Moldflow软件在汽车灯具注塑模具设计中的应用

摘 要：为了获得汽车灯具注塑模具最优设计方案，提出一种基于Moldflow软件的汽车灯具注塑模具的设计方法。详细阐述了Moldflow软件在汽车灯具注塑模具中的设计方法，并进行了模拟实验。为汽车灯具注塑模具的设计提供了重要的参考依据。

关键词：Moldflow软件；汽车灯具；注塑模具

1 概述

随着我国汽车产业的迅猛发展，人们对汽车的质量要求也越来越高[1]。汽车灯具不仅是影响着汽车日常行驶安全的部件，同时也是影响车辆品牌识别性、现代感和个性化的重要部件[2]。因此，如何提高汽车灯具的设计与制造水平，已经成为当前汽车制造领域中的一个研究热点，受到了越来越多人们的关注。在汽车灯具注塑模具成型的过程中，如何提高注塑成型的工艺水平是一个复杂的问题[3]。利用传统方法对汽车灯具注塑模具设计，产品具有次品率高、效率低等缺陷，难以满足汽车生产的实际需要。随着计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技术的发展，尤其是Moldflow软件的出现，使汽车灯具注塑模具的设计的整个过程，提供了可靠的保障。实际上，Moldflow软件被广泛应用于各种注塑模具的设计中。利用Moldflow软件进行汽车灯具注塑模具设计的过程中，需要选择制作模具的材料，软件自带一个丰富的材料数据库，数据库中包含相应材料的详细数据，可以为汽车灯具注塑模具设计提供详细的指导。为此，提出一种基于Moldflow软件的汽车灯具注塑模具的设计方法。

2 汽车灯具注塑模具的CAE设计方法

汽车灯具注塑模具的CAE设计方法主要包括3个步骤，分别为：

（1）根据连续介质力学、塑料加工流变学和热传递学等理论，建立汽车灯具注塑的数学模型。

（2）根据汽车灯具注塑成型过程中的压力场、温度场等参数，建立汽车灯具注塑的定量计算模型。

（3）根据步骤（1）、（2），利用计算机图像处理技术，在计算机显示器上直观、形象地显示汽车灯具注塑成型过程中的动态注塑冷却过程。

根据上述方法可建立汽车灯具注塑模型，综合流动分析网格法与有限元法对模型进行求解，能够获得汽车灯具在实际的注塑过程中压力场、温度场随时间的变化情况。

在汽车灯具注塑模具设计中，首先需要建立模型的直角坐标系。在直角坐标系内，汽车灯具注塑模型的连续性公式为■+■；其中，汽车灯具注塑模型在x方向的动量方程为■-■？浊■=0；汽车灯具注塑模型在y方向的动量方程为■-■？浊■=0。在整个注塑过程中，保持能量守恒。能量守恒方程为？籽Cp■+u■+v■=k■+？浊？酌和？姿=■■+■■■。在上述公式中，b为灯具注塑的厚度；u和v分别为在x、y方向上的注塑速度；？籽、Cp、k和t分别为熔体的密度、比定压热容热导率和时间；P、T、？浊分别为熔体的压力、温度和黏度；？酌为剪切速率。

3 基于Moldflow软件的汽车灯具注塑模具设计方法

3.1 汽车灯具的特点分析

文中分析的汽车灯具為日产旗下的某款轿车的前光灯，灯壁较薄，尺寸较大，塑件形状复杂。长x宽x高=380mm×223mm×140mm，塑件背面遍布卡槽、孔、筋骨等细微结构，塑件的基本薄厚为2.3mm，最小壁厚为1.6mm，对灯具注塑模具的设计与注塑工艺的要求较高。

3.2 建模前的有限元分析

首先将在计算机上建立的汽车灯具注塑模具的三维模型导出为Model文件，并利用Moldflow CAD Doctor3.0进行处理。为了提高网格的匹配率，在不影响精度的前提下，需要利用Moldflow软件去掉一些倒角、圆角等冗余特征。接下来，将其保存为UDM格式的文件，并保存在Model下的新建项目中，利用Moldflow软件中的网格划分功能对文件进行网格划分。在网格划分的过程中忽略塑件厚度的温度分布。网格划分结束后需要进行细微的修正，确保网格质量符合数字模拟的要求。

