Moldflow软件在汽车轻量化制造中的应用进展

2021-07-06邱志文

智能制造 2021年2期

邱志文

摘要：轻量化技术契合汽车行业的绿色发展，该技术能保证汽车的强度和使用安全，减少尾气污染。高分子材料在轻量化的“以塑代钢”领域中，Moldflow可对汽车轻量化塑件进行CAE分析，优化塑件的产品设计、模具设计和工艺设计，提高塑件品质的同时，降低企业的生产成本，提高生产效率，有力推动汽车行业的现代化发展。

关键词：Moldflow；汽车；轻量化；应用进展

1 引言

2020年4月9日，在国务院联防联控机制新闻发布会上，国家发展改革委产业发展司副司长蔡荣华表示，目前，我国千人汽车保有量从原来不足10辆快速增至180多辆，已达全球平均水平，全国汽车保有量约2.6亿辆。中国汽车产销量已连续11年位居世界首位，消费规模仍不断壮大，据预测，中国汽车保有量有望在2020年末超越美国。

汽车轻量化（Lightweight of Automobile），是在保证汽车的强度和安全性的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低汽车尾气排放[1]。汽车轻量化的标志性事件见表1。

对于汽车来说，合理减重利大于弊。有试验表明，在动力等客观性能不变的情况下，汽车每减重10%，油耗可降低6%～8%，在节省开发成本、更好地加速、减少制动距离、增加操作稳定性以及提高车辆的安全性等方面都有着明显的优势。目前，汽车轻量化已成为汽车行业发展的必然趋势。

2 Moldflow软件简介

塑料产品、模具设计与制造行业是Moldflow软件的应用领域，能仿真注塑成型。Moldflow能帮助塑料制产品设计师、模具生产者、CAE分析师和塑件成型工程师对塑件设计、模具设计和成型过程进行验证与优化。从薄壁零件到厚壁、坚固的零件，均可运用软件的参数设定和仿真结果对塑件材料的选择、塑件的尺寸及形状、浇口类型及开设位置影响成型进行研究。

Moldflow系列产品有：快速试模分析（Moldflow Plastic Advisers，MPA）、高级成型分析（Moldflow Plastic Insight，MPI）、专家试模系统（Moldflow Manufacturing Solution，MMS）和塑件顾问系列（Moldflow Plastic Advisers），其中MPA和MPI是主要產品。

2.1 MPA简介

MPA包括以下两个产品：产品顾问和模具顾问。MPA能对CAD输入的实体进行分析，在较短的分析时间得出设计存在的问题，并提供具有实际价值的建议，缩短生产周期，为工程师对产品或模具的修正提供指导。

2.2 MPI简介

MPI主要提供以下功能模块：有限元解决方案、基本分析模块、常用分析模块和其他分析模块。

MPI能仿真塑料成型过程，对熔体的流动、冷却时间、高分子的取向、塑件的冷却收缩和塑件翘曲等进行模拟及优化，对塑料原材料的合理选择提供帮助，确保高质量塑件产出的同时，缩短生产周期，以达到降低成本之目的。

3 Moldflow软件在汽车轻量化制造中的作用

在汽车领域，政府法规要求（CAFE）和用户低油耗需求不断增加。为了实现燃油经济目标出台了各种不同方案，汽车轻量化技术应运而生，并成为大众的最爱。物理样机和测试既浪费成本又耗费时间，且返回的结果受到限制，然而通过仿真技术，可以充分探索不同的汽车轻量化设计机会。

汽车的轻量化部位主要有引擎盖、前保险杠、座椅底座、油底壳和阀盖等，他们在轻量化成型过程中，利用Moldflow软件的功用信息见表2。

4 Moldflow软件在汽车轻量化制造中的典型应用

4.1 Moldflow软件在汽车大型塑件成型中的应用

余玲等[2]作者运用Moldflow软件对某汽车仪表板成型流动过程进行模拟仿真，采用阀式控制技术，提高浇注系统的合理性，预见塑料品质、优化成型工艺参数，充填效果较理想，塑件品质得以提升，生产周期缩短，帮助企业控制成本，增强了企业的竞争力。

