电控驱动单元(EDU)控制器可以控制驱动力传递输出[1]。对于汽车来说，并联及混联系统有两种及以上动力来源，一个内燃机与多个电动机组合，需要动力耦合装置衔接这些源动力并输出给传动轴[2]。动力耦合装置主要构成是双离合器(C1、C2)、双电机(TM、ISG)、液压机构与两档齿轮及EDU控制器。EDU控制器通过精确控制，使得整体驱动力的拖拽损失小、响应时间短[3]。根据行驶状态，EDU控制器给出指令，使得液压机构在两组齿轮切换以同步换挡、调整速比，实现离合器灵活闭合，改变工作模式的功能[4]。这种装置保证了混合动力的平稳输出，对于汽车的节能减排、动力性能、驾驶感受和乘坐舒适性均发挥了较好的作用。而此类控制元件通常要求尺寸小、质量轻、耐高温、耐腐蚀、便于安装拆卸以及抗振动疲劳性能好等，目前基本采用塑料材料注塑成型。聚己二酰己二胺(PA66)材料具有较好的绝缘性、耐高温性，加入一定比例的玻璃纤维后，其比模量、比强度、尺寸稳定性、抗疲劳性、耐高温和耐化学腐蚀性、尺寸稳定性均得到提升。然而，玻纤增强PA66材料注塑成型容易出现收缩，导致产品脱模后存在明显的翘曲变形[5]。产品较大翘曲变形导致安装孔的轴线偏移、轴向同心度较大，使其无法正常安装或产品较大预应力，对其功能的稳定性造成不良影响[6]。因此，玻纤增强PA66注塑成型后的变形与形位公差的变化需要重点研究[7]。利用Moldflow仿真模拟软件对塑料在模具型腔中的填充、保压和翘曲过程进行计算，得到参数结果以评估产品设计、模具方案及工艺参数的可行性并提供优化指导[8]。对于工艺参数的优化，由于变量较多，如熔料温度、模腔温度、保压压力、保压时间等，相应的工艺参数组合数量庞大，很难全部进行仿真计算和对比[9]。针对优化变量多、参数组合多的问题，采用正交试验设计，能够有效减少试验数量，并快速准确地获得最优解，在塑料注塑成型工艺参数优化问题中普遍应用[10-11]。本实验以某35%玻纤增强PA66材料的EDU控制器为研究对象，采用计算机辅助工程技术、设计正交试验探究工艺参数对安装孔最大轴向同心度的影响，以获得优化的工艺参数组合。1EDU控制器结构设计图1为某EDU控制器结构。尺寸为248 mm×140 mm×106 mm，整体呈平板状。结构一端有一较大的圆柱形凹槽，用于放置驱动系统。圆柱形凹槽附近的法兰接口用于连接电子控制元件。产品周边布置六个安装孔，用于螺栓固定。六个安装孔的轴向同心度对于产品的安装和功能稳定性有较大影响，产品设计指标中设定一个阈值。而注塑成型产品的翘曲变形导致孔轴向偏心度较大，一般将其作为主要的设计指标。根据该EDU控制器实际安装测试的经验，安装孔的轴向同心度不能超过0.45 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F001图1EDU控制器结构Fig.1Structure of controller of EDU图2为该EDU控制器的厚度分布。从图2可以看出，厚度范围在1.5~5.1 mm之间，最小厚度发生在背面有凹槽的主壁面上，最大厚度发生在连接电子控制器的法兰面上。主体平面厚度为2.0 mm，加强筋厚度为3.0 mm。安装孔圆柱面及圆柱凹槽壁面厚度均为3.0 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F002图2EDU控制器厚度属性Fig.2Thickness property of controller of EDU2初始模流分析2.1网格模型根据EDU控制器的结构特征，基于Moldflow软件中自带Fusion双面网格模型对该EDU控制器进行模流分析模型构建。图3为EDU控制器Fusion双面网格模型，最大纵横比为5.37，匹配率达到90.8%，符合质量要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F003图3EDU控制器网格模型Fig.3Mesh model of controller of EDU2.2材料工艺参数依据该EDU控制器的力学性能、韧性及安装孔最大轴向同心度要求，采用滑石粉及弹性体填充的35%玻纤增强PA66材料进行注塑。表1为材料主要成型参数。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.T001表135%玻纤增强PA66材料参数Tab.1Parameters of 35% glass fiber reinforced PA66 material参数数值顶出温度205绝对最大熔料温度315熔料温度范围285~300推荐熔料温度295模腔温度范围50~95推荐模腔温度80℃℃2.3流道系统设计根据该EDU控制器的尺寸及材料流动性，建议采用单点进胶。图4为最佳浇口位置分析。从图4可以看出，从产品中部到产品边缘流动阻力逐渐增大，浇口匹配性也较低。在靠近电控驱动单元控制器的中部区域流动阻力及浇口匹配性均较高，故将浇口位置放置于图中红色圆圈位置。