Moldflow在改善汽车轮罩熔接线质量中的应用 - 技术创新

Moldflow在改善汽车轮罩熔接线质量中的应用

发布时间: 2019.10,16 发布人：四川模协

常见的注射成型制品由于高分子材料的非牛顿流体特殊性有着较多的缺陷，如熔接线、放射纹、缩痕、太阳斑、冷料、裹气、缩孔等，这些注射缺陷不同程度地影响制品的外观质量和力学强度。

如今汽车行业蓬勃发展，人们对汽车的外观要求越来越高，注射成型缺陷直接影响着汽车的档次和人们对汽车审美的要求。如何避免这些缺陷成为塑料注射行业讨论的热点，特别是汽车更新换代快，零件开发周期短，零件结构复杂，如何高效精准找到注射缺陷解决方案是汽车零部件配套厂商关心的问题。

现以熔接线缺陷为例，阐述如何应用Moldflow技术解决熔接线问题。通常采取以下方式来改善熔接线外观和力学性能。

（1）调整注射工艺。提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等。

（2）在熔接线位置增设排气槽或排气推杆。

（3）在熔接痕的产生处设置工艺溢料井，成型后再去除。

（4）顺序注射成型。它是在传统的热流道模具基础上，在每个浇口处设置1个可以独立控制的可开闭的阀门，如图1所示。采用顺序浇注成型时，首先打开其中的1个阀浇口，向型腔内注入熔体，继而向两侧分流，过一段时间再打开下一个阀浇口。随着阀浇口不同的开闭时间，熔接线便会控制在不同的位置。

图1 顺序注射成型系统

问题的提出

图2 汽车轮罩装饰件

图2为某车型的轮罩装饰件。其塑料基材为PP+30%TD，为了给其增加金属质感，注射成型后需喷涂银粉漆。在首次试模时发现塑件在大孔位置有熔接线，且手感有鼓包，喷漆后熔接线更加明显。通过调整注射成型工艺参数、模具排气槽、溢料槽等方式试图改善塑件的熔接线外观质量，但熔接线问题几乎无改善，塑件喷漆后熔接线仍然较为明显，且该处强度较差，稍用力即会开裂。试验表明，熔接线的存在明显削弱了塑件的强度。针对所选用的PP材料进行测试发现，熔接线的存在使塑件拉伸强度降低了6.7%～17.9%。

熔接线缺陷的理论分析

对于塑件，熔接线是常见的注射缺陷，它是由于来自不同方向的塑料熔体前端部分被冷却，在结合处未能完全融合而产生的。主要是在熔体充填过程中，型腔内气体不能从分型面或排气槽迅速排出，最后在熔接线处形成困气而致使V形凹槽的锐角加大，形成应力集中，影响外观和强度。而对于汽车装饰件，主要影响外观，特别是涂装、电镀工艺后，该缺陷可以被放大，更加明显。严重时，对制品强度产生影响，尤其在矿物增强树脂时，尤为严重。

图3 熔接线和熔合线的汇合形式

一般塑件的熔接线不可完全避免，只能通过调整注射成型工艺参数、浇口位置、浇口数量来改善熔接线的外观质量和力学强度。通常根据汇合形式将其细分为以下2种：熔接线（Weldline）和熔合线（Meldline）如图3所示，当塑件有一个方孔时，熔体流过方孔后的汇合角度为θ，当θ很小时，为熔接线，当θ较大时，为熔合线，如图3所示。θ角与材料、塑件结构、浇口位置和数量有关。

通常，无经验值情况下，取临界角度为135°，当θ>135°时产生熔合线，当θ<135°时产生熔接线。在两股料流刚开始汇合时，汇合角度较小，形成熔接线，随着汇合角度增大，形成熔合线。在产品设计和浇注系统设计时，尽量让塑件的熔接线以熔合线形式汇合，以改善熔接线外观质量和力学强度。

Moldflow分析

图4 轮罩装饰件分析模型

借助Moldflow软件进行充填分析。由于塑件结构对称，切割1/6进行分析。如图4所示。分析采用Fusion网格模型，网格数量82736个，充填模式为Fill。

图5 轮罩装饰件充填时间等值线和熔接线结果

从充填时间和熔接线结果（图5）可以看出，熔体在经过大孔后，汇合角度较小，开始汇合时汇合角度约13°，后逐渐增大至32°，如图5(b)所示。通过汇合角度的分析，找到熔接线问题的原因——汇合角度过小，气体无法顺利排出而在熔接线位置出现严重鼓包。

方案优化

经过理论分析和模流分析，熔体经过大孔后的汇合角度大小直接影响了熔接线的外观质量。如何增加汇合角度将成为解决问题的关键。由于塑件结构特殊，浇口位置和数量无法更改，只能是单点浇口且从塑件中心背面进浇。只有通过改变制品的厚度分布来增大汇合角度，塑件的料厚分布如图6所示。

图6 轮罩装饰件料厚分布

从图6可以看出，塑件主料厚为2.5mm，但局部料有4.4mm和3mm。于是通过改变料厚的方式来改善料流的汇合情况。图7为优化后的料厚分布情况，可以看出，优化后的料厚除了大孔的翻边为3mm外，其余主料厚均为2.5mm。

图7 优化后的轮罩装饰件料厚分布

图8 原始数据和优化后数据充填结果对比

原始数据和优化后数据的充填结果对比如图8所示。可以看出，数据优化后汇合角度大大增加，由原来的30°左右提高到130°左右（见图9）。

图9 原始数据和优化后数据熔接线结果对比

图10 试模件

经试模验证，塑件的熔接线虽然未完全消失，但无手感鼓包，喷漆后可完全遮蔽，且该处强度得到了大大改善，一次试模成功，避免了反复修模导致的开发成本的增加和开发周期的延长。图10所示为试模件。
（来源：模具工业）

▍原文作者：徐静1，孟兵2，杨明华3

▍作者单位：1.成都航天模塑股份有限公司；2.成都航空职业技术学院

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