汽車、摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，這一市場占整個模具市場的一半左右。隨著汽車工業(yè)的向前發(fā)展，汽車塑件對模具的要求日漸提高，傳統(tǒng)的模具設(shè)計方法已無法適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。CAE技術(shù)現(xiàn)在已成為塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計及產(chǎn)品加工中這些薄弱環(huán)節(jié)的最有效的輔助工具。本文為我們展示了美國Moldflow公司的注塑成形CAE技術(shù)的專業(yè)軟件Moldflow在汽車產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用實例。
汽車用塑料件應(yīng)用得越來越廣泛，比如，保險杠、儀表板、油箱、方向盤等大中型塑料模。據(jù)預(yù)測到2005年，汽車用塑料件制品只能滿足總需求量的50%左右。
與傳統(tǒng)的模具設(shè)計相比，計算機輔助工程（CAE）技術(shù)無論在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，還是在降低成本、減輕勞動強度等方面，都具有無可比擬的優(yōu)越性。美國Moldflow公司是專業(yè)從事注塑成形CAE技術(shù)軟件的咨詢公司，作為塑料成形分析軟件的創(chuàng)造者，自1976年發(fā)行了世界上第一套流動分析軟件以來，Moldflow公司一直主導(dǎo)著塑料成形CAE技術(shù)軟件市場。近幾年，在汽車、家電、電子通訊、化工、日用品等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
CAE技術(shù)的作用
CAE技術(shù)是在模具加工之前，通過計算機對整個注塑成形過程進(jìn)行模擬分析。CAE技術(shù)能夠準(zhǔn)確預(yù)測出熔體的填充、保壓、冷卻情況，制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布，以及制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具的設(shè)計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設(shè)計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質(zhì)量、降低成本等，都有著重大的技術(shù)革新和經(jīng)濟意義。因此，塑料模具設(shè)計的必然趨勢不但要采用CAD技術(shù)，而且還要采用CAE技術(shù)。
注塑成形分兩個階段，即：開發(fā)/設(shè)計階段（包括產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計、模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模、成形）。傳統(tǒng)的注塑方法在正式生產(chǎn)前由于設(shè)計人員憑經(jīng)驗與直覺設(shè)計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模。發(fā)現(xiàn)問題時，不僅需要重新設(shè)置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設(shè)計。這勢必增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。
CAE技術(shù)提供了從制品設(shè)計到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造之前，預(yù)測塑料熔體在型腔中的整個成形過程，幫助研判潛在的問題，有效地防止問題發(fā)生，大大縮短了開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。采用CAE技術(shù)，可以完全省略試模步驟。
CAE技術(shù)的應(yīng)用
近年來，CAE技術(shù)在注塑成形領(lǐng)域中的重要性日益增加，采用CAE技術(shù)可以全面解決注塑成形過程中出現(xiàn)的問題。CAE分析技術(shù)能成功地應(yīng)用于三組不同的生產(chǎn)過程：制品設(shè)計、模具設(shè)計、注塑成形。
1. 制品設(shè)計
制品設(shè)計者能用流動分析解決下列問題：
1）制品能全部注滿嗎？這一古老的問題仍為許多制品設(shè)計人員所注目，尤其是大型制件如蓋子、容器、家具等的設(shè)計者。
2）制件實際最小壁厚是多少？如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本。減小壁厚還可大大降低制件的循環(huán)時間，從而提高生產(chǎn)效率，降低塑件成本。
3）澆口位置合適嗎？采用CAE分析可使產(chǎn)品設(shè)計者在設(shè)計時具有充分選擇澆口位置的余地，確保設(shè)計的審美特性。
2. 模具設(shè)計和制造
CAE分析可在以下諸方面輔助設(shè)計者和制造者，以期得到良好的模具設(shè)計。
1）良好的充填形式：單向充填是一種好的注塑方式，它可以提高塑件內(nèi)部分子單向和穩(wěn)定的取向性。這種填充形式有助于避免因不同的分子取向所導(dǎo)致的翹曲變形。
2）最佳澆口位置與澆口數(shù)量：CAE分析可為設(shè)計者提供多種澆口位置的選擇方案并對其影響做出評價。
3）流道系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計：通過流動分析，可以幫助設(shè)計者設(shè)計出壓力平衡、溫度平衡或者 壓力、溫度均平衡的流道系統(tǒng)，還可對流道內(nèi)剪切速率和摩擦熱進(jìn)行評估，如此，便可避免材料的降解和型腔內(nèi)過高的熔體溫度。
4）冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計：通過分析冷卻系統(tǒng)對流動過程的影響，優(yōu)化冷卻管路的布局和工作條件，從而使冷卻均勻，并由此縮短成形周期，減少產(chǎn)品成形后的內(nèi)應(yīng)力。
5）減小反修成本：提高模具一次試模成功的可能性是CAE分析的一大優(yōu)點。
3.注塑成形
注塑者可望在制件成本、質(zhì)量和可加工性方面得到CAE技術(shù)的幫助。
1）更加寬廣更加穩(wěn)定的加工：“裕度” 流動分析對熔體溫度、模具溫度和注射速度等主要注塑加工參數(shù)提出一個目標(biāo)趨勢，通過流動分析，注塑者便可估定各個加工參數(shù)的正確值，并確定其變動范圍。會同模具設(shè)計者一起，他們可以結(jié)合使用最經(jīng)濟的加工設(shè)備，設(shè)定最佳的模具方案。
2）減小塑件應(yīng)力和翹曲：選擇最好的加工參數(shù)使塑件殘余應(yīng)力最小。
3）省料和減少過量充模：流道和型腔的設(shè)計采用平衡流動，有助于減少材料的使用和消除因局部過量注射所造成的翹曲變形。
4）最小的流道尺寸和回用料成本： 流動分析有助于選定最佳的流道尺寸，以減少澆道部分塑料的冷卻時間，從而縮短了整個注射成形的時間，減少了變成回收料或者廢料的澆道部分塑料的體積。
專業(yè)軟件Moldflow的應(yīng)用實例
1. 汽車通風(fēng)飾罩
采用氣體輔助注射成形，要求確定出澆口、氣口的位置與數(shù)量，預(yù)測氣體在氣道中的穿透情況及工藝參數(shù)。
1）建模
Moldflow通過圖形接口直接讀入CAD模型。模型及澆注系統(tǒng)如圖1所示，澆注系統(tǒng)初始設(shè)計使用一個側(cè)澆口和兩個氣口位置。
2）輸入工藝條件
最大注射壓力為55Mpa，氣體注射壓力為20Mpa，模溫50℃，熔體溫度為230℃，延遲時間為2.5s，氣道的等效直徑為9.6mm，冷卻時間 22s。
2.汽車儀表盤
對于大型模具來說，流動、保壓、冷卻等各方面參數(shù)均需嚴(yán)格控制，否則，稍有不慎，便有可能出現(xiàn)型腔填充不均衡、冷卻不均勻、變形及殘余應(yīng)力大等缺陷。通過對流動過程,冷卻過程與保壓過程的模擬分析，來優(yōu)化螺桿速率-位置曲線、保壓曲線及冷卻系統(tǒng)，并對翹曲變形進(jìn)行分析計算。
采用Moldflow氣輔成形分析技術(shù)，優(yōu)化了氣道的設(shè)計、工藝條件設(shè)置、保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短了開發(fā)周期。
（轉(zhuǎn)載）
