10.16638/jki.1671-7988.2018.21.055
王秀梅1，邹栋坡1，翟豪瑞2，吴海东1竹子为什么长的那么快
（1.常州机电职业技术学院车辆工程（轨道交通）学院，江苏常州213164；
2.盐城工学院汽车工程学院，江苏盐城224051）
摘要：选取蔚来汽车ES8中控台为设计对象，采取热流道浇注系统方案设计。该产品的材料为PP+20%CF，产品结构复杂、体积较大，成型工艺很难控制。为了验证热流道系统和冷却系统的合理性，在开发模具之前运用Moldex3D 模流分析软件进行仿真分析，最终试模验证模流分析的准确性。为工艺参数的调试和采用预变形原理修模、试模提供了可靠的理论依据。 关键词：碳纤增强；Moldex3D；热流道；冷却水路；翘曲变形
中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)21-162-03
Design of Hot Runner and Cooling Waterway Based on Moldex3D Automobile Center Wang Xiumei1, Zou Dongpo1, Zhai Haorui2, Wu Haidong1
(1. Vehicle engineering (rail transit) college, Changzhou V ocational Institute of Mechatronic Technology, Jiangsu Changzhou 213164; 2.School of Automotive Engineering, Yancheng Institute of Technology, Jiangsu Yancheng 224051）
Abstract:The design object of the ES8 central control platform of wei lai automobile was selected, and the design of hot runner pouring system was adopted. Due to the special materials, complicated structure and large size, Moldex3D model flow analysis software was used for simulation analysis before the mold design, and the accuracy of the mold flow analysis was verified. It provides a reliable theoretical basis for the debugging of process parameters and the predeformation principle. Keywords: Carbon fiber reinforced; Moldex3D; Hot runner; Cooling waterway; Warpage deformation
CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)21-162-03
前言
热塑性复合材料以及其优秀性能广泛应用在汽车、航空航天、机械、电子等领域。为新产品的开发提
供各种可能。主要在材料中增加不同百分比的玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等一切可能的纤维品种，，增强其机械强度，该工程材料具有密度小、强度高、可塑性强、成型加工率高等特点[1-3]。
在汽车行业，碳纤维及其复合材料发挥着越来越重要的作用，从车身到发动机，碳纤维正在逐步取代金属材料，极大地提高了汽车的性能[4]。其中采用玻纤增强材料极大的提高了汽车注塑件的强度寸稳定性，但纤维配向通常是引起塑件翘曲变形的主要原因[5-6]。Moldex3D先进的三维BLM网格划分技术，为CAE模流分析提供了精准的前处理，可以实现熔体成型过程的动态仿真分析，为优化模具和塑件设计、优化成型工艺方案提供依据[7-8]。
1 数值理论
本文提出了一种真实的三维数值方法，用于模拟热流道系统的性能。使用Moldex3D建立CAE模型。涉及在热流道部件表面上具有边界/初始条件的三维，循环瞬态热传导问题。整个传热现象由三维泊松方程控制[9]。
作者简介：王秀梅，就职于常州机电职业技术学院车辆工程（轨道交通）学院。
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王秀梅 等：基于Moldex3D 汽车中控台热流道及冷却水路的设计
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（1）
其中T 温度，t 是时间，x 、y 、z 是笛卡尔坐标，ρ是密度，C p 是比热，k 是热导率，q 是来自加热线圈的热源。这里忽略热辐射的影响。在模具边界表面和界面上定义的条件如下，其中n 是模具边界的法线方向，h 是传热系数 模架的外表面是空气温度。
（2）
新冠疫苗生产临时性应急标准出台
（3）
观众中来（4）
其中h air 换热系数受系统的经验努塞尔数和瑞利数的支配。
2 模型特点及模流分析
2.1 中控台模型分析
汽车中控台是用来操控挂换挡，放置茶杯等物件的一个结构，它位于汽车驾驶室正中位置，也叫中央通道。本实例为新能源汽车品牌蔚来汽车新开发车型ES8中控台，该产品属于豪华车范畴，故厂商对零件表面要求较高：①需要做虎皮纹，不允许有推杆痕迹，也不允许有浇口痕迹，更不能有收缩凹痕、熔接痕和飞边缺陷，模具必须采用倒装模结构。②尺寸较大，形状复杂，加强筋多，模具采用热流道浇注系统，既可以改善熔体填充，又可以提高塑件的成型质量。图1为产品模型厚度分析，模型尺寸、充填体积等统计见表1。
