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HyperMesh与moldflow联合仿真在解决轿车仪表板翘曲收缩上的应用% b h5 L) L5 g& X# o/ r
随着中国汽车工业的快速发展,中国已进入汽车消费时代。汽车工业的竞争也在加剧,迫使企业要不断地降低成本、提高产品质量、缩短新车型的研发和上市时间。在轿车领域,车用塑料件的使用越来越广泛,如保险杠、仪表板、门板等内饰和外饰产品。传统的模具设计方法已无法适应产品的更新换代和提高质量的要求。计算机辅助工程(CAE)技术日益成为解决塑料产品开发、模具设计中的薄弱环节的有效途径。 3 _) _- l& ^# h- e" v7 T+ b
8 `5 [' J" C& n/ q1 I仪表板是轿车内饰产品中最重要的组成部分,它不仅起到内部装饰的作用,而且是驾驶、娱乐、安全设备的重要载体。轿车仪表板由于结构复杂、局部区域厚度分布不均匀,在注塑过程中易产生翘曲和收缩等问题。MoldFlow 中面网格模型在模拟流动、冷却、翘曲上具有精度高、计算时间短的优点,但建立复杂产品的中面模型的建模能力有限,比较耗时耗力,因此采用了HyperMesh 与MoldFlow 联合仿真技术,利用HyperMesh 强大的几何处理和网格生成技术,快速提出复杂模型的中面,并产生网格指标优良的有限元模型。
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g7 O! K+ V; M8 q8 F# ^2 仪表板几何处理
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轿车仪表板有如下特点:A 面光顺,但在B 面上有很多特征,如起加强作用的加强筋,起连接作用的卡扣和焊接柱,这些特征的存在大大增加了抽取中面的难度和工作量,HyperMesh 具有强大的中面生成能力,从CAD 模型中生成较高质量的中面模型,再辅以offset、trim 等功能对局部细节进行修补,即可完成中面模型。图1 为仪表板CAD 模型,图2 为修补完成的中面模型。 8 `0 Y+ w* I# \* T( T" c- Q+ T
对于中面模型,要精确模拟塑料的流动,要在某一特征尺寸变化处分厚度,以反映厚度变化对模流分析的影响,在本文中,每隔一很小值分一个厚度。图3 为仪表板局部区域,蓝色区域比其他区域厚,因此在其连接处分两个厚度,使其均匀过渡。不同厚度值的特征放在不同的component 中,对于复杂模型便于查看和管理,有利于后续的网格生成。
# b" J3 k( d& e8 p- T1 u6 N3 有限元网格生成
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在模流分析中,冷却和翘曲分析对三角形网格质量要求很高,一个厚度至少要多排单元,aspect ratio 的平均值和最大值都有一定的规范值。HyperMesh 能够生成高质量的R-trias 三角形网格,如图4 和图5 所示,加强筋高度与长度相比尺寸很小,蓝色区域的过渡处分了两个厚度,HyperMesh 仍能一次生成符合指标要求的多排网格,大大减少了网格调整的工作。利用smooth、cleanup、equivalence 等网格自动优化功能,大大提高了网格工作的效率和网格质量。
. Z2 U& @& d+ Y图4 加强筋处网格 8 y" b; w) x$ t7 R. s% \& ^" \
4 MoldFlow 模流分析
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1 K# M3 @- Z) @% [将生成的网格导入MoldFlow 中,进行模流分析建模。建立热流道和冷流道,采用三个进料口;建立冷却系统,采用8 条水路,进行冷却、流动和翘曲分析,如图6 所示。对于仪表板模具来说,各方面工艺参数需严格控制,否则会引起填充不均衡、冷却不均匀、变形及残余应力大等缺陷。图7 为保压结束后仪表板气囊盖板附件的温度分布,很明显,此处由于较厚,积聚较多热量,如在冷却过程中此处不加强冷却,会出现较大缩痕。图8为冷却结束后得到的翘曲结果,仪表板长度和宽度方向都有很大翘曲,无法满足装配需要。 " ^& j6 o6 O3 @' N, ?
很显然,此流动方案虽然合理,但冷却方案有问题,需进行改进。在热量聚集区处增加水井,加强冷却效果,如图9 所示。对比发现,此方案冷却效果较好,制品表面温度分布较均匀,温差下降70%,最大翘曲变形量控制在合理范围内,缩痕也大大减小。 + |9 \) ]! e5 [* H2 a6 n* c$ ~
5 结论 ( A# b# o: J' j4 k
3 x" s0 H" z% B( }( a* p7 C; ?采用HyperMesh 与MoldFlow 联合仿真,利用HyperMesh 强大的几何处理和网格生成技术,快速产生网格指标优良的模型。在MoldFlow 中对冷却方案进行优化,基本解决了仪表板的翘曲和收缩问题,避免了重新开模带来的成本和时间上的损失。 |
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