汽车灯具注塑模具的材料选用的是美国GE公司生产的聚碳酸酯ML7687材料。根据该材料的物理特性，将工艺参数设置为：模温38℃，熔体温度240℃，v/p（速度/压力）之比为96%，注塑压力为130MPa，注塑压力与保压压力之比为5：4，保压时间为20s。

3.3 实体模型的建立

利用Pro/Engineer软件建立汽车灯具注塑模具的实体模型，并保存为STL模型，并将其导入Moldflow软件中，利用MPI的前处理器生成汽车灯具注塑模具的有限元网格模型，该网格模型中包括4724个三角形单元。

3.4 确定最优浇口位置

模具浇口位置是影响注塑质量的重要因素。在浇口的设计中，需要确定浇口的位置、大小、数量和形状。其中浇口的位置和数量影响着注塑的注塑方式，浇口的大小与形状影响着熔体的运动方向与平衡状态。

不论选择哪种方式的浇口，浇口的位置都会对注塑成型的质量产生重要影响，如果浇口位置不合适，将会造成模具腔内气体难以在注塑成型的过程中逸出，从而导致塑件中出现气穴、烧焦等现象。因此，在进行汽车灯具注塑模具设计之前，就需要确定合适的浇口位置，以保证注塑成型的质量。本文在汽车灯具注塑模具设计中，利用Moldflow软件进行最优浇口的分析和确定，从而提高了注塑成型的质量，提高了产品的良品率。具体的过程为：模型的网格划分→网格的调整→模具腔体的布局设计→注塑模具的分析及参数设置→选取材料→设置注塑参数。通过该过程，能够利用Moldflow软件获得汽车灯具注塑模具的最优浇口。

4 模拟结果及分析

4.1 注塑质量分析

为了验证Moldflow软件在汽车灯具注塑模具设计方面的有效性，需要进行一次模拟实验。汽车灯具注塑模具的设计直接影响到熔体的注塑质量，对注塑质量进行分析的目的是为了获取最优注塑系统。由实验结果能够得知，汽车灯具注塑模具的注塑时间为1.358s，整个注塑过程非常平稳柔和，并且冲模状态合理，实验结果表明注塑系统的设计是合理的。

4.2 冷却效果分析

Moldflow软件同时能够对汽车灯具注塑模具的冷却系统的冷却效果进行模拟分析，获得塑件的冷却、成型时间。在模具的注塑过程均匀冷却的前提下，对冷却系统的排热管道进行优化布局，缩短注塑过程中的冷却、成型时间，提高生产效率。由实验结果能够得知，整个塑件基本上都能达到预设的顶出温度65℃，这表明利用Moldflow软件对冷却系统的排热管道进行优化布局是可行的。

4.3 翘曲变形分析

对塑件成型过程中的翘曲情况进行分析能够掌握塑件的变形情况，可以帮助人们在进行汽车灯具注塑模具设计时对注塑材料的收缩率进行合理的预估，同时能够为冷却系统的优化设计提供一定的依据，从而提高塑件的质量。由实验结果能够得知，塑件的最小翘曲变形为0.0026mm，最大翘曲变形为0.4281mm。最大翘曲变形发生的部位位于汽车灯具的尖端，这是由于塑件的材料发生收缩引起的。通过CAE的分析，塑件的质量满足设计要求。

5 结束语

利用Moldflow软件对汽车灯具注塑模具进行设计，能够确定最优浇口位置，并能模拟汽车灯具的注塑和冷却过程，从而优化了汽车灯具注塑模具的设计方案，缩短了模具的设计和制造周期，提高了产品质量。为了汽车灯具注塑模具的设计提供了准确的参考依据。

参考文献

[1]李金峰.Moldflow与UG软件在收音机外壳注塑模具设计中的应用[J].机械工程师，2015（6）：53-56.

[2]朱海勇.Moldflow软件在塑料模具中的应用[J].科技创新与应用，2015（36）：71.

[3]张红英，欧阳八生.基于Moldflow的玩具汽车外壳注塑模设计[J].模具技术，2016（6）：32-36.