汽車零件注塑模具的CAE分析及設(shè)計(jì)研究

付娟（濟(jì)南恒潤達(dá)勞務(wù)服務(wù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

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汽車零件注塑模具的CAE分析及設(shè)計(jì)研究

付娟
（濟(jì)南恒潤達(dá)勞務(wù)服務(wù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

摘要：塑料在汽車工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，塑料應(yīng)用情況成為衡量汽車工藝的重要標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)汽車零件制造主要依靠設(shè)計(jì)人員的工作經(jīng)驗(yàn)，但是隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展這種依靠經(jīng)驗(yàn)的工作方式受到了制約。CAE技術(shù)能夠?qū)ζ嚵慵⑺苣＞哌M(jìn)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(jì)效益持續(xù)的提升。

關(guān)鍵詞：汽車零件；注塑模具；CAE技術(shù)

汽車工藝的發(fā)展受到設(shè)計(jì)要求的制約，特別是提升零件注塑模具設(shè)計(jì)水平較為重要。CAE技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠提升汽車工藝的發(fā)展水平。通過在設(shè)計(jì)階段利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)注塑模具的成型進(jìn)行模擬，能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)其中存在的問題并且制定具有針對(duì)性的措施進(jìn)行解決，這樣將會(huì)保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益不會(huì)受到影響，對(duì)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(xué)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(xué)物理模型，這樣應(yīng)用CAE技術(shù)最為關(guān)鍵的部分，也是模具注塑成型的主要特征。模具注塑是一個(gè)瞬變的過程，同時(shí)是在非等溫的情況下完成的。因此流動(dòng)數(shù)學(xué)物理模型的建立是進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。模型能夠更好的體現(xiàn)物質(zhì)、動(dòng)量的守恒。并且保證能量流動(dòng)的連續(xù)性。通過對(duì)動(dòng)能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)流體的表達(dá)會(huì)調(diào)整黏性流體與非黏性流體之間關(guān)系，而流體數(shù)學(xué)物理模型能夠更加直觀的對(duì)這種關(guān)系進(jìn)行說明，使人們對(duì)汽車零件注塑模具有著整體的認(rèn)識(shí)。

2　澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

澆注系統(tǒng)是對(duì)流道進(jìn)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(duì)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(yīng)用最為廣泛的類型，對(duì)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(shè)計(jì)上要保證產(chǎn)品的質(zhì)量、性能不會(huì)受到外觀等的影響。對(duì)于注塑模具的設(shè)計(jì)要強(qiáng)化澆注系統(tǒng)的研究工作。根據(jù)特點(diǎn)在模具設(shè)計(jì)上主要采用試差法進(jìn)行澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，經(jīng)過計(jì)算公式對(duì)流道尺寸等進(jìn)行調(diào)整，直到符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求為止。但是這個(gè)過程需要的費(fèi)用較高，要嚴(yán)格進(jìn)行成本控制，并且在一定程度上將會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。但是隨著CAE技術(shù)的不斷完善利用算法對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)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(duì)流道和繞口在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的原則作簡(jiǎn)要介紹。分流道是連接主流道和饒口的進(jìn)料通道,是多澆口模具澆注系統(tǒng)的重要組成部分，其對(duì)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(shè)在分型面上，以便開模時(shí)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(shè)計(jì)時(shí)不僅要求熔體通過分流道時(shí)的溫度下降和壓力損失都應(yīng)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(gè)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(duì)于復(fù)雜的生產(chǎn)流程進(jìn)行簡(jiǎn)化，需要在多角度對(duì)CAE技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行綜合分析。

3　分流道設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

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(duì)稱是控制總面積的最好方式?；蛘咴诤侠淼囊笙卤ＷC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(shè)計(jì)的過程中要充分的考慮系統(tǒng)布局，能夠在冷卻空間中對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行確定。

