邱志文

摘要：輕量化技術(shù)契合汽車行業(yè)的綠色發(fā)展，該技術(shù)能保證汽車的強(qiáng)度和使用安全，減少尾氣污染。高分子材料在輕量化的“以塑代鋼”領(lǐng)域中，Moldflow可對(duì)汽車輕量化塑件進(jìn)行CAE分析，優(yōu)化塑件的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，提高塑件品質(zhì)的同時(shí)，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，有力推動(dòng)汽車行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：Moldflow；汽車；輕量化；應(yīng)用進(jìn)展

1 引言

2020年4月9日，在國(guó)務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制新聞發(fā)布會(huì)上，國(guó)家發(fā)展改革委產(chǎn)業(yè)發(fā)展司副司長(zhǎng)蔡榮華表示，目前，我國(guó)千人汽車保有量從原來(lái)不足10輛快速增至180多輛，已達(dá)全球平均水平，全國(guó)汽車保有量約2.6億輛。中國(guó)汽車產(chǎn)銷量已連續(xù)11年位居世界首位，消費(fèi)規(guī)模仍不斷壯大，據(jù)預(yù)測(cè)，中國(guó)汽車保有量有望在2020年末超越美國(guó)。

汽車輕量化（Lightweight of Automobile），是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低汽車尾氣排放[1]。汽車輕量化的標(biāo)志性事件見(jiàn)表1。

對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，合理減重利大于弊。有試驗(yàn)表明，在動(dòng)力等客觀性能不變的情況下，汽車每減重10%，油耗可降低6%～8%，在節(jié)省開(kāi)發(fā)成本、更好地加速、減少制動(dòng)距離、增加操作穩(wěn)定性以及提高車輛的安全性等方面都有著明顯的優(yōu)勢(shì)。目前，汽車輕量化已成為汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2 Moldflow軟件簡(jiǎn)介

塑料產(chǎn)品、模具設(shè)計(jì)與制造行業(yè)是Moldflow軟件的應(yīng)用領(lǐng)域，能仿真注塑成型。Moldflow能幫助塑料制產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、模具生產(chǎn)者、CAE分析師和塑件成型工程師對(duì)塑件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和成型過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)證與優(yōu)化。從薄壁零件到厚壁、堅(jiān)固的零件，均可運(yùn)用軟件的參數(shù)設(shè)定和仿真結(jié)果對(duì)塑件材料的選擇、塑件的尺寸及形狀、澆口類型及開(kāi)設(shè)位置影響成型進(jìn)行研究。

Moldflow系列產(chǎn)品有：快速試模分析（Moldflow Plastic Advisers，MPA）、高級(jí)成型分析（Moldflow Plastic Insight，MPI）、專家試模系統(tǒng)（Moldflow Manufacturing Solution，MMS）和塑件顧問(wèn)系列（Moldflow Plastic Advisers），其中MPA和MPI是主要產(chǎn)品。

2.1 MPA簡(jiǎn)介

MPA包括以下兩個(gè)產(chǎn)品：產(chǎn)品顧問(wèn)和模具顧問(wèn)。MPA能對(duì)CAD輸入的實(shí)體進(jìn)行分析，在較短的分析時(shí)間得出設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，并提供具有實(shí)際價(jià)值的建議，縮短生產(chǎn)周期，為工程師對(duì)產(chǎn)品或模具的修正提供指導(dǎo)。

2.2 MPI簡(jiǎn)介

MPI主要提供以下功能模塊：有限元解決方案、基本分析模塊、常用分析模塊和其他分析模塊。

MPI能仿真塑料成型過(guò)程，對(duì)熔體的流動(dòng)、冷卻時(shí)間、高分子的取向、塑件的冷卻收縮和塑件翹曲等進(jìn)行模擬及優(yōu)化，對(duì)塑料原材料的合理選擇提供幫助，確保高質(zhì)量塑件產(chǎn)出的同時(shí)，縮短生產(chǎn)周期，以達(dá)到降低成本之目的。

3 Moldflow軟件在汽車輕量化制造中的作用

在汽車領(lǐng)域，政府法規(guī)要求 （CAFE） 和用戶低油耗需求不斷增加。為了實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)目標(biāo)出臺(tái)了各種不同方案，汽車輕量化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并成為大眾的最愛(ài)。物理樣機(jī)和測(cè)試既浪費(fèi)成本又耗費(fèi)時(shí)間，且返回的結(jié)果受到限制，然而通過(guò)仿真技術(shù)，可以充分探索不同的汽車輕量化設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)。

