Moldflow軟件在汽車燈具注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王晟

摘 要：為了獲得汽車燈具注塑模具最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，提出一種基于Moldflow軟件的汽車燈具注塑模具的設(shè)計(jì)方法。詳細(xì)闡述了Moldflow軟件在汽車燈具注塑模具中的設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。為汽車燈具注塑模具的設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：Moldflow軟件；汽車燈具；注塑模具

1 概述

隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對汽車的質(zhì)量要求也越來越高[1]。汽車燈具不僅是影響著汽車日常行駛安全的部件，同時也是影響車輛品牌識別性、現(xiàn)代感和個性化的重要部件[2]。因此，如何提高汽車燈具的設(shè)計(jì)與制造水平，已經(jīng)成為當(dāng)前汽車制造領(lǐng)域中的一個研究熱點(diǎn)，受到了越來越多人們的關(guān)注。在汽車燈具注塑模具成型的過程中，如何提高注塑成型的工藝水平是一個復(fù)雜的問題[3]。利用傳統(tǒng)方法對汽車燈具注塑模具設(shè)計(jì)，產(chǎn)品具有次品率高、效率低等缺陷，難以滿足汽車生產(chǎn)的實(shí)際需要。隨著計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技術(shù)的發(fā)展，尤其是Moldflow軟件的出現(xiàn)，使汽車燈具注塑模具的設(shè)計(jì)的整個過程，提供了可靠的保障。實(shí)際上，Moldflow軟件被廣泛應(yīng)用于各種注塑模具的設(shè)計(jì)中。利用Moldflow軟件進(jìn)行汽車燈具注塑模具設(shè)計(jì)的過程中，需要選擇制作模具的材料，軟件自帶一個豐富的材料數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中包含相應(yīng)材料的詳細(xì)數(shù)據(jù)，可以為汽車燈具注塑模具設(shè)計(jì)提供詳細(xì)的指導(dǎo)。為此，提出一種基于Moldflow軟件的汽車燈具注塑模具的設(shè)計(jì)方法。

2 汽車燈具注塑模具的CAE設(shè)計(jì)方法

汽車燈具注塑模具的CAE設(shè)計(jì)方法主要包括3個步驟，分別為：

（1）根據(jù)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、塑料加工流變學(xué)和熱傳遞學(xué)等理論，建立汽車燈具注塑的數(shù)學(xué)模型。

（2）根據(jù)汽車燈具注塑成型過程中的壓力場、溫度場等參數(shù)，建立汽車燈具注塑的定量計(jì)算模型。

（3）根據(jù)步驟（1）、（2），利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，在計(jì)算機(jī)顯示器上直觀、形象地顯示汽車燈具注塑成型過程中的動態(tài)注塑冷卻過程。

根據(jù)上述方法可建立汽車燈具注塑模型，綜合流動分析網(wǎng)格法與有限元法對模型進(jìn)行求解，能夠獲得汽車燈具在實(shí)際的注塑過程中壓力場、溫度場隨時間的變化情況。

在汽車燈具注塑模具設(shè)計(jì)中，首先需要建立模型的直角坐標(biāo)系。在直角坐標(biāo)系內(nèi)，汽車燈具注塑模型的連續(xù)性公式為■+■；其中，汽車燈具注塑模型在x方向的動量方程為■-■？濁■=0；汽車燈具注塑模型在y方向的動量方程為■-■？濁■=0。在整個注塑過程中，保持能量守恒。能量守恒方程為？籽Cp■+u■+v■=k■+？濁？酌和？姿=■■+■■■。在上述公式中，b為燈具注塑的厚度；u和v分別為在x、y方向上的注塑速度；？籽、Cp、k和t分別為熔體的密度、比定壓熱容熱導(dǎo)率和時間；P、T、？濁分別為熔體的壓力、溫度和黏度；？酌為剪切速率。

3 基于Moldflow軟件的汽車燈具注塑模具設(shè)計(jì)方法

3.1 汽車燈具的特點(diǎn)分析

文中分析的汽車燈具為日產(chǎn)旗下的某款轎車的前光燈，燈壁較薄，尺寸較大，塑件形狀復(fù)雜。長x寬x高=380mm×223mm×140mm，塑件背面遍布卡槽、孔、筋骨等細(xì)微結(jié)構(gòu)，塑件的基本薄厚為2.3mm，最小壁厚為1.6mm，對燈具注塑模具的設(shè)計(jì)與注塑工藝的要求較高。

3.2 建模前的有限元分析

首先將在計(jì)算機(jī)上建立的汽車燈具注塑模具的三維模型導(dǎo)出為Model文件，并利用Moldflow CAD Doctor3.0進(jìn)行處理。為了提高網(wǎng)格的匹配率，在不影響精度的前提下，需要利用Moldflow軟件去掉一些倒角、圓角等冗余特征。接下來，將其保存為UDM格式的文件，并保存在Model下的新建項(xiàng)目中，利用Moldflow軟件中的網(wǎng)格劃分功能對文件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在網(wǎng)格劃分的過程中忽略塑件厚度的溫度分布。網(wǎng)格劃分結(jié)束后需要進(jìn)行細(xì)微的修正，確保網(wǎng)格質(zhì)量符合數(shù)字模擬的要求。

