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Moldflow在汽车制造过程中的应用

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发表于 2009-11-4 20:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
汽车/摩托车行业是模具最大的市场,在工业发达国家,这一市场占整个模具市场的一半左右。随着汽车工业的向前发展,汽车塑件对模具的要求日渐提高,传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。CAE技术现在已成为塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的辅助工具。本文为我们展示了美国moldflow公司的注塑成形CAE技术的专业软件Moldflow在汽车产品开发中的应用实例。
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) t( d  o/ y' L! q9 D7 q汽车用塑料件应用得越来越广泛,比如,保险杠、仪表板、油箱、方向盘等大中型塑料模。据预测到2005年,汽车用塑料件制品只能满足总需求量的50%左右。
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' [  U& u  ~. [) I7 h  g7 z与传统的
模具设计相比,计算机辅助工程(CAE)技术无论在提高生产率、保证产品质量,还是在降低成本、减轻劳动强度等方面,都具有无可比拟的优越性。美国Moldflow公司是专业从事注塑成形CAE技术软件的咨询公司,作为塑料成形分析软件的创造者,自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来,Moldflow公司一直主导着塑料成形CAE技术软件市场。近几年,在汽车、家电、电子通讯、化工、日用品等领域得到了广泛应用。
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CAE技术的作用 : l- t5 R0 Y* k' C. |
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CAE技术是在模具加工之前,通过计算机对整个注塑成形过程进行模拟分析。CAE技术能够准确预测出熔体的填充、保压、冷却情况,制品中的应力分布、分子和纤维取向分布,以及制品的收缩和翘曲变形等情况,以便设计者能尽早发现问题,及时修改制件和模具的设计,而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统
模具设计方法的一次突破,而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量、降低成本等,都有着重大的技术革新和经济意义。因此,塑料模具设计的必然趋势不但要采用CAD技术,而且还要采用CAE技术。
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注塑成形分两个阶段,即:开发/设计阶段(包括产品设计、
模具设计、模具制造)和生产阶段(包括购买材料、试模、成形)。传统的注塑方法在正式生产前由于设计人员凭经验与直觉设计模具,模具装配完毕后,通常需要几次试模。发现问题时,不仅需要重新设置工艺参数,甚至还需要修改塑料制品和模具设计。这势必增加生产成本,延长产品开发周期。
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- O! H: v, f4 B  v+ y! [0 ?; PCAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案,在模具制造之前,预测塑料熔体在型腔中的整个成形过程,帮助研判潜在的问题,有效地防止问题发生,大大缩短了开发周期,降低生产成本。采用CAE技术,可以完全省略试模步骤。 / g/ c& c) y) W% N/ U0 B$ }2 K

6 X7 R6 O8 j% E9 G* ]CAE技术的应用
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! A# h. E9 h$ C; q, U0 o* R近年来,CAE技术在注塑成形领域中的重要性日益增加,采用CAE技术可以全面解决注塑成形过程中出现的问题。CAE分析技术能成功地应用于三组不同的生产过程:制品设计、
模具设计、注塑成形。
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制品设计
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6 y$ K7 x* v  G! k制品设计者能用流动分析解决下列问题:
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(1)制品能全部注满吗?这一古老的问题仍为许多制品设计人员所注目,尤其是大型制件如盖子、容器、家具等的设计者。
; f$ F! ~) M) v1 ?/ w7 d(2)制件实际最小壁厚是多少?如能使用薄壁制件,就能大大降低制件的材料成本。减小壁厚还可大大降低制件的循环时间,从而提高生产效率,降低塑件成本。 ( w' y7 d# m9 O' @5 n
(3)浇口位置合适吗?采用CAE分析可使产品设计者在设计时具有充分选择浇口位置的余地,确保设计的审美特性。
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模具设计和制造 . J( t3 R' L$ Q* l5 |/ Q& T. X" N; w
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CAE分析可在以下诸方面辅助设计者和制造者,以期得到良好的
模具设计# J& T0 t8 C! ~