汽車的輕量化部位主要有引擎蓋、前保險(xiǎn)杠、座椅底座、油底殼和閥蓋等，他們?cè)谳p量化成型過(guò)程中，利用Moldflow軟件的功用信息見(jiàn)表2。

4 Moldflow軟件在汽車輕量化制造中的典型應(yīng)用

4.1 Moldflow軟件在汽車大型塑件成型中的應(yīng)用

余玲等[2]作者運(yùn)用Moldflow軟件對(duì)某汽車儀表板成型流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，采用閥式控制技術(shù)，提高澆注系統(tǒng)的合理性，預(yù)見(jiàn)塑料品質(zhì)、優(yōu)化成型工藝參數(shù)，充填效果較理想，塑件品質(zhì)得以提升，生產(chǎn)周期縮短，幫助企業(yè)控制成本，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

李永泉等[3]借助Moldflow軟件，采用高抗沖聚丙烯K905汽車保險(xiǎn)杠專用料，對(duì)某汽車前保險(xiǎn)杠比例縮小模型進(jìn)行模擬成型，優(yōu)化成型方案，減小翹曲變形。叢穆等[4]運(yùn)用了Moldflow技術(shù)對(duì)某汽車前保險(xiǎn)的成型進(jìn)行研究，利用該保險(xiǎn)杠現(xiàn)有成型參數(shù)，分析了高抗沖改性PP成型該保險(xiǎn)杠的可行性，找出制品成型缺陷的原因，與成型實(shí)際進(jìn)行比較，證實(shí)了分析結(jié)論的真實(shí)性，并利用分析結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)，優(yōu)化成型方案，提高開(kāi)發(fā)的成功率，降低生產(chǎn)成本。張學(xué)良等[5]利用Moldflow軟件，模擬了汽車后保險(xiǎn)杠塑件注塑過(guò)程中的熔體流動(dòng)行為，并通過(guò)針閥開(kāi)關(guān)順序的控制，實(shí)現(xiàn)延時(shí)保壓產(chǎn)品的不同部分，促使塑件壓力均勻分布、注塑鎖模力得以降低，減少了翹曲變形，縮短了生產(chǎn)周期，使模具結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)得到優(yōu)化，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

湯小東[6]利用Moldflow軟件對(duì)汽車前格柵產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)的相關(guān)環(huán)節(jié)與填充進(jìn)行分析，優(yōu)化了模具設(shè)計(jì)，使模具設(shè)計(jì)與澆注系統(tǒng)更科學(xué)、合理，并對(duì)成型過(guò)程進(jìn)行模擬，在具體、全面分析成型過(guò)程的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)降低成型風(fēng)險(xiǎn)、減少生產(chǎn)成本，為客戶在盡可能短時(shí)間里提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，有效地提升了客戶對(duì)企業(yè)的認(rèn)可度。

李又兵等[7]運(yùn)用Moldflow軟件對(duì)某款矯車保險(xiǎn)杠進(jìn)行研究，結(jié)合順序注射工藝，優(yōu)化了該保險(xiǎn)杠熱流道注射成型工藝，解決成型中的澆注不均勻、翹曲變形等問(wèn)題。林建兵[8]利用Moldflow軟件對(duì)某典型尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的汽車保險(xiǎn)杠注塑件進(jìn)行成型分析，獲得填充、保壓和冷卻等主要工藝參數(shù)，在分析產(chǎn)品缺陷產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，對(duì)主要指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)產(chǎn)品缺陷進(jìn)行有效控制，提升了分析結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際的高吻合度，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量塑件的產(chǎn)出，助力企業(yè)進(jìn)軍高端汽車產(chǎn)品市場(chǎng)，促進(jìn)模具工業(yè)的發(fā)展。

何建林等[9]利用Moldflow軟件，對(duì)汽車前格柵本體的注塑成型進(jìn)行模擬研究，對(duì)澆注系統(tǒng)的合理性進(jìn)行判定，預(yù)判成型中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提高試模效率，產(chǎn)品質(zhì)量得以保證，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力與品牌價(jià)值。

4.2 Moldflow技術(shù)在汽車內(nèi)飾件成型中的典型應(yīng)用

劉曉藝等[10]利用Moldflow軟件分析汽車儲(chǔ)物盒下蓋的成型過(guò)程，找出缺陷產(chǎn)生的原因，選擇生產(chǎn)周期短、表面質(zhì)量好、翹曲變形小的最優(yōu)方案。湯小東[11]借助Moldflow軟件對(duì)汽車儲(chǔ)物箱的澆口位置、注射壓力等成型工藝進(jìn)行模擬分析，并對(duì)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)際，有效地提高企業(yè)效益。孫麗麗等[12]運(yùn)用Moldflow軟件對(duì)某汽車內(nèi)置儲(chǔ)物盒進(jìn)行研究，以模流分析得到的注塑成型工藝數(shù)據(jù)為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，優(yōu)化成型工藝參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

