中國(guó)汽車業(yè)近年對(duì)塑料模具的需求愈來(lái)愈大栈拖，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已無(wú)法適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求孽倒，采用CAE技術(shù)逐漸成為主要的趨勢(shì)耽盛。本文介紹CAE技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)挠囚、解決注塑成型過(guò)程問(wèn)題的方法及兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例饿呢。  

　　汽車及摩托車行業(yè)是模具最大的市場(chǎng)，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家占整個(gè)模具市場(chǎng)的一半左右堪遂。2002年介蛉，中國(guó)汽車產(chǎn)量大約為320萬(wàn)輛，今年預(yù)計(jì)達(dá)390萬(wàn)輛溶褪，車型將達(dá)170種币旧。汽車使用塑料件已愈來(lái)愈廣泛，但中國(guó)的汽車保險(xiǎn)杠猿妈、儀表板吹菱、油箱、方向盤等大中型塑料模具彭则，預(yù)計(jì)至2005年只能滿足需求量的50%左右鳍刷。汽車模具市場(chǎng)的需求不斷增加，同時(shí)產(chǎn)品對(duì)模具的要求也愈來(lái)愈高俯抖，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已無(wú)法適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求输瓜。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)芬萍。 

　　CAE是以計(jì)算機(jī)軟件為工具尤揣，以仿真為手段，幫助使用者進(jìn)行預(yù)測(cè)的工作她忱，以解決工程上現(xiàn)有或潛在的問(wèn)題蝇莲。與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)相比，CAE技術(shù)無(wú)論在提高生產(chǎn)率园秫、保證產(chǎn)品質(zhì)量摹撰，還是在降低成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等方面枫技，都具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。美國(guó)Moldflow是一家專業(yè)從事塑料成型分析軟件（CAE）和咨詢的公司，自1976年發(fā)行了世界上第一套流動(dòng)分析軟件以來(lái)秧朝，CAE（Moldflow）在汽車领末、家電、電子通訊噩振、化工痘涧、日用品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。  

　　技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)  

　　傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前钻寿，由設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)與直覺(jué)設(shè)計(jì)模具纤壁，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模捺信，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后酌媒，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)迄靠，其缺點(diǎn)是增加生產(chǎn)成本和延長(zhǎng)產(chǎn)品開發(fā)周期秒咨。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)掌挚、模具設(shè)計(jì)雨席、注塑成型的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程提供完整的解決方案。Moldflow的MPA（產(chǎn)品優(yōu)化顧問(wèn)）是基于實(shí)體的注塑模分析軟件吠式，可以接受從任何CAD軟件輸出的實(shí)體造型陡厘，通過(guò)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)方案特占，確認(rèn)產(chǎn)品的表面質(zhì)量糙置；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(guò)程進(jìn)行模擬分析，包括充填摩钙、保壓罢低、冷卻、翹曲荚谢、纖維取向和月、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和收縮、氣輔和熱固性塑料流動(dòng)分析凯挟；MPX（注塑成型過(guò)程控制）可以直接與注塑機(jī)控制器相連逸铆，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  

　　模具加工之前辱滤，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析苦钱，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)塑料熔體的充填、保壓沽贸、冷卻情況避晾，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布，制品的收縮和翹曲變形等情況啥匀，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題蛙梆，及時(shí)修改制件和模具設(shè)計(jì)，而不是等到試模以后再翻修模具催首。對(duì)減少甚至避免模具翻修報(bào)廢扶踊、提高制品質(zhì)量、降低成本等郎任，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義秧耗。  

　　解決注塑成型過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)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(wèn)題：  

　　*制品能全部注滿嗎？這一古老的問(wèn)題仍為許多制品設(shè)計(jì)人員所關(guān)注舶治，尤其是大型制件如蓋子分井、容器、家具等的設(shè)計(jì)者歼疮；  

　　*制件實(shí)際最小壁厚是多少杂抽？如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本韩脏。減少壁厚還可降低制件的循環(huán)時(shí)間缩麸，從而提高生產(chǎn)效率，降低塑件成本赡矢；  

　　*澆口位置合適嗎杭朱？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)的審美特性洁拓。

　　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(lái)說(shuō)窑笑，最重要是控制充填的方式，使塑件的成型可靠挑蚕、經(jīng)濟(jì)综界。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)定的取向性撵晨。這種充填形式有助于避免因不同的分子取向所導(dǎo)致的翹曲變形贴祷；  

　　*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)量攒筛，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)胎汁；  