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F004图4最佳浇口位置分析Fig.4Analysis of optimal gate location基于确定的浇口位置，图5为热流道进胶系统设计。从图5可以看出，该流道系统主要包括：（1）圆形热浇口、（2）圆形热流道（纵向）、（3）圆形热流道（横向）、（4）圆形热主流道。圆形热浇口截面尺寸为Φ1.5~6.0 mm，圆形热流道截面尺寸均为Φ6.0 mm，圆形热主流道截面尺寸为Φ2.0~6.0 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F005图5热流道进胶系统设计Fig.5Design of hot runner feeding system2.4结果分析图6为所有效应下的翘曲变形量及六个安装孔的轴向同心度。图6所有效应下的翘曲变形量及六个安装孔的轴向同心度Fig.6Warpage deformation under all effects and axial concentricity of six mounting holes10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F6a110.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F6a2从图6可以看出，EDU控制器的整体变形呈中部下凹、四角上翘的变形特征。结构最大变形量为2.393 mm，位于产品中部。测得1~6号安装孔的轴向同心度分别为0.192 5、0.209 2、0.438 9、0.388 2、0.422 8及0.488 2 mm。安装孔最大轴向同心度为0.488 2 mm大于设计指标0.45 mm，不满足要求，需要进行优化。3正交试验设计与分析电控驱动单元控制器类型产品的注塑成型试模中发现，影响其翘曲变形及安装孔最大轴向同心度的主要成型工艺参数包括熔料温度、模腔温度、保压压力和保压时间，故以此四个工艺参数作为自变量，每个工艺参数在推荐参数范围内各设置四个水平，表2为L16(44)正交试验因素水平设计。表3为L16(44)正交试验结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.T002表2L16（44）正交试验因素水平设计Tab.2L16（44） orthogonal test factor level design水平因素熔料温度（A）/℃模腔温度（B）/℃保压压力（C）/%保压时间（D）/s1285507062290657583295558010430065851210.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.T003表3为L16（44）正交试验结果Tab.3Results of L16（44） orthogonal test序号因素安装孔最大轴向同心度/mmABCD111110.5121212220.3964313330.4358414440.4215521230.5178622140.5336723410.4328824320.4457931340.48671032430.40211133120.50641234210.52271341420.41181442310.54171543240.47351644130.4970k10.44150.48210.51230.5023k20.48250.46850.47760.4401k30.47950.46210.47750.4632k40.48100.47170.41710.4788R0.04100.02000.09520.0623从表3可以看出，第2组试验的安装孔最大轴向同心度最小，为0.396 4 mm，第14组试验的安装孔最大轴向同心度最大，为0.541 7 mm，最大值与最小值相差36.7%，说明工艺参数组合对安装孔最大轴向同心度有较大影响。第2、3、4、7、8、10及13组试验的安装孔最大轴向同心度均满足设计指标要求，验证了正交试验设计的合理性。四个工艺参数的极差大小排序为：RCRDRARB，故对于电控驱动单元控制器的安装孔最大轴向同心度，四个因素的影响程度排序为：保压压力保压时间熔料温度模腔温度。图7为安装孔最大轴向同心度与因素水平的关系。从图7可以看出，随熔料温度A的增大，安装孔最大轴向同心度先增大后减小再增大，当熔料温度为A1时，安装孔最大轴向同心度最小。随模腔温度B的增大，安装孔最大轴向同心度先减小后增大，当模腔温度为B3时，安装孔最大轴向同心度最小。随保压压力C的增大，安装孔最大轴向同心度逐渐减小，当保压压力为C4时，安装孔最大轴向同心度最小。随保压时间D的增大，安装孔最大轴向同心度先减小后增大，当保压时间为D2时，安装孔最大轴向同心度最小。因此，得到该电控驱动单元控制器的安装孔最大轴向同心度最优时的参数组合为A1B3C4D2。