Moldflow軟件在汽車零件注塑模具設計中的運用研究

張永超

摘要：汽車制造業的飛速發展，促使汽車零件模具需求量逐年提升。一直以來，人們在開展模具設計時，都是根據自身設計經驗來完成的，這也導致模具設計方案的質量難以可靠保證。為此，本文便以某車窗玻璃導槽作為分析實例，探討了Moldflow軟件在汽車零件注塑模具設計中的具體運用，利用該軟件能夠對汽車注塑模具的冷卻方式及其最佳交口位置進行科學分析。此外，還能針對注塑模具設計中存在的困氣現象、翹曲變形等質量缺陷進行實時模擬分析，以使試模次數得到有效降低，進而提高汽車注塑模具的設計效率及質量。

關鍵詞：Moldflow軟件;汽車零件;注塑模具;模具設計

引言

自上世紀50年代起，我國便開始發展汽車產業，歷經半個世紀的發展，我國汽車產業的產業基礎變得愈發雄厚，汽車產量更是逐年增長，比亞迪、紅旗等汽車品牌產品的出現，使得富有中國鮮明特色的汽車產品開始走向全世界。隨著汽車產品性能的不斷提升，越來越多的塑料制品被應用于汽車之中，這也使汽車對塑料零件注塑模具有了更大的需求量。汽車設計人員在對注塑模具進行設計時，需要通過Moldflow軟件來對模具及零件成型過程中遇到的問題進行模擬與發現，進而使注塑模具設計方案得到便捷、高效地修改，從而使注塑模具生產周期得到縮短的同時，提高注塑模具制造質量。以下便對Moldflow軟件在汽車注塑模具設計中的相關運用進行研究。

1 Moldflow軟件介紹

在汽車制造領域中，Moldflow軟件是對汽車注塑模具進行成型仿真的重要工具。該軟件可幫助設計人員對汽車中的大量的塑料零件進行驗證優化，從而起到精簡注塑成型流程、提高注塑模具設計質量的作用。通過Moldflow軟件的應用，能夠使設計人員對零件的壁厚、材料交口位置、幾何形狀等內容進行仿真分析，進而使設計人員能夠在Moldflow軟件提供的幾何圖形支持下做出合理、科學的最終設計決策。通過Moldflow軟件能夠確保并行工程環境下，實現對注塑成型從制品設計、模具設計到注塑工藝的確定，進而有效解決了產品開發速度緩慢的問題。設計人員可以利用Moldflow軟件對不同澆口位置、冷卻系統、澆注系統等工藝條件進行模擬對比分析，以便于制定出最佳的注塑模具設計方案。采用Moldflow軟件可對模具結構進行優化，使試模次數得以大幅降低，開模成功率顯著提高，注塑成型工藝得到有效優化，并節約了大量的產品制造成本，生產企業也由此具備了更大的利潤空間。

2注塑模具的工藝性

本文將車窗玻璃導槽作為分析實例，該零件由熱塑性聚氨酯彈性體橡膠（TPU）制成，因車窗玻璃導槽在設計過程中需要保持良好的美觀性，所以需要保證零件表面的平整性和光滑性，不能出現裂紋，皺褶和翹曲等質量缺陷[1]。要想使上蓋零件和下蓋零件得以順利組裝，還要對該零件的周口部高度差進行控制。所以，該零件在成型時需要確保零件表面不會出現翹曲變形問題，同時保證零件表面的成型精度。