　　*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)方案盡善盡美鸳辈。通過(guò)流動(dòng)分析究勺，可以幫助設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出壓力平衡、溫度平衡或壓力崩旱、溫度均平衡的流道系統(tǒng)酱劫，還可對(duì)流道內(nèi)剪切速率和摩擦熱進(jìn)行評(píng)估澄港，如此便可避免材料的降解和型腔內(nèi)過(guò)高的熔體溫度；  

　　*冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：通過(guò)分析冷卻系統(tǒng)對(duì)流動(dòng)過(guò)程的影響悴晰，優(yōu)化冷卻管路的布局和工作條件慢睡，從而產(chǎn)生均勻的冷卻，并由此縮短成型周期铡溪，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泪喊，是CAE分析的一大優(yōu)點(diǎn)棕硫。反復(fù)地試模、修模要耗損大量的時(shí)間和金錢袒啼，此外哈扮，未經(jīng)反復(fù)修模的模具，其壽命也較長(zhǎng)蚓再。  

　　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)熔體溫度滑肉、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(guò)流動(dòng)分析摘仅，注塑者便可估定各個(gè)加工參數(shù)的正確值靶庙，并確定其變動(dòng)范圍。會(huì)同模具設(shè)計(jì)者一起谍益，他們可以結(jié)合使用最經(jīng)濟(jì)的加工設(shè)備汁眶，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)力最小逐点，殘余應(yīng)力通常使塑件在成型后出現(xiàn)翹曲變形亮翁，甚至發(fā)生失效；  

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

　　*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)間怎棋，從而縮短整個(gè)注射成型的時(shí)間帆疚，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)飾罩坎扰，采用氣體輔助注射成型曹均，要求包括：確定出澆口、氣口位置與數(shù)量物虑，預(yù)測(cè)氣體在氣道的穿透情況以及工藝參數(shù)纤悉。  

　　*建模：Moldflow通過(guò)圖形接口直接讀入CAD模型。模型及澆注系統(tǒng)如圖1所示鲤遥，澆注系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)使用一個(gè)側(cè)澆口沐寺，兩個(gè)氣口位置林艘；  

　　*輸入工藝條件：最大注射壓力為55MPa，氣體注射壓力為20MPa混坞，模溫50度狐援，熔體溫度為230度，延遲時(shí)間為2.5秒究孕，氣道的等效直徑為9.6mm啥酱，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)圖厨诸，可動(dòng)態(tài)看見熔體流動(dòng)情況镶殷，也可通過(guò)等值線圖來(lái)判斷流動(dòng)是否均勻。根據(jù)塑料表皮層比分布圖微酬，可觀察型腔內(nèi)氣體充滿的情況绘趋，確定氣體停止注入和保壓壓力。通過(guò)Moldflow分析颗管，可以確定合理的澆口和氣口位置静冯，預(yù)測(cè)氣體沿加強(qiáng)筋的穿透情況，以及氣體壓力蛮究、鎖模力等狱鼎。  

　　汽車儀表盤  

　　對(duì)于大型模具來(lái)說(shuō)，流動(dòng)效蝎、保壓篱辫、冷卻等各方面的參數(shù)均需嚴(yán)格控制，否則腰燕，稍有不慎便有可能引起型腔充填不均衡彪珍、冷卻不均勻、變形及殘余應(yīng)力大等缺陷衔帚。通過(guò)對(duì)流動(dòng)過(guò)程屿拴、冷卻過(guò)程與保壓過(guò)程的模擬分析，來(lái)優(yōu)化螺桿速率－位置曲線浴魏、保壓曲線及冷卻系統(tǒng),并對(duì)翹曲變形進(jìn)行分析計(jì)算笤茴。  

　　該制品材料為FERR/PP LPP20BC07HBBK，制品尺寸較大(長(zhǎng)1.4m)文宜。原方案采用10個(gè)澆口涕癣，熱流道。原方案充填不平衡前标，不均勻坠韩，壓力分布也不均勻，制品表面最大溫差為40.30度炼列，溫差較大只搁，溫度過(guò)高的區(qū)域需加強(qiáng)冷卻音比，變形也較大，不能滿足尺寸精度的要求氢惋。  

　　通過(guò)Moldflow優(yōu)化螺桿速率－位置曲線洞翩、保壓曲線、流道系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)焰望，得到理想的充填效果骚亿，冷卻效果也較好，制品表面的溫度分布較均勻柿估，溫差下降到26.67度循未，翹曲變形也大大降低。

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