4　冷卻分析作用

傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要依靠的是設(shè)計(jì)人員的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于冷卻系統(tǒng)的了解程度是進(jìn)行冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。同時(shí)需要進(jìn)行反復(fù)的調(diào)試才能夠應(yīng)用到實(shí)踐中。但是CAE技術(shù)的應(yīng)用能夠解決這種問題，利用Moldflow軟件對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行傳熱模擬，設(shè)計(jì)人員會(huì)通過計(jì)算機(jī)呈現(xiàn)的熱量變化對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效果進(jìn)行合理性檢驗(yàn)，對(duì)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行過程中的問題進(jìn)行分析，制定具有針對(duì)性的解決措施，這樣就為冷卻系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)提供保障。

冷卻系統(tǒng)對(duì)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(duì)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行中的數(shù)值進(jìn)行模擬，將會(huì)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(shí)現(xiàn)冷卻回路設(shè)置的合理性優(yōu)化配置，并且能夠降低設(shè)計(jì)周期，控制設(shè)計(jì)成本投入，保證生產(chǎn)質(zhì)量。

5　冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

為了能夠保證冷卻效果，使注塑模具質(zhì)量不會(huì)受到影響，要保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則下開展。針對(duì)這種情況要對(duì)冷卻管道進(jìn)行合理的布局，使選擇8 mm以上的管道路徑，同時(shí)各個(gè)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(jìn)行冷卻。進(jìn)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(shè)計(jì)

對(duì)于冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，傳熱學(xué)對(duì)于冷卻系統(tǒng)有著明確的規(guī)定，通過計(jì)算管道直徑結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)能夠更好的進(jìn)行模具布局。在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候主要應(yīng)用Moldflow軟件，這是對(duì)模具進(jìn)行初步設(shè)計(jì)分析的重要載體，能夠明確模塊存在的問題，制定具有針對(duì)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(dǎo)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(duì)翹曲的主要問題可以通過實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行確認(rèn)，通過設(shè)計(jì)強(qiáng)化將會(huì)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(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于翹曲的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

在傳統(tǒng)模具注塑的過程中只有在完成模具設(shè)計(jì)之后在根據(jù)工作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行注塑，這種設(shè)計(jì)方式需要通過反復(fù)調(diào)試，才能夠找到合理的生產(chǎn)需求應(yīng)用到實(shí)踐中。在一定程度上造成了資源的浪費(fèi)，制約了新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。但是通過CAE技術(shù)能夠預(yù)測(cè)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(duì)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(huì)受到影響。同時(shí)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(yīng)力導(dǎo)致的。模具在模擬成型的過程中受到影響導(dǎo)致工藝參數(shù)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，這種改變將會(huì)影響到汽車零件的質(zhì)量。通常情況下模具在注塑的時(shí)候會(huì)受到冷熱不均的情況，導(dǎo)致脫模質(zhì)量受到影響。冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)或者是冷熱管道分布不合理都會(huì)對(duì)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(yīng)力會(huì)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(dòng)具有差異性，這種分子流動(dòng)效果在平行或者垂直都會(huì)導(dǎo)致收縮不同，為了能夠解決分子流動(dòng)效應(yīng)，應(yīng)該增強(qiáng)塑料纖維，這樣能夠避免產(chǎn)品出現(xiàn)翹曲變形。針對(duì)注塑過程中出現(xiàn)的收縮不均情況可以對(duì)不同區(qū)域進(jìn)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(shè)置上要進(jìn)行完善，要特別重視保壓曲線進(jìn)行調(diào)整，通過保壓時(shí)間對(duì)曲線進(jìn)行影響。

6　結(jié)語

CAE技術(shù)在汽車零件注塑模具工藝中得到了廣泛的應(yīng)用，隨著對(duì)模具工藝的進(jìn)一步分析，能夠在直觀的感受到汽車零件注塑模具設(shè)計(jì)存在的問題，并且根據(jù)特點(diǎn)制定具有針對(duì)性的修改方式，設(shè)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(yīng)用CAE技術(shù)是未來的發(fā)展主要趨勢(shì)。

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CAE analysis and design of automotive parts injection mold

中圖分類號(hào)：TQ320.52

文章編號(hào)：1009-797X(2016)12-0076-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.031

作者簡(jiǎn)介：付娟（1985-）, 女，本科，助理工程師, 研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。

收稿日期：2016-05-15。