李永泉等[3]借助Moldflow软件，采用高抗冲聚丙烯K905汽车保险杠专用料，对某汽车前保险杠比例缩小模型进行模拟成型，优化成型方案，减小翘曲变形。丛穆等[4]运用了Moldflow技术对某汽车前保险的成型进行研究，利用该保险杠现有成型参数，分析了高抗冲改性PP成型该保险杠的可行性，找出制品成型缺陷的原因，与成型实际进行比较，证实了分析结论的真实性，并利用分析结果指导生产，优化成型方案，提高开发的成功率，降低生产成本。张学良等[5]利用Moldflow软件，模拟了汽车后保险杠塑件注塑过程中的熔体流动行为，并通过针阀开关顺序的控制，实现延时保压产品的不同部分，促使塑件压力均匀分布、注塑锁模力得以降低，减少了翘曲变形，缩短了生产周期，使模具结构和工艺参数得到优化，提高了企业的经济效益。

汤小东[6]利用Moldflow软件对汽车前格栅产品模具设计的相关环节与填充进行分析，优化了模具设计，使模具设计与浇注系统更科学、合理，并对成型过程进行模拟，在具体、全面分析成型过程的基础上，实现降低成型风险、减少生产成本，为客户在尽可能短时间里提供高质量的产品，有效地提升了客户对企业的认可度。

李又兵等[7]运用Moldflow软件对某款矫车保险杠进行研究，结合顺序注射工艺，优化了该保险杠热流道注射成型工艺，解决成型中的浇注不均匀、翘曲变形等问题。林建兵[8]利用Moldflow软件对某典型尺寸大、结构复杂的汽车保险杠注塑件进行成型分析，获得填充、保压和冷却等主要工艺参数，在分析产品缺陷产生原因的基础上，对主要指标参数进行优化，对产品缺陷进行有效控制，提升了分析结果与生产实际的高吻合度，实现高质量塑件的产出，助力企业进军高端汽车产品市场，促进模具工业的发展。

何建林等[9]利用Moldflow软件，对汽车前格栅本体的注塑成型进行模拟研究，对浇注系统的合理性进行判定，预判成型中可能出现的问题，提高试模效率，产品质量得以保证，提升企业的竞争力与品牌价值。

4.2 Moldflow技术在汽车内饰件成型中的典型应用

刘晓艺等[10]利用Moldflow软件分析汽车储物盒下盖的成型过程，找出缺陷产生的原因，选择生产周期短、表面质量好、翘曲变形小的最优方案。汤小东[11]借助Moldflow软件对汽车储物箱的浇口位置、注射压力等成型工艺进行模拟分析，并对模具设计方案进行优化，进而指导实际，有效地提高企业效益。孙丽丽等[12]运用Moldflow软件对某汽车内置储物盒进行研究，以模流分析得到的注塑成型工艺数据为BP神经网络的训练样本，优化成型工艺参数，提高产品质量。

赵明娟等[13]根据汽车内饰物锁本体塑件外形不规则、壁厚不均的结构特点，利用Moldflow软件对浇口的最佳位置进行优化，对浇注系统进行合理设计。根据产品的尺寸及精度要求，模具采取一模两腔，效率得以提高。由于塑件的侧孔和侧凹的方向与开模方向不一致，模具设计了斜导柱—滑块和斜顶混合式侧向抽芯机构，能保证模具正常开锁模、高质量产品的产出，经济价值重大。

胡学川等[14]等运用Moldflow软件对某玻纤增强聚丙烯（GFRPP）复合材料的汽车中央控制面板进行注塑成型模拟分析，取得最大注射压力、推荐模具温度、推荐熔体温度、推荐注射时间等成型工艺条件，进而对材料进行玻纤取向的模拟分析，获得产品的取向规划，对产品的拉伸模量及力学性能进行预测，确保产品强度符合使用要求。