汽車燈具注塑模具的材料選用的是美國GE公司生產(chǎn)的聚碳酸酯ML7687材料。根據(jù)該材料的物理特性，將工藝參數(shù)設(shè)置為：模溫38℃，熔體溫度240℃，v/p（速度/壓力）之比為96%，注塑壓力為130MPa，注塑壓力與保壓壓力之比為5：4，保壓時間為20s。

3.3 實(shí)體模型的建立

利用Pro/Engineer軟件建立汽車燈具注塑模具的實(shí)體模型，并保存為STL模型，并將其導(dǎo)入Moldflow軟件中，利用MPI的前處理器生成汽車燈具注塑模具的有限元網(wǎng)格模型，該網(wǎng)格模型中包括4724個三角形單元。

3.4 確定最優(yōu)澆口位置

模具澆口位置是影響注塑質(zhì)量的重要因素。在澆口的設(shè)計(jì)中，需要確定澆口的位置、大小、數(shù)量和形狀。其中澆口的位置和數(shù)量影響著注塑的注塑方式，澆口的大小與形狀影響著熔體的運(yùn)動方向與平衡狀態(tài)。

不論選擇哪種方式的澆口，澆口的位置都會對注塑成型的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，如果澆口位置不合適，將會造成模具腔內(nèi)氣體難以在注塑成型的過程中逸出，從而導(dǎo)致塑件中出現(xiàn)氣穴、燒焦等現(xiàn)象。因此，在進(jìn)行汽車燈具注塑模具設(shè)計(jì)之前，就需要確定合適的澆口位置，以保證注塑成型的質(zhì)量。本文在汽車燈具注塑模具設(shè)計(jì)中，利用Moldflow軟件進(jìn)行最優(yōu)澆口的分析和確定，從而提高了注塑成型的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的良品率。具體的過程為：模型的網(wǎng)格劃分→網(wǎng)格的調(diào)整→模具腔體的布局設(shè)計(jì)→注塑模具的分析及參數(shù)設(shè)置→選取材料→設(shè)置注塑參數(shù)。通過該過程，能夠利用Moldflow軟件獲得汽車燈具注塑模具的最優(yōu)澆口。

4 模擬結(jié)果及分析

4.1 注塑質(zhì)量分析

為了驗(yàn)證Moldflow軟件在汽車燈具注塑模具設(shè)計(jì)方面的有效性，需要進(jìn)行一次模擬實(shí)驗(yàn)。汽車燈具注塑模具的設(shè)計(jì)直接影響到熔體的注塑質(zhì)量，對注塑質(zhì)量進(jìn)行分析的目的是為了獲取最優(yōu)注塑系統(tǒng)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠得知，汽車燈具注塑模具的注塑時間為1.358s，整個注塑過程非常平穩(wěn)柔和，并且沖模狀態(tài)合理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明注塑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理的。

4.2 冷卻效果分析

Moldflow軟件同時能夠?qū)ζ嚐艟咦⑺苣＞叩睦鋮s系統(tǒng)的冷卻效果進(jìn)行模擬分析，獲得塑件的冷卻、成型時間。在模具的注塑過程均勻冷卻的前提下，對冷卻系統(tǒng)的排熱管道進(jìn)行優(yōu)化布局，縮短注塑過程中的冷卻、成型時間，提高生產(chǎn)效率。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠得知，整個塑件基本上都能達(dá)到預(yù)設(shè)的頂出溫度65℃，這表明利用Moldflow軟件對冷卻系統(tǒng)的排熱管道進(jìn)行優(yōu)化布局是可行的。

4.3 翹曲變形分析

對塑件成型過程中的翹曲情況進(jìn)行分析能夠掌握塑件的變形情況，可以幫助人們在進(jìn)行汽車燈具注塑模具設(shè)計(jì)時對注塑材料的收縮率進(jìn)行合理的預(yù)估，同時能夠?yàn)槔鋮s系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)，從而提高塑件的質(zhì)量。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠得知，塑件的最小翹曲變形為0.0026mm，最大翹曲變形為0.4281mm。最大翹曲變形發(fā)生的部位位于汽車燈具的尖端，這是由于塑件的材料發(fā)生收縮引起的。通過CAE的分析，塑件的質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

利用Moldflow軟件對汽車燈具注塑模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠確定最優(yōu)澆口位置，并能模擬汽車燈具的注塑和冷卻過程，從而優(yōu)化了汽車燈具注塑模具的設(shè)計(jì)方案，縮短了模具的設(shè)計(jì)和制造周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。為了汽車燈具注塑模具的設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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[3]張紅英，歐陽八生.基于Moldflow的玩具汽車外殼注塑模設(shè)計(jì)[J].模具技術(shù)，2016（6）：32-36.