图1 产品模型壁厚分析 表1 模型特点分析
2.2 模流分析方案设计
根据产品机构设计和塑性特点，本实例材料采用PP （聚丙烯），添加20%CF （碳纤维）。该材料流
动性好、冷却速度快、易成型、结构稳定，主要采用热流道系统注塑大型汽车塑料件，如保险杠、仪表盘、中控台等。但是快收缩范围及
收缩值大，易发生缩孔、凹痕、变形等缺陷。
该材料熔体密度0.8123 g/cm 3，固体密度1.0154 g/cm 3；模温范围20-60℃；熔体温度范围220-280℃，推荐顶出温度116℃，最大剪切速率100000 1/s 。材料属性中的黏度曲线和PVT 特性曲线如图2(a)、(b)所示。
(a) 材料黏度曲线 (b) 材料PVT 特性曲线
图2 材料属性
用Moldex3D 进行模流分析确定热流道系统，初步采用四个浇口时序控制阀控制，①号阀针分流道外径尺寸为16mm ，其余三个阀针分流道外径尺寸为22mm ，PIN 针阀直径为10mm ，喷嘴外径尺寸为24mm ，内径尺寸为18mm ，浇口直径尺寸为7mm 。具体分布如图3所示。
图3 热流道浇注系统设计方案
冷却系统的设计分为定模部分和动模部分，如图4(a)、(b)所示。定模部分共有4组水路，水路管道尺
寸为15mm ，水井尺寸为24mm ，特殊位置处的水路如右图右图所示有一支导热棒。动模部分含四围滑块5组共有8组水路，水路管道尺寸为15mm ，水井尺寸为24mm ，无特殊位置处的水路。
(a) 定模水路设计 (b)动模水路设计
蕲州在线图4 冷却系统设计
2.3 Moldex3D 分析结果
高质量网格是使产品获得精准模流分析结果的首要前提。根据 2.2中热流道系统和冷却系统的设计思路，在Moldex3D R15.0 Designer 软件进行有限元分析网格的划分，BLM 网格技术迅速有效的划分边界层实体网格模型。
充填时间控制在3s 以内，保压时间设定10s ，冷却时间15s ，上下模温设定为50℃，熔体温度设定为240℃，当充填体积的97%进行V/P （注射速度/注射压力）切换，四个热流道针阀同时开启。
汽车实用技术
164注射压力和锁模力曲线如图5(a)、(b)所示，最大注塑压
力为80Mpa，充填阶段最大锁模力为1383.7 Ton，满足设计要求。
(a)注射压力(b)锁模力
图5 压力曲线
经计算最大剪切发生在Gate 1-3处，是13832.4 1/s未超过材料极限。水路冷却液温度在25-27℃，出入口温差控制在2℃以内[9]，满足设计要求。剪切速率和冷却液温度分布如图6所示。
图6 剪切速率和冷却液温度
各个方向翘曲变形位移量如图7所示，从分析结果可以看出X方向翘曲变形范围为-3.332-3.491mm，Y方向翘曲变形范围为-1.529-1.178mm，Z方向翘曲变形范围为-2.136- 1.902mm，总方向翘曲变形范围为0.082-3.781mm。总体分析各个方向翘曲位移量较大，这是与模型体积、结构特点、材料选取、成型参数有较大关系。
(a)X方向(b)Y方向
(c)Z方向(d)总方向
图7 各方向翘曲位移量
3 试模分析
经过试模验证，如图8所示，水路设计和浇注系统设计总体方案可行，产品表面没有明显熔接痕和气泡产生，但模型边角处翘曲变形量在2.5mm以上，与模流分析结果相吻合。因为注塑工艺参数是影响产品质量的重要因素之一，在原始方案中多采用默认的工艺参数，但未必是最佳方案。
图8 试模分析
4 结论因变量
借助Moldex3D模流分析软件对汽车中控台碳纤维增强注塑件进行分析，成功指导了实际模具设计和生产，减少了塑料件注塑试模次数，缩短了模具开发周期和降低成本。具体总结如下：
1）Moldex3D软件BLM三维网格准确的模拟了碳纤维注塑件的热流道模具注塑过程。
2）实际试模验证和模流分析结合对比结果相吻合，说明CAE分析有助于产品的开发和模具设计。
参考文献
[1] 何建明，王选伦，李又兵，等.长玻纤增强聚丙烯复合材料力学性能
的研究[J].橡塑技术与装备,2014, 40(24):29-31.
酚醛树脂[2] 代少俊.高性能纤维复合材料[M].上海：华东理工大学出版社,
2013.
[3] 沈尔明，王志宏，滕佰秋，等.连续纤维增强复合材料在民用航空发
动机上的应用[J].航空发动机2013,39(2):90-94.
[4] 张方超，杨建忠，乔卉，等.碳纤维及其复合材料在汽车行业的应用
及展望[J].合成纤维,2013,42(6):26-29.
[5] 秦升学，郭笑笑，蒋少松，等.连续玻纤/PE增强复合带弹性参数计算
方法[J].材料科学与工艺,2016,24(3):40-44.
[6] 张继祥，殷筱依，刘凤芝，等.纤维增强薄壁塑件翘曲变形分析[J].重
庆交通大学学报(自然科学版),2016,35(4):173-178.
[7] 翟豪瑞，葛晓宏，陈长秀，等.基于Moldex3D 碳罐本体优化分析及
模具设计[J].模具工业,2018,44(1):40-45.
[8] 翟豪瑞，王小松，熊新，等.用Moldex3D对副仪表盘热流道浇口时序
的优化[J]. 现代塑料加工应用,2017,29(6):54-56.
[9] Tzu-Chau Chen,Chao-Tsai Huang,Yan-Chen Chiu,etc.Material Sav
-ing and Product Quality Improvement with the Visualization of Hot Runner Design in Injection Molding[J].international journal of preci -sion engineering and manufacturing,2013,14(6):1109-1112.
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