3模擬結果

3.1澆口位置分析

在對車窗玻璃導槽進行設計時，需要對其澆口位置及數量進行適當的選擇，以確保注塑壓力與保壓壓力的傳遞有效性[2]。一般來說，在選擇澆口位置時，主要是依據設計人員的工作經驗，這使最終澆口位置在選擇過程中，需要多次試模，而這勢必會投入大量的物力與財力。利用Moldflow軟件則可實現對澆口位置的最佳選擇，Moldflow軟件能夠以模具型腔內熔料流動平衡作為分析角度，特別是對于需要多點近郊的塑料模具，這使得該軟件在運用過程中擁有極高的參考價值。在進行注塑模具設計中，除了要對型腔填充進行考慮以外，更要對模具成型機構進行考慮。因此，某些情況下選擇的最佳澆口位置是難以滿足實際生產要求的，而這便要結合具體問題來進行相應的分析，通過Moldflow軟件分析可知，最佳進澆口位于零件重心位置，這樣澆品內的熔料在流動時是最平衡和均勻的。不過，生產商指出零件重心位置屬于工作平面，該位置不能存在澆口，但其指定的澆口位置卻難以保證熔料在澆品中的流動平衡性和均勻性，通過Moldflow軟件分析可知零件是無法達到使用要求的。

3.2翹曲變形問題的分析

在用Moldflow軟件開展翹曲分析時，需要事先優化冷卻分析與充填方式，在獲得合理結果以后，方可開展翹曲分析，其目的在于能夠對產品成型過程中可能產生變形翹曲等問題的原因進行準確判斷。Moldflow軟件所得出的翹曲分析結果取決于網絡類型和工藝參數。注塑模具在設計過程中出現嚴重的翹曲變形，其根源在于生產商指定的澆口位置材料過薄，從而使熔料在流動及填充過程中受到了阻礙，造成流動不均勻、不平衡。在模具保壓過程中，難以對壓力進行全面傳遞，進澆口周圍熔料在冷卻過程中堆積于薄壁處，致使模具的上表面和下表面產生了較大的溫差，從而使零件保壓受到了較大影響。要想使翹曲變形問題得到改善，就需要對冷卻條件進行變更，定模側的冷卻溫度應比動模側的冷卻溫度低5℃左右。

3.3困氣問題的分析

注塑零件在成形時氣體難以從模腔中排出，便會導致困氣問題的發生。而困氣問題的出現，將會對脫膜質量及零件成型質量造成影響。利用Moldflow軟件進行分析可以得知，困氣位置主要集中在零件表面凹槽位置，所以需要通過車窗玻璃導槽的零間隙來解決困氣問題，使熔料能夠均勻流動。

3.4熔接痕問題的分析

熔料在不同方向的前端冷卻時，會使零件結合位置產生熔接痕。大量熔接痕的產生會對零件強度及其外觀造成影響。所以需要在零件成型時，確保熔接痕能夠盡可能的挪到不受力區域，以此延長零件的使用壽命。通過Moldflow軟件分析可知，熔接痕并非集中在零件的受力處，因此不會對零件的強度及外觀造成較大影響。

3.5冷卻溫差分析

在融料冷卻過程中，會對注塑模具的設計質量造成很大影響。注塑模具產品的表面質量、結晶以及殘余內力等均會受到冷卻作用的影響[3]。通過Moldflow軟件對注塑模具的冷卻時間及溫度進行分析，能夠反映出其模具產品是否取得了良好的冷卻效果，并可依據冷卻持續時間來對產品的成型周期進行確定，使冷卻管道布局得到優化，進一步降低冷卻過程所消耗的時間，成型周期變得更短，生產效率得到極大提升，生產成本得到了有效節約。注塑模具的溫度會直接影響到熔料的充模流動、生產率、零件形狀及精度等，通過Moldflow軟件分析可知，冷卻水路的進水口與出水口溫度相差約為0.3℃左右，因溫差相對較小，所以能夠使模具溫度的分布均勻性得到一定改善。

結語

總而言之，要想保證注塑模具的設計質量，設計人員就需要將自身經驗和數值模擬進行結合，以此深入研究注塑模具的成型規律，縮短模具設計時間，使模具結構及其工藝參數得到有效優化，降低試模次數，進而取得更高的設計效率與工作質量。

參考文獻：

[1]劉世能.汽車零件注塑模具的CAE分析及設計研究[J].海峽科技與產業，2018（04）：41-42.

[2]王晟.Moldflow軟件在汽車燈具注塑模具設計中的應用[J].科技創新與應用，2017（16）：141.

[3]許旭飛.汽車零件注塑模具流道系統設計及參數優化[J].科技風，2015（07）：69+77.

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