付娟（濟南恒潤達勞務服務有限公司，山東 濟南 250000）

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汽車零件注塑模具的CAE分析及設計研究

付娟
（濟南恒潤達勞務服務有限公司，山東 濟南 250000）

摘要：塑料在汽車工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用，塑料應用情況成為衡量汽車工藝的重要標準。傳統(tǒng)汽車零件制造主要依靠設計人員的工作經(jīng)驗，但是隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展這種依靠經(jīng)驗的工作方式受到了制約。CAE技術能夠?qū)ζ嚵慵⑺苣＞哌M行模擬分析，能夠解決汽車零件注塑模具存在的問題，提升塑料模具的成型率，在根本上能夠控制成本投入，保證在生產(chǎn)周期中完工。使企業(yè)的經(jīng)濟效益持續(xù)的提升。

關鍵詞：汽車零件；注塑模具；CAE技術

汽車工藝的發(fā)展受到設計要求的制約，特別是提升零件注塑模具設計水平較為重要。CAE技術在汽車設計領域的應用，能夠提升汽車工藝的發(fā)展水平。通過在設計階段利用計算機技術對注塑模具的成型進行模擬，能夠及時的發(fā)現(xiàn)其中存在的問題并且制定具有針對性的措施進行解決，這樣將會保證企業(yè)的經(jīng)濟效益不會受到影響，對于汽車工業(yè)的發(fā)展具有現(xiàn)代的重要意義。

1　流體數(shù)學物理模型

在汽車零件注塑模具過程中要構(gòu)建流體數(shù)學物理模型，這樣應用CAE技術最為關鍵的部分，也是模具注塑成型的主要特征。模具注塑是一個瞬變的過程，同時是在非等溫的情況下完成的。因此流動數(shù)學物理模型的建立是進行設計的基礎。模型能夠更好的體現(xiàn)物質(zhì)、動量的守恒。并且保證能量流動的連續(xù)性。通過對動能進行運動流體的表達會調(diào)整黏性流體與非黏性流體之間關系，而流體數(shù)學物理模型能夠更加直觀的對這種關系進行說明，使人們對汽車零件注塑模具有著整體的認識。

2　澆注系統(tǒng)設計及優(yōu)化

澆注系統(tǒng)是對流道進行的完善重要步驟，是連接模具注塑流道與型腔之間的通道，對于產(chǎn)品成型質(zhì)量有著直接的影響。普通流道與無流道澆注系統(tǒng)是兩種應用最為廣泛的類型，對于主流道與分流道作用有著明顯的區(qū)別。澆注系統(tǒng)在設計上要保證產(chǎn)品的質(zhì)量、性能不會受到外觀等的影響。對于注塑模具的設計要強化澆注系統(tǒng)的研究工作。根據(jù)特點在模具設計上主要采用試差法進行澆注系統(tǒng)的設計工作，經(jīng)過計算公式對流道尺寸等進行調(diào)整，直到符合系統(tǒng)設計要求為止。但是這個過程需要的費用較高，要嚴格進行成本控制，并且在一定程度上將會影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，嚴重的時候會導致產(chǎn)品報廢。但是隨著CAE技術的不斷完善利用算法對澆注系統(tǒng)進行優(yōu)化，對于提升注塑模具質(zhì)量有著重要的意義。

注塑模澆注系統(tǒng)組成澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、繞口和冷料井組成，下面對流道和繞口在設計時應遵循的原則作簡要介紹。分流道是連接主流道和饒口的進料通道,是多澆口模具澆注系統(tǒng)的重要組成部分，其對充模保壓過程影響很大。普通澆注系統(tǒng)的分流道一般開設在分型面上，以便開模時脫出澆道凝料。

由于分流道要將高溫高壓的塑料熔體流向從主流道轉(zhuǎn)換到模腔，所以設計時不僅要求熔體通過分流道時的溫度下降和壓力損失都應盡可能小，而且還要求分流道能夠平穩(wěn)均衡地將熔體分配到各個模腔。保證分流道尺寸形狀更加的合理，使產(chǎn)品的質(zhì)量能夠符合系統(tǒng)的要求，對于復雜的生產(chǎn)流程進行簡化，需要在多角度對CAE技術的應用進行綜合分析。

3　分流道設計注意事項

在模具注塑成型的過程中要控制好分流道的截面積，使分流道的分布能夠更加的緊湊，保持合理間距，中心或者軸對稱是控制總面積的最好方式。或者在合理的要求下保證分流道長度能夠盡量短些，與型腔中分流道長度相等是最好的。在總體設計的過程中要充分的考慮系統(tǒng)布局，能夠在冷卻空間中對系統(tǒng)運行方式進行確定。

4　冷卻分析作用

傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)設計主要依靠的是設計人員的工作經(jīng)驗，對于冷卻系統(tǒng)的了解程度是進行冷卻系統(tǒng)設計的主要依據(jù)。同時需要進行反復的調(diào)試才能夠應用到實踐中。但是CAE技術的應用能夠解決這種問題，利用Moldflow軟件對冷卻系統(tǒng)進行傳熱模擬，設計人員會通過計算機呈現(xiàn)的熱量變化對系統(tǒng)運行效果進行合理性檢驗，對冷卻系統(tǒng)運行過程中的問題進行分析，制定具有針對性的解決措施，這樣就為冷卻系統(tǒng)的合理設計提供保障。

