新能源汽车PDCPD 材料后尾箱盖成型模具结构设计

背景

现阶段新能源汽车覆盖件大多为钣金件，本课题的目的是替换掉传统的钣金覆盖件，减轻新能源汽车的重量。为保证PDCPD 引擎盖的质量和性能，在完成模具结构设计后，对模具进行数值模拟分析。先对引擎盖进行充模分析，设置好PDCPD 成型的各项工艺参数，分析PDCPD 液体在型腔内的流动方向，看在PDCPD 注射成型的过程中有无接缝和气泡等缺陷，根据缺陷出现的位置及时调整模具的结构和产品形状，确保注射产品的质量。除此之外对冷却/ 加热水道也进行模拟分析，确认水道是否可靠，能否带走模具成型时产生的热量。让模具结构、模具温度等各项参数都能满足PDCPD 材料成型的各项工艺参数，使产品质量满足要求。

DCPD-RIM 充模过程模拟

根据实际材料性能通过数值模拟仿真注射成型的整个过程，仿真A+B 液体组料在模具里流动、固化、冷却、脱模的过程。比如，填充阶段，可以看到A+B 液体组料是怎么流动的，流动速度，压力分布的等情况；冷却阶段，通过模拟能知道产品冷却时的温度变化和收缩情况；脱模阶段，模拟预测产品变形情况，应力大小情况； 模拟完之后，数值模拟提供结果数据，比如应力图、温度图、变形图等，通过数据分析注射成型过程中的各种情况。可以根据模拟的结果，来调整产品设计、模具设计和工艺参数，提高产品质量和生产效率。

2. 模拟分析结果

本次模拟对象为尺寸1617mm*1175mm*12mm 的引擎盖，厚度为3 毫米，根据PDCPD 材料的特性，在软件里面设置相应的材料参数，如弹性模量、泊松比、屈服强度等。PDCPD 材料的低粘度（300 cp）和高流动特性使其容易充满复杂零件的模具腔。 通过软件的模拟分析，可以优化模具设计结构和注射参数，以确保材料在模具中的均匀流动和填充。根据已知条件，设定料温23°，定模具温度60 度，注射时间30 秒，固化时间为5分钟。

从模拟结果可以看出，充填过程缓慢而平稳，因为引擎盖的厚度小，仅为3 毫米，PDCPD 材料液体前进受到阻力较大，从注射口逐渐缓慢的注入，并逐渐填充到整个模具型腔。从各个时间点的型腔充填范围可以看出，PDCPD 材料是以注射口为中心逐渐向外扩散的，对比0 秒，5 秒，10 秒，15 秒，20 秒和26.5 秒型腔填充的状态，20 秒时填充产品型腔弯曲的部分，PDCPD 材料在型腔的各个位置流速不再均匀，此时最容易因为不同流速液体碰撞产生接缝缺陷的风险，不同流速的液体之间还容易产生困气现象，形成气泡。通过对比型腔对称位置的填充状态发现，由于注射点就在产品的中心线上，对称位置填充速度几乎一致，整体填充过程较为平稳。

在PDCPD 的充填工艺中，压力是推动材料在模具中流动的动力。适当的压力可以确保材料迅速且均匀地充满模具，从而缩短充模时间。过高的压力可能导致制件变形、披锋等问题，而过低的压力则可能导致充填不满或产生气泡等缺陷。从以上分布可以看出充模结束后压力仅注射口位置有些高，且在0.3 兆帕以内，从而确定锁模力在0.3 兆帕。其余边缘位置，型腔已充满且压力较低，避免了披锋，飞边的出现。

PDCPD（聚双环戊二烯）产品充填结束后的冷却时间是一个至关重要的工艺参数，它直接关系到产品的尺寸稳定性、外观质量、物理性能以及生产效率。冷却时间不足会导致产品内部的物料未能充分凝固，脱模后产品会继续收缩，导致尺寸不稳定。冷却不均匀可能导致产品表面出现缩痕、流痕等缺陷，影响产品的外观光洁度。合理的冷却时间有助于塑料分子在模具表面排列更加规整，从而提高产品的表面光泽度。本次设计的产品虽然曲面较多，但是整体结构呈显流线型，结构比较简单。从图上可以看出该产品的冷却时间分布落差较大，冷却时间不同，为了保证产品的尺寸，确保引擎盖产品取出后，不会因为冷却不均匀出现尺寸收缩的现象，我们需要等模具产品完全冷却后再将产品取出，利用模具型腔固定好引擎盖，确保引擎盖产品与模具型腔保持一致，杜绝产品出现形变等缺陷。

3 填充缺陷研究

PDCPD（聚双环戊二烯）材料引擎盖在注射过程中可能会遇到一些缺陷，这些缺陷的产生与多种因素有关，包括材料特性、模具设计、注射工艺参数等。以下是对这次PDCPD 材料引擎盖注射缺陷的详细研究：

接缝就是液体流动分支后合流部分产生的接合细线。 原因是因为流动分支后合流，温度降低、压力下降，物料难以完全融合。由于本次产品外表为曲面，整体光滑，溶体流动无分支合流产生的接缝缺陷。

气泡行成的原因有很多，原料中可能含有水分或挥发性物质，这些物质在注射过程中受热蒸发，形成气泡。模具型腔设计不合理，如壁厚不均匀、转角过多等，也可能导致气泡产生，原料混合不均或比例失调也可能导致气泡产生。从上图看到气泡产生的位置是由模具排气不良或排气孔道不足，导致气体无法顺利排出，形成气泡。 可以通过改善模具的排气系统，增加排气孔道，确保气体能够顺利排出。

4 流道散热模拟

在PDCPD 材料的加工和应用过程中，流道的散热性能对产品质量和生产效率具有重要影响。通过散热模拟，可以预测流道在不同工况下的温度分布和热传导情况，从而优化散热设计，确保材料在注塑成型过程中不会因为过热而产生缺陷或降低性能。

由于本次研究的对象引擎盖是一个扁平形状，为了加工方便和节约生产成本，本次采用平流道进行散热。已知模具为60°，所以设定流道入水口的温度也为为60°，以下是对流道散热的模拟结果。从图上可以看出出水口的温度比入水口增加了3.1 度，该系统有效，可以达到散热目的，注射完成后，通入冷却水，让产品引擎盖在固化的过程中缓慢冷却，避免因温度过高出现的外观不良等缺陷。

5 结果

通过数值模拟仿真填充阶段、冷却阶段、脱模阶段、流道散热模拟，预测产品变形情况，应力大小情况，温度传递情况； 调整产品设计、模具设计和工艺参数，提高产品质量和生产效率。

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项目来源：重庆市教委科学技术研究计划项目，

项目名称：基于新材料PDCPD 在新能源汽车轻量化上的开发与应用

项目编号：KJQN20230370