Moldflow軟件在汽車燈具注塑模具設計中的應用

王晟

摘 要：為了獲得汽車燈具注塑模具最優設計方案，提出一種基于Moldflow軟件的汽車燈具注塑模具的設計方法。詳細闡述了Moldflow軟件在汽車燈具注塑模具中的設計方法，并進行了模擬實驗。為汽車燈具注塑模具的設計提供了重要的參考依據。

關鍵詞：Moldflow軟件；汽車燈具；注塑模具

1 概述

隨著我國汽車產業的迅猛發展，人們對汽車的質量要求也越來越高[1]。汽車燈具不僅是影響著汽車日常行駛安全的部件，同時也是影響車輛品牌識別性、現代感和個性化的重要部件[2]。因此，如何提高汽車燈具的設計與制造水平，已經成為當前汽車制造領域中的一個研究熱點，受到了越來越多人們的關注。在汽車燈具注塑模具成型的過程中，如何提高注塑成型的工藝水平是一個復雜的問題[3]。利用傳統方法對汽車燈具注塑模具設計，產品具有次品率高、效率低等缺陷，難以滿足汽車生產的實際需要。隨著計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技術的發展，尤其是Moldflow軟件的出現，使汽車燈具注塑模具的設計的整個過程，提供了可靠的保障。實際上，Moldflow軟件被廣泛應用于各種注塑模具的設計中。利用Moldflow軟件進行汽車燈具注塑模具設計的過程中，需要選擇制作模具的材料，軟件自帶一個豐富的材料數據庫，數據庫中包含相應材料的詳細數據，可以為汽車燈具注塑模具設計提供詳細的指導。為此，提出一種基于Moldflow軟件的汽車燈具注塑模具的設計方法。

2 汽車燈具注塑模具的CAE設計方法

汽車燈具注塑模具的CAE設計方法主要包括3個步驟，分別為：

（1）根據連續介質力學、塑料加工流變學和熱傳遞學等理論，建立汽車燈具注塑的數學模型。

（2）根據汽車燈具注塑成型過程中的壓力場、溫度場等參數，建立汽車燈具注塑的定量計算模型。

（3）根據步驟（1）、（2），利用計算機圖像處理技術，在計算機顯示器上直觀、形象地顯示汽車燈具注塑成型過程中的動態注塑冷卻過程。

根據上述方法可建立汽車燈具注塑模型，綜合流動分析網格法與有限元法對模型進行求解，能夠獲得汽車燈具在實際的注塑過程中壓力場、溫度場隨時間的變化情況。

在汽車燈具注塑模具設計中，首先需要建立模型的直角坐標系。在直角坐標系內，汽車燈具注塑模型的連續性公式為■+■；其中，汽車燈具注塑模型在x方向的動量方程為■-■？濁■=0；汽車燈具注塑模型在y方向的動量方程為■-■？濁■=0。在整個注塑過程中，保持能量守恒。能量守恒方程為？籽Cp■+u■+v■=k■+？濁？酌和？姿=■■+■■■。在上述公式中，b為燈具注塑的厚度；u和v分別為在x、y方向上的注塑速度；？籽、Cp、k和t分別為熔體的密度、比定壓熱容熱導率和時間；P、T、？濁分別為熔體的壓力、溫度和黏度；？酌為剪切速率。

3 基于Moldflow軟件的汽車燈具注塑模具設計方法

3.1 汽車燈具的特點分析

文中分析的汽車燈具為日產旗下的某款轎車的前光燈，燈壁較薄，尺寸較大，塑件形狀復雜。長x寬x高=380mm×223mm×140mm，塑件背面遍布卡槽、孔、筋骨等細微結構，塑件的基本薄厚為2.3mm，最小壁厚為1.6mm，對燈具注塑模具的設計與注塑工藝的要求較高。

3.2 建模前的有限元分析

首先將在計算機上建立的汽車燈具注塑模具的三維模型導出為Model文件，并利用Moldflow CAD Doctor3.0進行處理。為了提高網格的匹配率，在不影響精度的前提下，需要利用Moldflow軟件去掉一些倒角、圓角等冗余特征。接下來，將其保存為UDM格式的文件，并保存在Model下的新建項目中，利用Moldflow軟件中的網格劃分功能對文件進行網格劃分。在網格劃分的過程中忽略塑件厚度的溫度分布。網格劃分結束后需要進行細微的修正，確保網格質量符合數字模擬的要求。

