淺議模流分析在汽車塑料制品設(shè)計中的應(yīng)用

張帆

摘 要：在以往的注塑模具設(shè)計的過程中，大部分設(shè)計需要具有較多經(jīng)驗的設(shè)計人員根據(jù)多年工作來完成，這種方法勢必需要完成大量的重復(fù)修模、試模等過程中，最終導(dǎo)致生產(chǎn)周期時間較長、精準(zhǔn)度不高、成本增加等消極后果，同時也會嚴(yán)重影響到制件的生產(chǎn)，對于制件的生產(chǎn)成本、質(zhì)量也會有著較大的影響。本文將以翹曲變形為例，對模流分析在汽車塑料制品設(shè)計中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析，以期為今后開展的各項工作提供可靠的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：模流分析；汽車塑料制品；應(yīng)用

隨著國內(nèi)科技的進(jìn)一步發(fā)展，一種新型的CAE計算機模擬技術(shù)出現(xiàn)了，為設(shè)計人員設(shè)計注塑模具創(chuàng)造了有利條件，通過進(jìn)行模流分析可以大幅度提升設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計效率，對于提高注塑模具設(shè)計的準(zhǔn)確性具有重要的現(xiàn)實意義。其中，Mold flow便是其中最具代表性的一款軟件，可以對汽車塑料制品設(shè)計過程中的欠注、翹曲變形、熔接痕、縮痕等缺陷進(jìn)行預(yù)測，使得新產(chǎn)品開發(fā)、塑料制品質(zhì)量均可以得到有效提高，更主要的是，模流分析的應(yīng)用可以最大程度上降低注塑模具設(shè)計時需要消耗的成本，進(jìn)而合理控制制品成本，對于生產(chǎn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有積極作用。

一、翹曲變形概述

在汽車薄殼塑料成型的過程中，翹曲變形是較常出現(xiàn)的一種缺陷，這種缺陷會直接影響到制品質(zhì)量，且這種汽車薄殼塑料在制作過程中極其容易受到材料差異、注塑件形狀等方面的影響而產(chǎn)生不同的變化，進(jìn)而產(chǎn)生不同程度的翹曲變形對注塑件形狀精度、表面質(zhì)量造成諸多影響，若是其變形量超出一定范圍后，便會成為一種較為嚴(yán)重的缺陷，對產(chǎn)品裝配的影響是致命的[1]。通常情況下，翹曲變形泛指注塑件的形狀與模具型腔的形狀出現(xiàn)差別，這種差異不僅影響到產(chǎn)品質(zhì)量、性能、裝配效果，同時也會影響到其外觀效果。因此翹曲變形的程度已經(jīng)成為評判產(chǎn)品質(zhì)量的重要參考標(biāo)準(zhǔn)之一。在產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中，翹曲變形主要是由塑件結(jié)構(gòu)、模具設(shè)計、成型工藝三個方面所決定的，而翹曲則是較常出現(xiàn)在塑料成型時流動方向收縮率與垂直方向相比，程度較大，進(jìn)而引起制件在成型的過程中其收縮率之間存在明顯差異，進(jìn)而產(chǎn)生翹曲，從而影響到制件質(zhì)量。因此，本文主要是通過對某一款汽車的立柱護(hù)板制件制作進(jìn)行分析，了解模流分析在其生產(chǎn)加工過程中的具體應(yīng)用，掌握汽車塑料制品生產(chǎn)與加工的實際情況，為今后開展的各項工作奠定有力基礎(chǔ)。

二、模流分析的具體應(yīng)用

在進(jìn)行立柱護(hù)板制件制作的過程中，首先應(yīng)了解到該種護(hù)板的具體的規(guī)格以及生產(chǎn)所需要的各種條件。本文所列舉的汽車的立柱護(hù)板制件，主要是包括兩個卡扣座，一個揚聲器面罩，規(guī)格為646mm×155mm×47mm，每一個部位厚度較為均勻，約為2.5mm，其制作材料主要是以Polykemi公司所生產(chǎn)的材料，材料名稱為PP-T20，在實際生產(chǎn)的過程中，其模溫應(yīng)盡可能控制在60℃左右，而料溫則是應(yīng)該維持在220℃上下，只有這樣才可以在最大程度上保證立柱護(hù)板制件質(zhì)量。在整個制作的過程中，模流分析通常是可以用于以下幾個方面：第一，可以對最佳澆口位置進(jìn)行分析[2]。由于模流分析主要是通過利用模擬軟件來實現(xiàn)對制作生產(chǎn)的各方面分析，因此，通過利用模流分析可以對汽車的立柱護(hù)板制件最佳澆口位置進(jìn)行預(yù)測與分析，使得澆口位置最符合生產(chǎn)的實際需求。根據(jù)模流分析結(jié)果顯示，汽車的立柱護(hù)板制件最佳澆口位置位于圖1種顏色最深的部位。在圖1中，深色區(qū)域的交口匹配性程度較高，是澆口位置的最佳部位，且以這一區(qū)域位置為中心，越向兩邊延伸其澆口匹配度就月底，會直接影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)。在生產(chǎn)制作的過程中，還需要對澆口的位置進(jìn)行考慮，并且遵循外觀面不能設(shè)置澆口的原則，熔體在型腔內(nèi)流動的平衡性也需要被考慮在其中，根據(jù)上述眾多因素進(jìn)行考慮以及模流分析的具體結(jié)果，可以得知，圖1中黑色圈定區(qū)域邊界是最適合作為澆口的位置，而根據(jù)制作類似件澆口的數(shù)量，可以采取一個澆口進(jìn)行分析，最終得出正確結(jié)論。

