Moldflow軟件在汽車輕量化制造中的應用進展

邱志文

摘要：輕量化技術契合汽車行業的綠色發展，該技術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”領域中，Moldflow可對汽車輕量化塑件進行CAE分析，優化塑件的產品設計、模具設計和工藝設計，提高塑件品質的同時，降低企業的生產成本，提高生產效率，有力推動汽車行業的現代化發展。

關鍵詞：Moldflow；汽車；輕量化；應用進展

1 引言

2020年4月9日，在國務院聯防聯控機制新聞發布會上，國家發展改革委產業發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。中國汽車產銷量已連續11年位居世界首位，消費規模仍不斷壯大，據預測，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%，在節省開發成本、更好地加速、減少制動距離、增加操作穩定性以及提高車輛的安全性等方面都有著明顯的優勢。目前，汽車輕量化已成為汽車行業發展的必然趨勢。

2 Moldflow軟件簡介

塑料產品、模具設計與制造行業是Moldflow軟件的應用領域，能仿真注塑成型。Moldflow能幫助塑料制產品設計師、模具生產者、CAE分析師和塑件成型工程師對塑件設計、模具設計和成型過程進行驗證與優化。從薄壁零件到厚壁、堅固的零件，均可運用軟件的參數設定和仿真結果對塑件材料的選擇、塑件的尺寸及形狀、澆口類型及開設位置影響成型進行研究。

Moldflow系列產品有：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（Moldflow Manufacturing Solution，MMS）和塑件顧問系列（Moldflow Plastic Advisers），其中MPA和MPI是主要產品。

2.1 MPA簡介

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

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化，對塑料原材料的合理選擇提供幫助，確保高質量塑件產出的同時，縮短生產周期，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

在汽車領域，政府法規要求 （CAFE） 和用戶低油耗需求不斷增加。為了實現燃油經濟目標出臺了各種不同方案，汽車輕量化技術應運而生，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，且返回的結果受到限制，然而通過仿真技術，可以充分探索不同的汽車輕量化設計機會。

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用

4.1 Moldflow軟件在汽車大型塑件成型中的應用

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，提高澆注系統的合理性，預見塑料品質、優化成型工藝參數，充填效果較理想，塑件品質得以提升，生產周期縮短，幫助企業控制成本，增強了企業的競爭力。

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，優化成型方案，減小翹曲變形。叢穆等[4]運用了Moldflow技術對某汽車前保險的成型進行研究，利用該保險杠現有成型參數，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，證實了分析結論的真實性，并利用分析結果指導生產，優化成型方案，提高開發的成功率，降低生產成本。張學良等[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，并通過針閥開關順序的控制，實現延時保壓產品的不同部分，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，縮短了生產周期，使模具結構和工藝參數得到優化，提高了企業的經濟效益。

湯小東[6]利用Moldflow軟件對汽車前格柵產品模具設計的相關環節與填充進行分析，優化了模具設計，使模具設計與澆注系統更科學、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上，實現降低成型風險、減少生產成本，為客戶在盡可能短時間里提供高質量的產品，有效地提升了客戶對企業的認可度。

李又兵等[7]運用Moldflow軟件對某款矯車保險杠進行研究，結合順序注射工藝，優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、結構復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，在分析產品缺陷產生原因的基礎上，對主要指標參數進行優化，對產品缺陷進行有效控制，提升了分析結果與生產實際的高吻合度，實現高質量塑件的產出，助力企業進軍高端汽車產品市場，促進模具工業的發展。

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，對澆注系統的合理性進行判定，預判成型中可能出現的問題，提高試模效率，產品質量得以保證，提升企業的競爭力與品牌價值。

4.2 Moldflow技術在汽車內飾件成型中的典型應用

劉曉藝等[10]利用Moldflow軟件分析汽車儲物盒下蓋的成型過程，找出缺陷產生的原因，選擇生產周期短、表面質量好、翹曲變形小的最優方案。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，并對模具設計方案進行優化，進而指導實際，有效地提高企業效益。孫麗麗等[12]運用Moldflow軟件對某汽車內置儲物盒進行研究，以模流分析得到的注塑成型工藝數據為BP神經網絡的訓練樣本，優化成型工藝參數，提高產品質量。

趙明娟等[13]根據汽車內飾物鎖本體塑件外形不規則、壁厚不均的結構特點，利用Moldflow軟件對澆口的最佳位置進行優化，對澆注系統進行合理設計。根據產品的尺寸及精度要求，模具采取一模兩腔，效率得以提高。由于塑件的側孔和側凹的方向與開模方向不一致，模具設計了斜導柱—滑塊和斜頂混合式側向抽芯機構，能保證模具正常開鎖模、高質量產品的產出，經濟價值重大。

