Moldflow軟件在汽車輕量化制造中的應(yīng)用進展

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可對汽車輕量化塑件進行CAE分析，優(yōu)化塑件的產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計和工藝設(shè)計，提高塑件品質(zhì)的同時，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，有力推動汽車行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：Moldflow；汽車；輕量化；應(yīng)用進展

1 引言

2020年4月9日，在國務(wù)院聯(lián)防聯(lián)控機制新聞發(fā)布會上，國家發(fā)展改革委產(chǎn)業(yè)發(fā)展司副司長蔡榮華表示，目前，我國千人汽車保有量從原來不足10輛快速增至180多輛，已達全球平均水平，全國汽車保有量約2.6億輛。中國汽車產(chǎn)銷量已連續(xù)11年位居世界首位，消費規(guī)模仍不斷壯大，據(jù)預(yù)測，中國汽車保有量有望在2020年末超越美國。

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

對于汽車來說，合理減重利大于弊。有試驗表明，在動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)省開發(fā)成本、更好地加速、減少制動距離、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。目前，汽車輕量化已成為汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

2 Moldflow軟件簡介

塑料產(chǎn)品、模具設(shè)計與制造行業(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)計師、模具生產(chǎn)者、CAE分析師和塑件成型工程師對塑件設(shè)計、模具設(shè)計和成型過程進行驗證與優(yōu)化。從薄壁零件到厚壁、堅固的零件，均可運用軟件的參數(shù)設(shè)定和仿真結(jié)果對塑件材料的選擇、塑件的尺寸及形狀、澆口類型及開設(shè)位置影響成型進行研究。

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

2.1 MPA簡介

MPA包括以下兩個產(chǎn)品：產(chǎn)品顧問和模具顧問。MPA能對CAD輸入的實體進行分析，在較短的分析時間得出設(shè)計存在的問題，并提供具有實際價值的建議，縮短生產(chǎn)周期，為工程師對產(chǎn)品或模具的修正提供指導(dǎo)。

2.2 MPI簡介

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能仿真塑料成型過程，對熔體的流動、冷卻時間、高分子的取向、塑件的冷卻收縮和塑件翹曲等進行模擬及優(yōu)化，對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，縮短生產(chǎn)周期，以達到降低成本之目的。

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。為了實現(xiàn)燃油經(jīng)濟目標出臺了各種不同方案，汽車輕量化技術(shù)應(yīng)運而生，并成為大眾的最愛。物理樣機和測試既浪費成本又耗費時間，且返回的結(jié)果受到限制，然而通過仿真技術(shù)，可以充分探索不同的汽車輕量化設(shè)計機會。

汽車的輕量化部位主要有引擎蓋、前保險杠、座椅底座、油底殼和閥蓋等，他們在輕量化成型過程中，利用Moldflow軟件的功用信息見表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]作者運用Moldflow軟件對某汽車儀表板成型流動過程進行模擬仿真，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，增強了企業(yè)的競爭力。

李永泉等[3]借助Moldflow軟件，采用高抗沖聚丙烯K905汽車保險杠專用料，對某汽車前保險杠比例縮小模型進行模擬成型，優(yōu)化成型方案，減小翹曲變形。叢穆等[4]運用了Moldflow技術(shù)對某汽車前保險的成型進行研究，利用該保險杠現(xiàn)有成型參數(shù)，分析了高抗沖改性PP成型該保險杠的可行性，找出制品成型缺陷的原因，與成型實際進行比較，證實了分析結(jié)論的真實性，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，模擬了汽車后保險杠塑件注塑過程中的熔體流動行為，并通過針閥開關(guān)順序的控制，實現(xiàn)延時保壓產(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)濟效益。

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

李又兵等[7]運用Moldflow軟件對某款矯車保險杠進行研究，結(jié)合順序注射工藝，優(yōu)化了該保險杠熱流道注射成型工藝，解決成型中的澆注不均勻、翹曲變形等問題。林建兵[8]利用Moldflow軟件對某典型尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的汽車保險杠注塑件進行成型分析，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，對主要指標參數(shù)進行優(yōu)化，對產(chǎn)品缺陷進行有效控制，提升了分析結(jié)果與生產(chǎn)實際的高吻合度，實現(xiàn)高質(zhì)量塑件的產(chǎn)出，助力企業(yè)進軍高端汽車產(chǎn)品市場，促進模具工業(yè)的發(fā)展。

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

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軟件分析汽車儲物盒下蓋的成型過程，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軟件對汽車儲物箱的澆口位置、注射壓力等成型工藝進行模擬分析，并對模具設(shè)計方案進行優(yōu)化，進而指導(dǎo)實際，有效地提高企業(yè)效益。孫麗麗等[12]運用Moldflow軟件對某汽車內(nèi)置儲物盒進行研究，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，利用Moldflow軟件對澆口的最佳位置進行優(yōu)化，對澆注系統(tǒng)進行合理設(shè)計。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)凹的方向與開模方向不一致，模具設(shè)計了斜導(dǎo)柱—滑塊和斜頂混合式側(cè)向抽芯機構(gòu)，能保證模具正常開鎖模、高質(zhì)量產(chǎn)品的產(chǎn)出，經(jīng)濟價值重大。

胡學(xué)川等[14]等運用Moldflow軟件對某玻纖增強聚丙烯（GFRPP）復(fù)合材料的汽車中央控制面板進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、推薦注射時間等成型工藝條件，進而對材料進行玻纖取向的模擬分析，獲得產(chǎn)品的取向規(guī)劃，對產(chǎn)品的拉伸模量及力學(xué)性能進行預(yù)測，確保產(chǎn)品強度符合使用要求。

邵良臣等[15]運用Pro/E軟件對一款成本低、適用性強的汽車控制面板的旋鈕開關(guān)注塑模具的分型面、澆注系統(tǒng)等進行設(shè)計，模具采取一模兩腔和側(cè)澆口。為及時分析模具結(jié)構(gòu)是否存在缺陷，利用Moldflow軟件對該旋鈕開關(guān)的成型過程進行模擬仿真，證明模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、簡單緊湊、開合穩(wěn)定，并對回轉(zhuǎn)體類注塑產(chǎn)品的模具設(shè)計提供借鑒。

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]運用Moldflow軟件對聚丙烯PP—T20為原材料汽車前檔風(fēng)擋下裝飾板的注射成型過程進行模擬分析及驗證，針對可能出現(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)計制造中的難點，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對一種汽車后保險杠左右支架塑件的澆注系統(tǒng)進行驗證，在對充填時間、壓力和熔接痕等進行分析的基礎(chǔ)上，為設(shè)計模具提供依據(jù)，并得出注塑成型的工藝參數(shù)。

譚安平等[19]運用Moldflow軟件對某款汽車的后視鏡進行翹曲變形進行分析，對PC/ABS共混物注塑成型過程中的取向效應(yīng)、冷卻不均和收縮不均等三個主要因素進行分析，進而調(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，減小產(chǎn)品的翹曲變形量，將產(chǎn)品翹曲風(fēng)險降低在模具設(shè)計、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

2020年7月1日起，全國將全面實施國六排放標準，在汽車行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排和綠色排放，低碳經(jīng)濟已勢在必行。Moldflow軟件可優(yōu)化汽車塑料產(chǎn)品的模具設(shè)計與生產(chǎn)過程，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)的競爭力，為汽車輕量化提供技術(shù)支持，助力汽車工業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展。

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