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CAE/模拟仿真 |
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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 |
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摘要：MoldFlow在建立复杂产品的中面模型的建模能力有限，比较耗时耗力，因此本文采用了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。
1 概述
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。
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。
2 仪表板几何处理
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。
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。
图 3 气囊盖板处厚度分布
3 有限元网格生成
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。
4 MoldFlow模流分析
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。
图 6 流道与水路分布
图7 温度分布
图 8 冷却结束后翘曲分析
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。
图 9 冷却改进方案
5 结论
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。(end)
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(6/8/2012) |
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