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F007图7安装孔最大轴向同心度与因素水平的关系Fig.7Relationship between the maximum axial concentricity of the mounting hole and the factor level表4为安装孔最大轴向同心度的方差分析结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.T004表4安装孔最大轴向同心度的方差分析Tab.4Variance analysis of maximum axial concentricity of mounting hole离差来源偏差平方和/×10-3自由度平均偏差平方和/×10-4F值FaA2.36037.8703.197F0.01（3，19）=5.01F0.05（3，19）=3.13B0.41631.3900.562C9.410331.40012.727D4.150313.8005.613误差4.680192.460总和21.00031从表4可以看出，误差的平均偏差平方和相对较小，正交试验具备可信度。各工艺参数的F值大小排序得到影响程度排序为：保压压力保压时间熔料温度模腔温度。对于保压压力及保压时间，F值F0.01，故影响极显著。对于熔料温度，F0.05F值F0.01，故影响显著。对于模腔温度，F值F0.05，故其影响不显著。4综合分析与验证基于计算机辅助工程对工艺优化参数组合进行模拟计算，图8为优化工艺分析结果。从图8可以看出，优化工艺下的翘曲变形同样呈中部下凹、四角上翘的变形趋势，最大翘曲变形量为1.834 mm，相比初始工艺降低23.4%。得到六个安装孔的轴向同心度分别为：0.086 2、0.124 7、0.378 2、0.253 5、0.361 8及0.390 2 mm，故安装孔的最大轴向同心度为0.390 2 mm，相比初始工艺结果相对降低了20.1%，安装孔最大轴向同心度的优化效果较为显著，并且达到设计指标的要求。图8优化工艺分析结果Fig.8Simulation results of optimized parameters10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F8a1(a)所有效应变形10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F8a2(b)安装孔最大轴向同心度基于Moldflow对优化工艺下EDU控制器的注塑成型过程进行模拟计算，图9为优化工艺仿真模拟结果。从图9可以看出，充填过程等值线由中间浇口逐步向外扩散，整体上间距较为均匀，无明显密集区域，说明塑料熔体在模腔的填充过程中较为顺畅，未产生缺胶和明显的迟滞效应。料流充填过程的前沿温度变化范围在287.8~292.0 ℃之间，最大温度差为4.2 ℃，相对较小，保证了熔体填充过程中物性的稳定性，由温度变化导致的光泽差异的可能性较小。熔接线主要分布于孔附近，主要外观面上无明显熔接线，保证了良好的外观状态。注射位置处压力变化较平稳，先增至87.34 MPa，后进入保压阶段，为69.87 MPa。最大注塑压力为v/p切换前的瞬时压力87.34 MPa，较为合理。填充过程的熔料及参数变化均满足要求，仿真分析结果初步验证了优化工艺的合理性。图9优化工艺仿真模拟结果Fig.9Simulation results of optimized process parameters10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F9a110.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F9a2基于优化工艺进行电控驱动单元控制器的注塑成型试模，图10为EDU控制器注塑成型样品。从图10可以看出，试模样品外观达标、实测安装孔最大轴向同心度也满足设计指标要求，实际试模状态验证了优化工艺的合理性。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.05.018.F010图10EDU控制器注塑成型样品Fig.10Sample of controller of EDU by injection molding5结论基于Moldflow软件对填充35%玻纤增强PA66材料的EDU控制器的注塑成型过程进行模拟，以熔料温度、模腔温度、保压压力及保压时间为自变量，设计正交试验探究安装孔最大轴向同心度的优化方案。针对初始工艺参数下的安装孔最大轴向同心度不满足设计指标要求的问题，设计L16(44)标准正交试验，并统计得到不同工艺参数组合下的安装孔最大轴向同心度。分析得到优化的工艺参数组合为A1B3C4D2。优化工艺的模流分析结果显示：安装孔最大轴向同心度由初始的0.488 2 mm降低至0.390 2 mm，相比初始工艺结果相对下降20.1%，并达到设计要求。仿真模拟及试模样品的外观及轴向同心度均满足要求，验证了优化方案合理可行。