第二，對成型窗口進(jìn)行分析。在對成型窗口進(jìn)行分析的過程中，模流分析仍然發(fā)揮著重要作用，通過進(jìn)行模流分析，可以對模溫、熔體溫度、注塑時間、冷卻時間有著進(jìn)一步了解與確認(rèn)，使得工藝參數(shù)更加具有合理性[3]。

第三，對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。工藝參數(shù)主要是指在生產(chǎn)與制造的過程中，為了完成某一項特定工藝，而選取的一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或者指標(biāo)，根據(jù)這些指標(biāo)完成相關(guān)工藝生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在對汽車的立柱護(hù)板制件進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，所涉及到眾多環(huán)節(jié)，而這些環(huán)節(jié)均會在不同程度上影響到汽車的立柱護(hù)板制件的質(zhì)量、外觀、使用性能，因此工藝參數(shù)是否最優(yōu)對于生產(chǎn)加工具有重要的現(xiàn)實意義，需要進(jìn)行精確計算與測量，為產(chǎn)品精度提供有力保障。通過利用Mold flow進(jìn)行模流分析，可以根據(jù)模擬情況，對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，使得工藝參數(shù)更加符合當(dāng)前制件的生產(chǎn)需求。在這一過程中，需要結(jié)合成型窗口的分析結(jié)果，同時還需要對其可操作性進(jìn)行綜合性分析與考慮，采用正交法試分析模溫、熔體溫度，根據(jù)分析結(jié)果，最終將汽車立柱護(hù)板制件工藝參數(shù)確定下來，具體參數(shù)如下：模溫的最佳溫度為65℃，熔體溫度最佳溫度為220℃，注射的最佳時間為1s，冷卻的最佳時間為15s，保壓曲線的最佳數(shù)值為80%，壓力最佳數(shù)值為10s，V/P切換為98%。根據(jù)上述數(shù)值對汽車立柱護(hù)板制件進(jìn)行加工，可以保證其生產(chǎn)效果達(dá)到最佳狀態(tài)，并且可以有效提高其生產(chǎn)質(zhì)量與效果，保證汽車立柱護(hù)板制件性能，是產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)[4]。

第四，加強筋優(yōu)化分析結(jié)果。由于在汽車立柱護(hù)板制件生產(chǎn)的過程中，翹曲變形是一種常見的缺陷，而這種缺陷對于產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的影響是絕對的，因此如何有效避免、解決翹曲變形問題，已經(jīng)成為提高汽車立柱護(hù)板制件質(zhì)量的關(guān)鍵。這就需要相關(guān)工作人員通過模流分析對默認(rèn)條件下的翹曲結(jié)果，對加強筋方面進(jìn)行了分析，并對其進(jìn)行了優(yōu)化，在優(yōu)化前，默認(rèn)方案的總體為6.20mm，X向為6.46mm，Y向為5.20mm，Z向為5.09mm，在優(yōu)化后總體為3.22mm，X向為4.71mm，Y向為1.72mm，Z向為2.85mm。在優(yōu)化后，翹曲變形明顯有所減少，從而有效提高了制件的整體質(zhì)量。

綜上所述，傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計需要消耗較多的人力、物力，且設(shè)計效率、精確程度、成本均無法得到有效控制，對于制品制作與生產(chǎn)會造成較多影響，不利于生產(chǎn)企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。通過將模流分析應(yīng)用至汽車塑料制品設(shè)計中，不僅可以有效解決設(shè)計過程中存在成本高、人力消耗大、工作量大等諸多問題，從而有效提高設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計效率，為制品生產(chǎn)與制作奠定良好基礎(chǔ)，同時有效提高汽車塑料制品質(zhì)量，為生產(chǎn)企業(yè)今后的長期穩(wěn)定創(chuàng)造有力條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]林偉健.基于Moldflow汽車保險杠的模流分析[J].時代農(nóng)機，2017，（3）：83-84.

[2]黃立濤.汽車內(nèi)部裝飾儲物盒塑料面板設(shè)計方法研究[D].天津工業(yè)大學(xué)，2015.

[3]謝日星，李文蕙.CAD/CAE一體化技術(shù)在塑料制品制造中的應(yīng)用[J].合成樹脂及塑料，2017，（5）：98-101.

[4]唐偉.淺談汽車塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則[J].科學(xué)與信息化，2018，（6）：69，71.