塑件有3處結構無法正常脫模，需要採用輔助脫模結構，其中一處採用動模滑塊，另外2處採用斜推杆。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於排氣。
定模型腔板鑲件材料採用加硬的S136H鋼，動模型芯鑲件材料採用1。2316鋼，滑塊和斜推杆都採用8407鋼，定模板、動模板及模架的其他板都採用P20鋼。
圖7 仿形水路
為進一步解決塑件內縮變形的問題，定模型腔鑲件採用了仿形水路，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。仿形水路無法透過傳統的加工方式製造，整塊定模型腔板鑲件採用3D列印工藝製造。
圖8 仿形水路X方向變形
在Moldflow軟體中將定模水路由之前的傳統水路改為3D列印的仿形水路再次分析之後，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，動模採用傳統深孔鑽式的冷卻水路，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列印仿形水路
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ϕ6mm，其餘動、定模水路直徑均為ϕ8mm，圖9（a）所示為最佳化前的傳統水路，圖9（b）所示為最佳化後的3D列印仿形水路。
3 推出系統設計
圖10 推出系統
模具採用推杆推出的形式，如圖10所示，其中進料處的澆口凝料有較大的脫模角度，無法在此處設定圓形推杆，只能採用矩形推杆，塑件還有2處需要採用斜推杆推出。模具設定4根推板導柱，採用彈簧復位的形式，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，屬於中型注射模，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。復位杆 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。拉料杆 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。推杆固定板 32。斜頂座 33。推板 34。推杆 35。螺釘 36。支撐塊 37。計數器 38。斜推杆 39。澆口鑲件 40。鎖模組
模具澆注系統採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後續的功能性達標，同時為了減小塑件結構引起的內縮變形，定模冷卻系統採用了3D列印仿形水路，冷卻效果更佳，塑件變形小，達到了客戶要求，推出系統採用了推杆推出的形式。
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、定模都採用3D列印仿形水路的方式，冷卻效果更好