胡學川等[14]等運用Moldflow軟件對某玻纖增強聚丙烯（GFRPP）復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，獲得產品的取向規劃，對產品的拉伸模量及力學性能進行預測，確保產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注塑模具的分型面、澆注系統等進行設計，模具采取一模兩腔和側澆口。為及時分析模具結構是否存在缺陷，利用Moldflow軟件對該旋鈕開關的成型過程進行模擬仿真，證明模具的結構設計合理、簡單緊湊、開合穩定，并對回轉體類注塑產品的模具設計提供借鑒。

4.3 Moldflow技術在汽車外飾件成型中的典型應用

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，針對可能出現的熔接痕、缺口和縮痕等外觀缺陷，提出改變澆口數量和位置來優化熔接痕，提高產品質量，縮短模具生產周期，極大地提高了生產效率。

孫先明等[17]運用Moldflow軟件模擬分析了汽車車燈透明面罩，解決了產品模具設計制造中的難點，優化了模具型腔的排布、澆口類型和熱流道的選擇、分流道的設計和注塑工藝參數的設定等，縮短產品的生產周期，生產成本得到很好的控制，并提高了生產的穩定性與產品的質量。

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進行驗證，在對充填時間、壓力和熔接痕等進行分析的基礎上，為設計模具提供依據，并得出注塑成型的工藝參數。

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、冷卻不均和收縮不均等三個主要因素進行分析，進而調整模具澆口位置和保壓參數，優化冷卻系統設計，減小產品的翹曲變形量，將產品翹曲風險降低在模具設計、制造之前，有效地提高產品的質量，降低生產成本。

5 結束語

2020年7月1日起，全國將全面實施國六排放標準，在汽車行業實現節能減排和綠色排放，低碳經濟已勢在必行。Moldflow軟件可優化汽車塑料產品的模具設計與生產過程，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量、降低汽車塑件的制造成本以及提高汽車塑件生產企業的競爭力，為汽車輕量化提供技術支持，助力汽車工業實現節能減排和可持續發展。

參考文獻

[1] 周文.我國汽車塑料產業發展機遇挑戰和戰略對策[J].塑料工業，2020，48（3）：15-19.

[2] 余玲，張詩.Moldflow軟件在汽車大型注塑模設計中的應用[J].機床與液壓，2011，39（20）：36-38.

[3] 李永泉，李峰，孫晉，等.基于Moldflow的汽車保險杠注射成型分析[J].中國塑料，2010，24（7）：69-73.

[4] 叢穆，江梅，陳麗萍.Moldflow技術在汽車前保險杠成型分析中的應用[J].汽車技術，2011（5）：51-55.

[5] 張學良，張學義，任麗華.基于Moldflow的汽車大型覆蓋件注塑成型工藝研究[J].塑料科技，2011，39（7）：87-90.

[6] 湯小東.基于Moldflow的汽車格柵零件澆注系統的優化設計[J].塑料科技，2012，40（9）：68-70.

[7] 李又兵，胡學川，趙利亞，等.汽車前保險杠順序注射模流分析與工藝優化[J].中國塑料，2017，31（3）：64-68.

[8] 林建兵.基于CAE平臺的汽車注塑件工藝仿真與質量控制[J].塑料工業，2019，43（5）：39-42.

[9] 何建林，白志鵬.基于Moldflow的汽車前格柵的CAE優化分析與模具設計[J].模具技術，2019（1）：27-31.

[10] 劉曉藝，石連升.基于Moldflow軟件的汽車儲物盒下蓋澆口數目的優化設計[J].塑料，2010，39（2）：10-12.

[11] 湯小東.基于Moldflow分析的汽車儲物箱注塑模設計[J].塑料科技，2011，39（11）：92-95.

[12] 孫麗麗，蘇學滿.基于BP神經網絡的汽車內置儲物盒注塑成型優化[J].塑料工業，2018，46（2）：35-40.

[13] 趙明娟，趙龍志，江新焱，等.基于CAD/CAE的汽車內飾物鎖本體注塑模設計[J].塑料工業，2014，42（10）：40-43.

[14] 胡學川，李又兵.基于Moldflow的汽車中央控制面板中玻纖取向的分析[J].塑料工業，2014，42（10）：47-49.

[15] 邵良臣，王悅，張鵬玉，等.基于Moldflow的汽車控制面板旋鈕開關注塑模具設計[J].塑料工業，2019，47（5）：67-71.

[16] 周章添，李曉星.基于Moldflow的汽車外飾件注射成型模擬與成型缺陷分析[J].中國塑料，2012，26（4）：106-109.

[17] 孫先明，魏雷，鄒煥.基于Moldflow的汽車車燈面罩模具設計與開發[J].塑料科技，2014，42（12）：98-101.

[18] 黃力，許傲.用Moldflow設計汽車后保險杠支架注塑模具[J].工程塑料應用，2016，44（10）：76-80.

[19] 譚安平，劉克威.基于Moldflow的PC/ABS汽車后視鏡翹曲變形優化分析[J].合成樹脂及塑料，2020，37（1）：67-72.