淺議模流分析在汽車塑料制品設計中的應用

張帆

摘 要：在以往的注塑模具設計的過程中，大部分設計需要具有較多經驗的設計人員根據多年工作來完成，這種方法勢必需要完成大量的重復修模、試模等過程中，最終導致生產周期時間較長、精準度不高、成本增加等消極后果，同時也會嚴重影響到制件的生產，對于制件的生產成本、質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計中的具體應用進行分析，以期為今后開展的各項工作提供可靠的參考依據。

關鍵詞：模流分析；汽車塑料制品；應用

隨著國內科技的進一步發展，一種新型的CAE計算機模擬技術出現了，為設計人員設計注塑模具創造了有利條件，通過進行模流分析可以大幅度提升設計質量與設計效率，對于提高注塑模具設計的準確性具有重要的現實意義。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計過程中的欠注、翹曲變形、熔接痕、縮痕等缺陷進行預測，使得新產品開發、塑料制品質量均可以得到有效提高，更主要的是，模流分析的應用可以最大程度上降低注塑模具設計時需要消耗的成本，進而合理控制制品成本，對于生產企業的可持續發展具有積極作用。

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的一種缺陷，這種缺陷會直接影響到制品質量，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生不同的變化，進而產生不同程度的翹曲變形對注塑件形狀精度、表面質量造成諸多影響，若是其變形量超出一定范圍后，便會成為一種較為嚴重的缺陷，對產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差別，這種差異不僅影響到產品質量、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成為評判產品質量的重要參考標準之一。在產品生產的過程中，翹曲變形主要是由塑件結構、模具設計、成型工藝三個方面所決定的，而翹曲則是較常出現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，進而產生翹曲，從而影響到制件質量。因此，本文主要是通過對某一款汽車的立柱護板制件制作進行分析，了解模流分析在其生產加工過程中的具體應用，掌握汽車塑料制品生產與加工的實際情況，為今后開展的各項工作奠定有力基礎。

二、模流分析的具體應用

在進行立柱護板制件制作的過程中，首先應了解到該種護板的具體的規格以及生產所需要的各種條件。本文所列舉的汽車的立柱護板制件，主要是包括兩個卡扣座，一個揚聲器面罩，規格為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公司所生產的材料，材料名稱為PP-T20，在實際生產的過程中，其模溫應盡可能控制在60℃左右，而料溫則是應該維持在220℃上下，只有這樣才可以在最大程度上保證立柱護板制件質量。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行分析[2]。由于模流分析主要是通過利用模擬軟件來實現對制作生產的各方面分析，因此，通過利用模流分析可以對汽車的立柱護板制件最佳澆口位置進行預測與分析，使得澆口位置最符合生產的實際需求。根據模流分析結果顯示，汽車的立柱護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，會直接影響到產品的生產。在生產制作的過程中，還需要對澆口的位置進行考慮，并且遵循外觀面不能設置澆口的原則，熔體在型腔內流動的平衡性也需要被考慮在其中，根據上述眾多因素進行考慮以及模流分析的具體結果，可以得知，圖1中黑色圈定區域邊界是最適合作為澆口的位置，而根據制作類似件澆口的數量，可以采取一個澆口進行分析，最終得出正確結論。

第二，對成型窗口進行分析。在對成型窗口進行分析的過程中，模流分析仍然發揮著重要作用，通過進行模流分析，可以對模溫、熔體溫度、注塑時間、冷卻時間有著進一步了解與確認，使得工藝參數更加具有合理性[3]。

第三，對工藝參數進行優化。工藝參數主要是指在生產與制造的過程中，為了完成某一項特定工藝，而選取的一系列基礎數據或者指標，根據這些指標完成相關工藝生產，提高產品質量。在對汽車的立柱護板制件進行生產的過程中，所涉及到眾多環節，而這些環節均會在不同程度上影響到汽車的立柱護板制件的質量、外觀、使用性能，因此工藝參數是否最優對于生產加工具有重要的現實意義，需要進行精確計算與測量，為產品精度提供有力保障。通過利用Mold flow進行模流分析，可以根據模擬情況，對工藝參數進行優化與調整，使得工藝參數更加符合當前制件的生產需求。在這一過程中，需要結合成型窗口的分析結果，同時還需要對其可操作性進行綜合性分析與考慮，采用正交法試分析模溫、熔體溫度，根據分析結果，最終將汽車立柱護板制件工藝參數確定下來，具體參數如下：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，保壓曲線的最佳數值為80%，壓力最佳數值為10s，V/P切換為98%。根據上述數值對汽車立柱護板制件進行加工，可以保證其生產效果達到最佳狀態，并且可以有效提高其生產質量與效果，保證汽車立柱護板制件性能，是產品質量達到最優[4]。

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

綜上所述，傳統的注塑模具設計需要消耗較多的人力、物力，且設計效率、精確程度、成本均無法得到有效控制，對于制品制作與生產會造成較多影響，不利于生產企業的進一步發展。通過將模流分析應用至汽車塑料制品設計中，不僅可以有效解決設計過程中存在成本高、人力消耗大、工作量大等諸多問題，從而有效提高設計質量與設計效率，為制品生產與制作奠定良好基礎，同時有效提高汽車塑料制品質量，為生產企業今后的長期穩定創造有力條件。

參考文獻：

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

[2]黃立濤.汽車內部裝飾儲物盒塑料面板設計方法研究[D].天津工業大學，2015.

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

[4]唐偉.淺談汽車塑料件的結構設計原則[J].科學與信息化，2018，（6）：69，71.