/ J/ |" U+ A5 t; {2 N(1)良好的充填形式:单向充填是一种好的注塑方式,它可以提高塑件内部分子单向和稳定的取向性。这种填充形式有助于避免因不同的分子取向所导致的翘曲变形。
% G: G  w% r9 t* [) }6 p(2)最佳浇口位置与浇口数量:CAE分析可为设计者提供多种浇口位置的选择方案并对其影响做出评价。 . u. G9 D- a* F  }1 H2 {
(3)流道系统的优化设计:通过流动分析,可以帮助设计者设计出压力平衡、温度平衡或者 压力、温度均平衡的流道系统,还可对流道内剪切速率和摩擦热进行评估,如此,便可避免材料的降解和型腔内过高的熔体温度。
5 B2 q# ^$ O/ @: w; Q# S(4)冷却系统的优化设计:通过分析冷却系统对流动过程的影响,优化冷却管路的布局和工作条件,从而使冷却均匀,并由此缩短成形周期,减少产品成形后的内应力。
" y- P. u, x/ Y5 x5 L% b(5)减小反修成本:提高模具一次试模成功的可能性是CAE分析的一大优点。
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, f- v( @& U- ~4 U3 i5 }+ D- e注塑成形
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注塑者可望在制件成本、质量和可加工性方面得到CAE技术的帮助。 + M' ]5 k/ o# ~. x1 _) M4 q8 n

6 v) B. I! [3 d(1)更加宽广更加稳定的加工:“裕度” 流动分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要注塑加工参数提出一个目标趋势,通过流动分析,注塑者便可估定各个加工参数的正确值,并确定其变动范围。会同
模具设计者一起,他们可以结合使用最经济的加工设备,设定最佳的模具方案。 * ?& B4 }$ i! Y, D3 a- D3 ~- T8 ~
(2)减小塑件应力和翘曲:选择最好的加工参数使塑件残余应力最小。   ?! i  m: `/ T) C. ~4 l
(3)省料和减少过量充模:流道和型腔的设计采用平衡流动,有助于减少材料的使用和消除因局部过量注射所造成的翘曲变形。
% Y( O! r) q7 Z, _5 _(4)最小的流道尺寸和回用料成本: 流动分析有助于选定最佳的流道尺寸,以减少浇道部分塑料的冷却时间,从而缩短了整个注射成形的时间,减少了变成回收料或者废料的浇道部分塑料的体积。
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0 ~7 s$ C/ `: R# \专业软件Moldflow的应用实例
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汽车通风饰罩
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  I! j7 ]! g- S# i9 l% s采用气体辅助注射成形,要求确定出浇口、气口的位置与数量,预测气体在气道中的穿透情况及工艺参数。 # N% K! r! J2 z4 d
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(1) 建模 8 G8 o1 P( w- ~0 b( z
Moldflow通过图形接口直接读入CAD模型。模型及浇注系统如图1所示,浇注系统初始设计使用一个侧浇口和两个气口位置。
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+ A% |, K; C/ f) X( c4 z(2)输入工艺条件   d/ L( C' L3 e
最大注射压力为55Mpa,气体注射压力为20Mpa,模温50℃,熔体温度为230℃,延迟时间为2.5s,气道的等效直径为9.6mm,冷却时间 22s。
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汽车仪表盘
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9 [: {' j. |7 G4 e对于大型模具来说,流动、保压、冷却等各方面参数均需严格控制,否则,稍有不慎,便有可能出现型腔填充不均衡、冷却不均匀、变形及残余应力大等缺陷。通过对流动过程,冷却过程与保压过程的模拟分析,来优化螺杆速率-位置曲线、保压曲线及冷却系统,并对翘曲变形进行分析计算。 , l. _0 y: m7 z- U% X
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采用Moldflow气辅成形分析技术,优化了气道的设计、工艺条件设置、保证了产品的质量,缩短了开发周期。
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