冷卻系統(tǒng)對于模具成型質(zhì)量有著直接的影響，能夠提升生產(chǎn)效率。因此對冷卻系統(tǒng)運行中的數(shù)值進行模擬，將會為優(yōu)化冷卻系統(tǒng)布局以及工藝參數(shù)發(fā)揮作用，使冷卻系統(tǒng)注塑更加均衡。實現(xiàn)冷卻回路設置的合理性優(yōu)化配置，并且能夠降低設計周期，控制設計成本投入，保證生產(chǎn)質(zhì)量。

5　冷卻系統(tǒng)設計原則

為了能夠保證冷卻效果，使注塑模具質(zhì)量不會受到影響，要保證系統(tǒng)設計原則下開展。針對這種情況要對冷卻管道進行合理的布局，使選擇8 mm以上的管道路徑，同時各個管道規(guī)格要相同。水孔型腔距離要相等，這樣能夠在澆口附近進行冷卻。進出水口的溫差要盡量縮小，保證流道中的壓差與損失壓力相一致。

5.1冷卻系統(tǒng)設計

對于冷卻系統(tǒng)的設計要在傳統(tǒng)設計基礎上進行優(yōu)化，傳熱學對于冷卻系統(tǒng)有著明確的規(guī)定，通過計算管道直徑結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)能夠更好的進行模具布局。在進行優(yōu)化設計的時候主要應用Moldflow軟件，這是對模具進行初步設計分析的重要載體，能夠明確模塊存在的問題，制定具有針對性的解決措施，使冷卻系統(tǒng)能夠符合注塑模具的規(guī)定。

5.2塑件翹曲變形原因

翹曲變形是塑件形狀變化超出了可以接受的范圍，導致質(zhì)量品質(zhì)存在缺陷。平行變形是翹曲的主要形式，在角邊部分產(chǎn)生的扭曲是翹曲的主要部位。針對翹曲的主要問題可以通過實驗方式進行確認，通過設計強化將會改善這種情況，豐富理論分析。翹曲變形是模具注塑較為常見的變化，也是衡量模具質(zhì)量的關鍵標準，對于翹曲的研究具有現(xiàn)實意義。

在傳統(tǒng)模具注塑的過程中只有在完成模具設計之后在根據(jù)工作人員的經(jīng)驗進行注塑，這種設計方式需要通過反復調(diào)試，才能夠找到合理的生產(chǎn)需求應用到實踐中。在一定程度上造成了資源的浪費，制約了新產(chǎn)品設計。但是通過CAE技術能夠預測模具注塑發(fā)生的翹曲情況，通過建立模型能夠直觀的感受到翹曲變化，提出具有針對性的優(yōu)化措施，提升模具成型效率，保證注塑模具的質(zhì)量不會受到影響。同時也是控制翹曲變化的重要方式，為解決翹曲問題提供全新的發(fā)展思路。產(chǎn)品翹曲變形主要是由于受力不均，內(nèi)部應力導致的。模具在模擬成型的過程中受到影響導致工藝參數(shù)會發(fā)生相應的改變，這種改變將會影響到汽車零件的質(zhì)量。通常情況下模具在注塑的時候會受到冷熱不均的情況，導致脫模質(zhì)量受到影響。冷卻系統(tǒng)設計或者是冷熱管道分布不合理都會對脫模之后的產(chǎn)品造成直接的影響。

產(chǎn)品在收縮過程中內(nèi)部出現(xiàn)的應力會隨著溫度的變化產(chǎn)生不同的作用力，最終形成翹曲變形。分子在不同溫度下的流動具有差異性，這種分子流動效果在平行或者垂直都會導致收縮不同，為了能夠解決分子流動效應，應該增強塑料纖維，這樣能夠避免產(chǎn)品出現(xiàn)翹曲變形。針對注塑過程中出現(xiàn)的收縮不均情況可以對不同區(qū)域進行面積控制，降低收縮差異性。翹曲優(yōu)化根據(jù)上述塑件翹曲變形原因主要原因開展。收縮不均是造成翹曲的主要原因，因此在工藝參數(shù)的設置上要進行完善，要特別重視保壓曲線進行調(diào)整，通過保壓時間對曲線進行影響。

6　結(jié)語

CAE技術在汽車零件注塑模具工藝中得到了廣泛的應用，隨著對模具工藝的進一步分析，能夠在直觀的感受到汽車零件注塑模具設計存在的問題，并且根據(jù)特點制定具有針對性的修改方式，設置完整的參考數(shù)據(jù)。在根本上能夠提升注塑模具的質(zhì)量。在汽車零

件注塑模具中應用CAE技術是未來的發(fā)展主要趨勢。

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CAE analysis and design of automotive parts injection mold

中圖分類號：TQ320.52

文章編號：1009-797X(2016)12-0076-03

文獻標識碼：B

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.031

作者簡介：付娟（1985-）, 女，本科，助理工程師, 研究方向為機械設計制造及其自動化。

收稿日期：2016-05-15。