CAE在汽车塑料模具制造过程的应用0尼龙滑块

2022-07-01

CAE在汽车塑料模具制造过程的应用

CAE在汽车塑料模具制造过程的应用 2011年12月04日来源：中国汽车业近年对塑料模具的需求愈来愈大，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求，采用CAE技术逐渐成为主要的趋势。本文介绍CAE技术的应用特点、解决注塑成型过程问题的方法及两个应用实例。汽车及摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达国家占整个模具市场的一半左右。2002年，中国汽车产量大约为320万辆，今年预计达390万辆，车型将达170种。汽车使用塑料件已愈来愈广泛，但中国的汽车保险杠、仪表板、油箱、方向盘等大中型塑料模具，预计至2005年只能满足需求量的50%左右。汽车模具市场的需求不断增加，同时产品对模具的要求也愈来愈高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术。

利用Moldflow Part Adviser 7.1模拟的制件充模过程

CAE是以计算机软件为工具，以仿真为手段，帮助使用者进行预测的工作，以解决工程上现有或潜在的问题。与传统的模具设计相比，CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有无可比拟的优越性。美国Moldflow是一家专业从事塑料成型分析软件（CAE）和咨询的公司，自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，CAE（Moldflow）在汽车、家电、电子通讯、化工、日用品等领域得到了广泛应用。技术应用特点传统的注塑方法是在正式生产前，由设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至需要修改塑料制品和模具设计，其缺点是增加生产成本和延长产品开发周期。CAE(Moldflow)技术有以下应用特点。提供从制品设计到生产的完整解决方案CAE（Moldflow）分析技术能为制品设计、模具设计、注塑成型的整个生产过程提供完整的解决方案。Moldflow的MPA（产品优化顾问）是基于实体的注塑模分析软件，可以接受从任何CAD软件输出的实体造型，通过模拟分析，在很短时间内就可以得到优化的产品设计方案，确认产品的表面质量；MPI（注塑成型模拟分析）可以在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，包括充填、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩、气辅和热固性塑料流动分析；MPX（注塑成型过程控制）可以直接与注塑机控制器相连，实时进行工艺优化和质量监控。提高一次试模的成功率模具加工之前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测塑料熔体的充填、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布，制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再翻修模具。对减少甚至避免模具翻修报废、提高制品质量、降低成本等，都有着重大的技术经济意义。解决注塑成型过程出现的问题制品设计制品设计者能用流动分析解决下列问题：*制品能全部注满吗？这一古老的问题仍为许多制品设计人员所关注，尤其是大型制件如盖子、容器、家具等的设计者；*制件实际最小壁厚是多少？如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本。减少壁厚还可降低制件的循环时间，从而提高生产效率，降低塑件成本；*浇口位置合适吗？采用CAE分析可使产品设计者在设计时充分选择浇口位置，确保设计的审美特性。模具设计和制造*良好的充填形式：对于任何的注塑成型来说，最重要是控制充填的方式，使塑件的成型可靠、经济。单向充填是良好的注塑方式，它可以提高塑件内部分子单向和稳定的取向性。这种充填形式有助于避免因不同的分子取向所导致的翘曲变形；*最佳浇口位置与浇口数量：为了对充填方式进行控制，模具设计者必须选择能够实现这种控制的浇口位置和数量，CAE分析可使设计者有多种浇口位置的选择方案并对其影响作出评价；*流道系统的优化设计：实际的模具设计往往要反复权衡各种因素，尽量使设计方案尽善尽美。通过流动分析，可以帮助设计者设计出压力平衡、温度平衡或压力、温度均平衡的流道系统，还可对流道内剪切速率和摩擦热进行评估，如此便可避免材料的降解和型腔内过高的熔体温度；*冷却系统的优化设计：通过分析冷却系统对流动过程的影响，优化冷却管路的布局和工作条件，从而产生均匀的冷却，并由此缩短成型周期，减少产品成型后的内应力；*减少翻修成本：提高模具一次试模成功的可能性，是CAE分析的一大优点。反复地试模、修模要耗损大量的时间和金钱，此外，未经反复修模的模具，其寿命也较长。注塑成型*更加宽广更加稳定的加工“裕度”：流动分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要注塑加工参数提出一个目标趋势，通过流动分析，注塑者便可估定各个加工参数的正确值，并确定其变动范围。会同模具设计者一起，他们可以结合使用最经济的加工设备，设定最佳的模具方案；*减少塑件应力和翘曲：选择最好的加工参数使塑件残余应力最小，残余应力通常使塑件在成型后出现翘曲变形，甚至发生失效；*省料和减少过量充模：流道和型腔的设计采用平衡流动，有助于减少材料的使用和消除因局部过量注射所造成的翘曲变形；*最小的流道尺寸和回用料成本：流动分析有助选定最佳的流道尺寸，以减少浇道部分塑料的冷却时间，从而缩短整个注射成型的时间，以及减少变成回收料或者废料的浇道部分塑料的体积。应用实例汽车通风饰罩制件为汽车通风饰罩，采用气体辅助注射成型，要求包括：确定出浇口、气口位置与数量，预测气体在气道的穿透情况以及工艺参数。*建模：Moldflow通过图形接口直接读入CAD模型。模型及浇注系统如图1所示，浇注系统初始设计使用一个侧浇口，两个气口位置；*输入工艺条件：最大注射压力为55MPa，气体注射压力为20MPa，模温50度，熔体温度为230度，延迟时间为2.5秒，气道的等效直径为9.6mm，冷却时间为22秒；

*分析计算：根据熔体流动前峰推进图，可动态看见熔体流动情况，也可通过等值线图来判断流动是否均匀。根据塑料表皮层比分布图，可观察型腔内气体充满的情况，确定气体停止注入和保压压力。通过Moldflow分析，可以确定合理的浇口和气口位置，预测气体沿加强筋的穿透情况，以及气体压力、锁模力等。汽车仪表盘对于大型模具来说，流动、保压、冷却等各方面的参数均需严格控制，否则，稍有不慎便有可能引起型腔充填不均衡、冷却不均匀、变形及残余应力大等缺陷。通过对流动过程、冷却过程与保压过程的模拟分析，来优化螺杆速率－位置曲线、保压曲线及冷却系统,并对翘曲变形进行分析计算。该制品材料为FERR/PP LPP20BC07HBBK，制品尺寸较大(长1.4m)。原方案采用10个浇口，热流道。原方案充填不平衡，不均匀，压力分布也不均匀，制品表面最大温差为40.30度，温差较大，温度过高的区域需加强冷却，变形也较大，不能满足尺寸精度的要求。通过Moldflow优化螺杆速率－位置曲线、保压曲线、流道系统及冷却系统，得到理想的充填效果，冷却效果也较好，制品表面的温度分布较均匀，温差下降到26.67度，翘曲变形也大大降低。 (end)

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