汽車燈具注塑模具的材料選用的是美國GE公司生產的聚碳酸酯ML7687材料。根據該材料的物理特性，將工藝參數設置為：模溫38℃，熔體溫度240℃，v/p（速度/壓力）之比為96%，注塑壓力為130MPa，注塑壓力與保壓壓力之比為5：4，保壓時間為20s。

3.3 實體模型的建立

利用Pro/Engineer軟件建立汽車燈具注塑模具的實體模型，并保存為STL模型，并將其導入Moldflow軟件中，利用MPI的前處理器生成汽車燈具注塑模具的有限元網格模型，該網格模型中包括4724個三角形單元。

3.4 確定最優澆口位置

模具澆口位置是影響注塑質量的重要因素。在澆口的設計中，需要確定澆口的位置、大小、數量和形狀。其中澆口的位置和數量影響著注塑的注塑方式，澆口的大小與形狀影響著熔體的運動方向與平衡狀態。

不論選擇哪種方式的澆口，澆口的位置都會對注塑成型的質量產生重要影響，如果澆口位置不合適，將會造成模具腔內氣體難以在注塑成型的過程中逸出，從而導致塑件中出現氣穴、燒焦等現象。因此，在進行汽車燈具注塑模具設計之前，就需要確定合適的澆口位置，以保證注塑成型的質量。本文在汽車燈具注塑模具設計中，利用Moldflow軟件進行最優澆口的分析和確定，從而提高了注塑成型的質量，提高了產品的良品率。具體的過程為：模型的網格劃分→網格的調整→模具腔體的布局設計→注塑模具的分析及參數設置→選取材料→設置注塑參數。通過該過程，能夠利用Moldflow軟件獲得汽車燈具注塑模具的最優澆口。

4 模擬結果及分析

4.1 注塑質量分析

為了驗證Moldflow軟件在汽車燈具注塑模具設計方面的有效性，需要進行一次模擬實驗。汽車燈具注塑模具的設計直接影響到熔體的注塑質量，對注塑質量進行分析的目的是為了獲取最優注塑系統。由實驗結果能夠得知，汽車燈具注塑模具的注塑時間為1.358s，整個注塑過程非常平穩柔和，并且沖模狀態合理，實驗結果表明注塑系統的設計是合理的。

4.2 冷卻效果分析

Moldflow軟件同時能夠對汽車燈具注塑模具的冷卻系統的冷卻效果進行模擬分析，獲得塑件的冷卻、成型時間。在模具的注塑過程均勻冷卻的前提下，對冷卻系統的排熱管道進行優化布局，縮短注塑過程中的冷卻、成型時間，提高生產效率。由實驗結果能夠得知，整個塑件基本上都能達到預設的頂出溫度65℃，這表明利用Moldflow軟件對冷卻系統的排熱管道進行優化布局是可行的。

4.3 翹曲變形分析

對塑件成型過程中的翹曲情況進行分析能夠掌握塑件的變形情況，可以幫助人們在進行汽車燈具注塑模具設計時對注塑材料的收縮率進行合理的預估，同時能夠為冷卻系統的優化設計提供一定的依據，從而提高塑件的質量。由實驗結果能夠得知，塑件的最小翹曲變形為0.0026mm，最大翹曲變形為0.4281mm。最大翹曲變形發生的部位位于汽車燈具的尖端，這是由于塑件的材料發生收縮引起的。通過CAE的分析，塑件的質量滿足設計要求。

5 結束語

利用Moldflow軟件對汽車燈具注塑模具進行設計，能夠確定最優澆口位置，并能模擬汽車燈具的注塑和冷卻過程，從而優化了汽車燈具注塑模具的設計方案，縮短了模具的設計和制造周期，提高了產品質量。為了汽車燈具注塑模具的設計提供了準確的參考依據。

參考文獻

[1]李金峰.Moldflow與UG軟件在收音機外殼注塑模具設計中的應用[J].機械工程師，2015（6）：53-56.

[2]朱海勇.Moldflow軟件在塑料模具中的應用[J].科技創新與應用，2015（36）：71.

[3]張紅英，歐陽八生.基于Moldflow的玩具汽車外殼注塑模設計[J].模具技術，2016（6）：32-36.