趙明娟等[13]根據(jù)汽車內(nèi)飾物鎖本體塑件外形不規(guī)則、壁厚不均的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用Moldflow軟件對(duì)澆口的最佳位置進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。根據(jù)產(chǎn)品的尺寸及精度要求，模具采取一模兩腔，效率得以提高。由于塑件的側(cè)孔和側(cè)凹的方向與開(kāi)模方向不一致，模具設(shè)計(jì)了斜導(dǎo)柱—滑塊和斜頂混合式側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，能保證模具正常開(kāi)鎖模、高質(zhì)量產(chǎn)品的產(chǎn)出，經(jīng)濟(jì)價(jià)值重大。

胡學(xué)川等[14]等運(yùn)用Moldflow軟件對(duì)某玻纖增強(qiáng)聚丙烯（GFRPP）復(fù)合材料的汽車中央控制面板進(jìn)行注塑成型模擬分析，取得最大注射壓力、推薦模具溫度、推薦熔體溫度、推薦注射時(shí)間等成型工藝條件，進(jìn)而對(duì)材料進(jìn)行玻纖取向的模擬分析，獲得產(chǎn)品的取向規(guī)劃，對(duì)產(chǎn)品的拉伸模量及力學(xué)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，確保產(chǎn)品強(qiáng)度符合使用要求。

邵良臣等[15]運(yùn)用Pro/E軟件對(duì)一款成本低、適用性強(qiáng)的汽車控制面板的旋鈕開(kāi)關(guān)注塑模具的分型面、澆注系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，模具采取一模兩腔和側(cè)澆口。為及時(shí)分析模具結(jié)構(gòu)是否存在缺陷，利用Moldflow軟件對(duì)該旋鈕開(kāi)關(guān)的成型過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，證明模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)單緊湊、開(kāi)合穩(wěn)定，并對(duì)回轉(zhuǎn)體類注塑產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)提供借鑒。

4.3 Moldflow技術(shù)在汽車外飾件成型中的典型應(yīng)用

周章添等[16]運(yùn)用Moldflow軟件對(duì)聚丙烯PP—T20為原材料汽車前檔風(fēng)擋下裝飾板的注射成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析及驗(yàn)證，針對(duì)可能出現(xiàn)的熔接痕、缺口和縮痕等外觀缺陷，提出改變澆口數(shù)量和位置來(lái)優(yōu)化熔接痕，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短模具生產(chǎn)周期，極大地提高了生產(chǎn)效率。

孫先明等[17]運(yùn)用Moldflow軟件模擬分析了汽車車燈透明面罩，解決了產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)制造中的難點(diǎn)，優(yōu)化了模具型腔的排布、澆口類型和熱流道的選擇、分流道的設(shè)計(jì)和注塑工藝參數(shù)的設(shè)定等，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，生產(chǎn)成本得到很好的控制，并提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定性與產(chǎn)品的質(zhì)量。

黃力等[18]利用Moldflow對(duì)一種汽車后保險(xiǎn)杠左右支架塑件的澆注系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，在對(duì)充填時(shí)間、壓力和熔接痕等進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，為設(shè)計(jì)模具提供依據(jù)，并得出注塑成型的工藝參數(shù)。

譚安平等[19]運(yùn)用Moldflow軟件對(duì)某款汽車的后視鏡進(jìn)行翹曲變形進(jìn)行分析，對(duì)PC/ABS共混物注塑成型過(guò)程中的取向效應(yīng)、冷卻不均和收縮不均等三個(gè)主要因素進(jìn)行分析，進(jìn)而調(diào)整模具澆口位置和保壓參數(shù)，優(yōu)化冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減小產(chǎn)品的翹曲變形量，將產(chǎn)品翹曲風(fēng)險(xiǎn)降低在模具設(shè)計(jì)、制造之前，有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

2020年7月1日起，全國(guó)將全面實(shí)施國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)，在汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和綠色排放，低碳經(jīng)濟(jì)已勢(shì)在必行。Moldflow軟件可優(yōu)化汽車塑料產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程，從小型零件到大型零件、從薄壁零件到厚壁零件，模擬分析的準(zhǔn)確度高，并有效地提升汽車塑件的質(zhì)量、降低汽車塑件的制造成本以及提高汽車塑件生產(chǎn)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，為汽車輕量化提供技術(shù)支持，助力汽車工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展。

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