邵良臣等[15]运用Pro/E软件对一款成本低、适用性强的汽车控制面板的旋钮开关注塑模具的分型面、浇注系统等进行设计，模具采取一模两腔和侧浇口。为及时分析模具结构是否存在缺陷，利用Moldflow软件对该旋钮开关的成型过程进行模拟仿真，证明模具的结构设计合理、简单紧凑、开合稳定，并对回转体类注塑产品的模具设计提供借鉴。

4.3 Moldflow技术在汽车外饰件成型中的典型应用

周章添等[16]运用Moldflow软件对聚丙烯PP—T20为原材料汽车前档风挡下装饰板的注射成型过程进行模拟分析及验证，针对可能出现的熔接痕、缺口和缩痕等外观缺陷，提出改变浇口数量和位置来优化熔接痕，提高产品质量，缩短模具生产周期，极大地提高了生产效率。

孙先明等[17]运用Moldflow软件模拟分析了汽车车灯透明面罩，解决了产品模具设计制造中的难点，优化了模具型腔的排布、浇口类型和热流道的选择、分流道的设计和注塑工艺参数的设定等，缩短产品的生产周期，生产成本得到很好的控制，并提高了生产的稳定性与产品的质量。

黃力等[18]利用Moldflow对一种汽车后保险杠左右支架塑件的浇注系统进行验证，在对充填时间、压力和熔接痕等进行分析的基础上，为设计模具提供依据，并得出注塑成型的工艺参数。

谭安平等[19]运用Moldflow软件对某款汽车的后视镜进行翘曲变形进行分析，对PC/ABS共混物注塑成型过程中的取向效应、冷却不均和收缩不均等三个主要因素进行分析，进而调整模具浇口位置和保压参数，优化冷却系统设计，减小产品的翘曲变形量，将产品翘曲风险降低在模具设计、制造之前，有效地提高产品的质量，降低生产成本。

5 结束语

2020年7月1日起，全国将全面实施国六排放标准，在汽车行业实现节能减排和绿色排放，低碳经济已势在必行。Moldflow软件可优化汽车塑料产品的模具设计与生产过程，从小型零件到大型零件、从薄壁零件到厚壁零件，模拟分析的准确度高，并有效地提升汽车塑件的质量、降低汽车塑件的制造成本以及提高汽车塑件生产企业的竞争力，为汽车轻量化提供技术支持，助力汽车工业实现节能减排和可持续发展。

参考文献

[1] 周文.我国汽车塑料产业发展机遇挑战和战略对策[J].塑料工业，2020，48（3）：15-19.

[2] 余玲，张诗.Moldflow软件在汽车大型注塑模设计中的应用[J].机床与液压，2011，39（20）：36-38.

[3] 李永泉，李峰，孙晋，等.基于Moldflow的汽车保险杠注射成型分析[J].中国塑料，2010，24（7）：69-73.

[4] 丛穆，江梅，陈丽萍.Moldflow技术在汽车前保险杠成型分析中的应用[J].汽车技术，2011（5）：51-55.

[5] 张学良，张学义，任丽华.基于Moldflow的汽车大型覆盖件注塑成型工艺研究[J].塑料科技，2011，39（7）：87-90.

[6] 汤小东.基于Moldflow的汽车格栅零件浇注系统的优化设计[J].塑料科技，2012，40（9）：68-70.

[7] 李又兵，胡学川，赵利亚，等.汽车前保险杠顺序注射模流分析与工艺优化[J].中国塑料，2017，31（3）：64-68.

[8] 林建兵.基于CAE平台的汽车注塑件工艺仿真与质量控制[J].塑料工业，2019，43（5）：39-42.

[9] 何建林，白志鹏.基于Moldflow的汽车前格栅的CAE优化分析与模具设计[J].模具技术，2019（1）：27-31.

[10] 刘晓艺，石连升.基于Moldflow软件的汽车储物盒下盖浇口数目的优化设计[J].塑料，2010，39（2）：10-12.

[11] 汤小东.基于Moldflow分析的汽车储物箱注塑模设计[J].塑料科技，2011，39（11）：92-95.