汽车B柱注塑成型数值模拟及模具结构改进

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汽车B柱注塑成型数值模拟及模具结构改进

王 静

北京威卡威汽车零部件股份有限公司

【中国汽车材料网】摘要：随着现代科技的不断创新与发展，越来越多的先进技术已经运用到工业制造中，尤其是汽车制造领域。众所周知在汽车的车身结构设计中有A柱，B柱和C柱有的还有D柱，这些立柱对车身起到一定的支撑作用，而与其相连接的立柱护板则是起到了吸收冲击，保护驾乘人员，装饰车辆内部的作用。汽车B柱作为汽车车身的重要零件，起到抵抗车向内弯曲的作用。根据分析，在汽车发生侧碰时，B柱中间段受到的弯矩最大，说明其刚度的分布非常重要。注塑模CAE软件能够计算出特定工艺条件下制品的较为真实的变形结果，并为注塑成型提供优化的注塑工艺参数。借助于数值化模拟分析的结果，将变形量逆向补偿到产品模型中，将为降低制品的变形提供一个新的思路。
关键词：汽车；B柱成形；模具结构

在塑料零件的注塑成型过程中，工艺参数对产品质量所发挥的作用是至关重要的，它不仅仅决定着塑料产品的表面质量，同时也决定着塑料产品的机械性能。要想提高零件的质量，一定要以优化注塑工艺参数为根本。

1 我国模具工业的发展现状
模具工业在现代的工业产品中有着举足轻重的地位，据统计有一的工业产品是使用模具加工的，模具工业已成为工业发展的支柱。模具可以加工注塑件、橡胶件、压铸件、钣金件和铸件等，是重要的生产工艺装备。尤其是汽车行业对模具的依赖最为突出。自改革开放以来，我国的工业生产得到了突飞猛进的发展，同时模具工业的发展也是非常的迅速。经济的快速发展对模具的质量和制造技术要求也越来越高，同时也为我国模具工业的发展提供强有力的推动力。
为轿车内饰件B柱下护板的模型，此产品为奇瑞汽车其中一款车的B柱下护板。（见图1、图2）
B柱下护板为轿车中的内饰件，安装在轿车的B柱处(轿车有A柱、B柱、和C柱)，A柱是汽车前挡风玻璃与前车门之间的柱子，B柱是前后车门之间的柱子，C柱是后车门和后挡风玻璃之间的柱子。轿车一般有A，B，C，三个柱子，而稍大些的MPV型车则会有D柱，其位置依次类推。

2 注塑成型过程中存在的问题
在实际注塑成型过程中出现欠注，流道不平衡等问题。为了解决这些问题经过了多次的试模、修模，浪费了大量的人力、物力、财力和时间，但仍然没有找到一个有效的解决方案。其实导致这些问题的原因主要有：其一，模具的设计问题，目前模具的设计基本上是依赖设计人员的个人经验，比如浇注系统的设计完全是根据设计者的经验而没有科学的依据，这样的设计方法肯定导致了设计过程的盲目性和无科学性。其二，在产品的注塑过程中，注塑工艺参数没有一个标准，也是根据注塑工艺人员的个人经验而来。比如注塑压力、保压压力、模具表面温度和熔体温度这些参数的确定都没有科学的依据。

图1 B柱下护板

图2 B柱下护板(背面)

3 B柱下护板模具的优化设计
3.1 模具设计前分析
1)型腔数量的确定。B柱下护板为轿车中的内饰件，安装在轿车的B柱处(轿车有A柱、B柱、和C柱)，在第一章中已经详细说明。B柱下护板的作用一方面是装饰轿车内部，另一方面也起到对安全带的固定作用。从图中也不难发现，B柱下护板在左右的B柱上都有安装，而且两个B柱下护板为镜像对称件，故在设计模具时采用一模两腔的设计形式，一模两腔的设计在前面的模拟中已经确定了。在生产注塑中一次即可成型该左右件，一模两腔的设计即提高了生产效率也节约了生产成本，但是对模具设计的技术要求却比较高。
2)脱模方向及分型面的确定。在确定型腔数量之后，再对制件进行分型面及开模方向的分析，其中开模方向在第四章的浇注系统优化分析时己经确定，即为Z向，如下图所示：

图3 B柱下护板的脱模方向

3)模架及其他部件的选用设定。模架的设计选择是整个模具设计的重要组成部分，模架为所有零部件提供了装配基础，承载了模具的各个功能系统。UG中注塑模具模架库作为CAD系统重要的部分，主要是为用户提供完整的模架，便于用户在确定设计方案之后，直接利用现有的资源快速地完成模具的设计。UG注塑模模块中标准模架的出现为模具设计和制造带来了极大的方便，其中模架库中有很多公司生产的标准模架可供选择。其中注射模标准模架按模架零件的成形式分为A型、B型、C型和D型4种基本类型按模架外形结构分为I型(工字模)，H型(直身模)和T型(直身模加面板)；按模架的水口形式分为大水口模架、细水口模架及简化型细水口模架。对于本制件选用LKM公司的注塑模标准模架，其型号为：A型一大水口系统一工字模。
4)浇注系统优化。根据最佳的浇注系统参数，在设计的模具中加工出相对应的流道系统从而优化模具的设计。对于本产品的冷却系统设计，首先分析一下B柱下护板的特点。该产品厚度方向的尺寸只有3～左右，相对于其他方向的尺寸是特别的小(模具的长宽分别为771 mm，620mm )。故在该产品的冷却过程中一般不需要冷却系统，模具自身就能起到很好的冷却作用。将模拟分析得出的最佳浇注系统，注塑模的相关设计方案应用到了实际的生产当中并制造出了注塑模，然后根据注塑机参数选用合适的注塑机，最后再根据最佳注塑工艺参数设定相应数值。从而得到了B柱下护板，且得到的B柱下护板符合质量及安装的要求。实践证明本文运用Moldflow对B柱下护板注塑成型过程模拟分析得出的一系列参数对实际的生产起到了有效的指导作用，具有非常重要的实用价值。
综上所述，在模拟变厚度 B 柱的注塑成型时，需要进一步考虑改变模具参数和工艺参数以及其修改模具形面来优化成形件的质量。对变厚汽车 B 柱成形进行试验研究，为实际生产提供基础。

参考文献：
[1]郭利娜.汽车三角窗密封件注塑成型数值模拟及模具结构改进[D].燕山大学，2015.
[2]夏元峰.变厚度汽车B柱冲压成形工艺研究及模具设计[D].哈尔滨工业大学，2013.
[3]肖正明.气体辅助注射成型数值模拟与工艺优化[D].昆明理工大学，2006.