中國汽車業(yè)近年對(duì)塑料模具的需求愈來愈大捉痰，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已無法適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求洛波，采用CAE技術(shù)逐漸成為主要的趨勢(shì)巩搏。本文介紹CAE技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)扒秸、解決注塑成型過程問題的方法及兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例播演。

　　汽車及摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家占整個(gè)模具市場的一半左右伴奥。2002年写烤，中國汽車產(chǎn)量大約為320萬輛，今年預(yù)計(jì)達(dá)390萬輛颂睛，車型將達(dá)170種培车。汽車使用塑料件已愈來愈廣泛，但中國的汽車保險(xiǎn)杠车咕、儀表板割钧、油箱、方向盤等大中型塑料模具淹郎，預(yù)計(jì)至2005年只能滿足需求量的50%左右衔侯。汽車模具市場的需求不斷增加，同時(shí)產(chǎn)品對(duì)模具的要求也愈來愈高氛硬，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已無法適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求迈枪。塑料模具的設(shè)計(jì)不但要采用CAD技術(shù)，而且還要采用CAE技術(shù)田蔑。

　　CAE是以計(jì)算機(jī)軟件為工具蓄惫，以仿真為手段，幫助使用者進(jìn)行預(yù)測的工作邮敛，以解決工程上現(xiàn)有或潛在的問題。與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)相比歉摧，CAE技術(shù)無論在提高生產(chǎn)率艇肴、保證產(chǎn)品質(zhì)量，還是在降低成本叁温、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等方面再悼，都具有無可比擬的優(yōu)越性。美國Moldflow是一家專業(yè)從事塑料成型分析軟件（CAE）和咨詢的公司膝但，自1976年發(fā)行了世界上第一套流動(dòng)分析軟件以來冲九，CAE（Moldflow）在汽車、家電跟束、電子通訊莺奸、化工、日用品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用冀宴。

　　技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

　　傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前灭贷，由設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)與直覺設(shè)計(jì)模具温学，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模甚疟，發(fā)現(xiàn)問題后仗岖，不僅需要重新設(shè)置工藝參數(shù)，甚至需要修改塑料制品和模具設(shè)計(jì)俗股，其缺點(diǎn)是增加生產(chǎn)成本和延長產(chǎn)品開發(fā)周期欲堪。CAE(Moldflow)技術(shù)有以下應(yīng)用特點(diǎn)。

　　提供從制品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的完整解決方案

　　CAE（Moldflow）分析技術(shù)能為制品設(shè)計(jì)馁言、模具設(shè)計(jì)涯蜜、注塑成型的整個(gè)生產(chǎn)過程提供完整的解決方案。Moldflow的MPA（產(chǎn)品優(yōu)化顧問）是基于實(shí)體的注塑模分析軟件虽趋，可以接受從任何CAD軟件輸出的實(shí)體造型螃势，通過模擬分析，在很短時(shí)間內(nèi)就可以得到優(yōu)化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案俱猪，確認(rèn)產(chǎn)品的表面質(zhì)量距档；MPI（注塑成型模擬分析）可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過程進(jìn)行模擬分析，包括充填跟媚、保壓囱悴、冷卻、翹曲箍秧、纖維取向甫题、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和收縮、氣輔和熱固性塑料流動(dòng)分析涂召；MPX（注塑成型過程控制）可以直接與注塑機(jī)控制器相連坠非，實(shí)時(shí)進(jìn)行工藝優(yōu)化和質(zhì)量監(jiān)控。

　　提高一次試模的成功率

　　模具加工之前果正，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過程進(jìn)行模擬分析炎码，準(zhǔn)確預(yù)測塑料熔體的充填、保壓秋泳、冷卻情況潦闲，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布迫皱，制品的收縮和翹曲變形等情況歉闰，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)修改制件和模具設(shè)計(jì)卓起，而不是等到試模以后再翻修模具和敬。對(duì)減少甚至避免模具翻修報(bào)廢、提高制品質(zhì)量、降低成本等娶停，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義膘掀。

　　解決注塑成型過程出現(xiàn)的問題

　　制品設(shè)計(jì)

　　制品設(shè)計(jì)者能用流動(dòng)分析解決下列問題：

　　*制品能全部注滿嗎？這一古老的問題仍為許多制品設(shè)計(jì)人員所關(guān)注肄慨，尤其是大型制件如蓋子既倾、容器、家具等的設(shè)計(jì)者寨铸；

　　*制件實(shí)際最小壁厚是多少队屋？如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本妖啸。減少壁厚還可降低制件的循環(huán)時(shí)間卵手，從而提高生產(chǎn)效率，降低塑件成本高坚；

　　*澆口位置合適嗎诫列？采用CAE分析可使產(chǎn)品設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)充分選擇澆口位置，確保設(shè)計(jì)的審美特性水水。

　　模具設(shè)計(jì)和制造

　　*良好的充填形式：對(duì)于任何的注塑成型來說剂东，最重要是控制充填的方式，使塑件的成型可靠某弦、經(jīng)濟(jì)桐汤。單向充填是良好的注塑方式，它可以提高塑件內(nèi)部分子單向和穩(wěn)定的取向性靶壮。這種充填形式有助于避免因不同的分子取向所導(dǎo)致的翹曲變形怔毛；

　　*最佳澆口位置與澆口數(shù)量：為了對(duì)充填方式進(jìn)行控制，模具設(shè)計(jì)者必須選擇能夠?qū)崿F(xiàn)這種控制的澆口位置和數(shù)量腾降，CAE分析可使設(shè)計(jì)者有多種澆口位置的選擇方案并對(duì)其影響作出評(píng)價(jià)拣度；

　　*流道系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：實(shí)際的模具設(shè)計(jì)往往要反復(fù)權(quán)衡各種因素，盡量使設(shè)計(jì)方案盡善盡美螃壤。通過流動(dòng)分析蜡娶，可以幫助設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出壓力平衡、溫度平衡或壓力映穗、溫度均平衡的流道系統(tǒng)，還可對(duì)流道內(nèi)剪切速率和摩擦熱進(jìn)行評(píng)估幕随，如此便可避免材料的降解和型腔內(nèi)過高的熔體溫度蚁滋；

　　*冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：通過分析冷卻系統(tǒng)對(duì)流動(dòng)過程的影響，優(yōu)化冷卻管路的布局和工作條件赘淮，從而產(chǎn)生均勻的冷卻泵李，并由此縮短成型周期，減少產(chǎn)品成型后的內(nèi)應(yīng)力；

　　*減少翻修成本：提高模具一次試模成功的可能性虑夕，是CAE分析的一大優(yōu)點(diǎn)秘乍。反復(fù)地試模、修模要耗損大量的時(shí)間和金錢沼改，此外崖郎，未經(jīng)反復(fù)修模的模具，其壽命也較長经翻。

　　注塑成型

　　*更加寬廣更加穩(wěn)定的加工“裕度”：流動(dòng)分析對(duì)熔體溫度写雾、模具溫度和注射速度等主要注塑加工參數(shù)提出一個(gè)目標(biāo)趨勢(shì)，通過流動(dòng)分析竹砾，注塑者便可估定各個(gè)加工參數(shù)的正確值蓬抖，并確定其變動(dòng)范圍。會(huì)同模具設(shè)計(jì)者一起吊违，他們可以結(jié)合使用最經(jīng)濟(jì)的加工設(shè)備肝浴，設(shè)定最佳的模具方案；

　　*減少塑件應(yīng)力和翹曲：選擇最好的加工參數(shù)使塑件殘余應(yīng)力最小雷猪，殘余應(yīng)力通常使塑件在成型后出現(xiàn)翹曲變形睛竣，甚至發(fā)生失效；

　　*省料和減少過量充模：流道和型腔的設(shè)計(jì)采用平衡流動(dòng)春宣，有助于減少材料的使用和消除因局部過量注射所造成的翹曲變形酵颁；

　　*最小的流道尺寸和回用料成本：流動(dòng)分析有助選定最佳的流道尺寸，以減少澆道部分塑料的冷卻時(shí)間月帝，從而縮短整個(gè)注射成型的時(shí)間躏惋，以及減少變成回收料或者廢料的澆道部分塑料的體積。

　　應(yīng)用實(shí)例

　　汽車通風(fēng)飾罩

　　制件為汽車通風(fēng)飾罩嚷辅，采用氣體輔助注射成型簿姨，要求包括：確定出澆口、氣口位置與數(shù)量簸搞，預(yù)測氣體在氣道的穿透情況以及工藝參數(shù)扁位。

　　*建模：Moldflow通過圖形接口直接讀入CAD模型。模型及澆注系統(tǒng)趁俊，澆注系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)使用一個(gè)側(cè)澆口域仇，兩個(gè)氣口位置；

　　*輸入工藝條件：最大注射壓力為55MPa剩跛，氣體注射壓力為20MPa础恰，模溫50度，熔體溫度為230度优狡，延遲時(shí)間為2.5秒呻舆，氣道的等效直徑為9.6mm，冷卻時(shí)間為22秒；

　　*分析計(jì)算：根據(jù)熔體流動(dòng)前峰推進(jìn)圖芯拇，可動(dòng)態(tài)看見熔體流動(dòng)情況嘉散，也可通過等值線圖來判斷流動(dòng)是否均勻。根據(jù)塑料表皮層比分布圖双漫，可觀察型腔內(nèi)氣體充滿的情況完憨，確定氣體停止注入和保壓壓力。通過Moldflow分析示宫，可以確定合理的澆口和氣口位置骏挎，預(yù)測氣體沿加強(qiáng)筋的穿透情況，以及氣體壓力卸酿、鎖模力等兜叨。

　　汽車儀表盤

　　對(duì)于大型模具來說，流動(dòng)衩侥、保壓国旷、冷卻等各方面的參數(shù)均需嚴(yán)格控制，否則茫死，稍有不慎便有可能引起型腔充填不均衡跪但、冷卻不均勻、變形及殘余應(yīng)力大等缺陷峦萎。通過對(duì)流動(dòng)過程屡久、冷卻過程與保壓過程的模擬分析，來優(yōu)化螺桿速率－位置曲線爱榔、保壓曲線及冷卻系統(tǒng),并對(duì)翹曲變形進(jìn)行分析計(jì)算被环。

　　該制品材料為FERR/PP LPP20BC07HBBK，制品尺寸較大(長1.4m)详幽。原方案采用10個(gè)澆口筛欢，熱流道。原方案充填不平衡唇聘，不均勻蝴勉，壓力分布也不均勻，制品表面最大溫差為40.30度，溫差較大，溫度過高的區(qū)域需加強(qiáng)冷卻洒已，變形也較大，不能滿足尺寸精度的要求津阻。

　　通過Moldflow優(yōu)化螺桿速率－位置曲線、保壓曲線挂剪、流道系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)，得到理想的充填效果，冷卻效果也較好她打，制品表面的溫度分布較均勻狰碟，溫差下降到26.67度，翹曲變形也大大降低栽埠。

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