Moldflow在汽车轻量化中的应用.pdf

．数 字 l 园 地 Moldflow在汽车轻量化中的应用 对于高分子聚合物的塑料来说其成形收缩率大，尺寸比较难控制，收缩不均会造成残余应力， 最终影响制品强度以塑代钢”不是简单的取代，需要按照塑料成型的规律，优化塑料零部件的 产品设计、模具设计、工艺设计，以获得高质量、低成本的综合效益Moldflow做为注塑成型CAE 分析软件，是汽车轻量化塑料件工艺性设计与优化的最有效的工具 1引言 以节能、环保为理念的汽车轻量化设计是未 来汽车发展的必然趋势，而汽车轻量化主要是通过 汽车小型化、材料轻质化和结构设计优化来实现 车用塑料在汽车轻量化方面的应用前景被看好目 前，世界上不少轿车的塑料用量已经超过1 20 kg／ 辆，个别车型还要高，如德国奔驰高级轿车的塑料 使用量已经达到1 50 kg／辆，国内一些轿车的塑料用 量也已经达到90 kg／辆目前，发达国家已将汽车用 塑料量的多少作为衡量汽车设计和制造水平的一个重 要标志预计到2020年，发达国家汽车平均用塑料 量将达~J500 kg／辆以上 汽车轻量化使包括聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、 热固性复合材料、ABS、尼龙和聚乙烯等在内的塑材 市场得以迅速扩大。

近两年，车用塑料的最大品种 ——聚丙烯，每年以2．2％～2．8％的速度增长从现 代汽车使用的材料看，无论是外装饰件、内装饰件， 还是功能件、结构件，到处都可以看到塑料制件的影 子外装饰件的应用特点是“以塑代钢”，减轻汽车 自身质量，主要部件有保险杠、挡泥板、车轮罩、导 流板等；内装饰件的主要部件有仪表板、车门内板、 副仪表板、杂物箱盖、座椅、后护板等：功能、结构 件主要有发动机进气歧管、燃油箱、散热器水室、空 气过滤器罩、风扇叶片等 ■ 欧特克软件(中国)有限公司姜勇道 2 Moldflow在汽车轻量化中的应用实例 Autodesk Moldflow是全球注塑成型CAE的领先 者，已广泛应用于汽车行业，全球有10 000多家用 户，为注塑行业的工业标；隹Moldflow是一个值得 选择的理想优化工具，可以在模具制造之前对产品 和模具的设计进行充分的优化，从而将潜在的问题 如熔接线、缩痕、翘曲等尽可能提前消除，不仅解决 实际质量问题，还有效优化了设计和制造成本为适 应注塑行业新技术、新工艺的发展，Moldflow不仅 支持传统的填充、保压、冷却、翘曲分析，还支持玻 纤、气辅、射压、共注、发泡等成型工艺。

对于特 殊问题如双色注射、型芯偏移、双折射光学分析， Moldflow可支持分析热固性反应成型及基于反应成 型的封装成型同时，Moldflow拥有2个最为先进的 Moldflow材料测试实验室，一个在澳大利亚的墨尔 本，另一个在美国纽约的伊萨卡，提供全面塑料材料 解决方案 以下将着重介绍Moldflow在汽车轻量化中的3个 典型成功案例 (1)发动机进气歧管 在欧洲，大约90％使用塑料进气歧管，国内目 前不超过30％在设计塑料进气歧管时，可将结构 复杂的进气歧管拆分为结构相对简单、能一次注塑成 型的两片或多片，然后利用摩擦振动焊将各片焊接起 来，构成完整的塑料进气歧管 2 01 0年第2期 汽车工艺与材料AT&M l 61 ．数 字 园 地 图1塑料进气歧管拆分图 鉴于耐热和强度方面的考虑，塑料进气歧管一般 采用PA66+30％玻纤材料，其设计关键是各拆分零 件翘曲变形控制在公差范围内，以保证顺利完成摩擦 振动焊接尽管玻纤增加了强度和耐热性，但同时也 由于各相异性残余应力的增加导致更大的翘曲变形风 险在设计之初，运用Moldflow进行优化分析是塑料 进气歧管设计成功与否的重要保证 图2所示为浇口优化分析，通过浇口位置分析， 确定最佳纤维配向，降低残余应力，控制翘曲变形量 在1 9 mm以内。

图3所示为调整产品局部壁厚，一些 音 位由3 mm减小为2 mm，另一些部位由3 mm增大 为3．5 mm，通过分析验证获得优化的结构设计图4 为家族模的设计，其关键是流道系统的平衡，以降低 流动不平衡引起的翘曲、飞边和高的锁模力 图2浇口优化 图3结构优化 图4流逗优化 (2)后窗玻璃 侧、后窗玻璃厚度一般为3．2 mm，采用PC材 料取代后其壁厚为4 mm，可减重53％，可见轻量 化效果同样明显由于后窗玻璃面积大，在1 m 以 上，对透光效果要求高，一般传统注塑成型很难满 足成型要求塑料后窗玻璃主要成型方式为射压成 型(Injection—compression molding，简称ICM) lCM是指将塑胶注射入未完全闭合的模具型腔中，然 后再闭合模具，通过模板压力完成最后填充和保压的 工艺ICM能够成型尺寸精确制件，残余应力低，特 别是透明件的光学性能高 传统注塑与ICM压力和温度比较见图5，由图5 可知，fCM可以获得稳定的熔体温度分布以及更低的 注射压力，从而ICM成型获得残余应力低，光学效果 优良传统注塑与ICM应力偏光比较见图6，由图6可 知，ICM获得很低的偏光指数 (3)气辅成型类塑料件 采用气辅成型技术可提高产品精度、表面质量， 解决大尺寸和壁厚差异较大产品的变形问题，提高产 品强度和刚度，降低产品内应力，大大节省塑料材 料，简化模具设计。

因此，气辅设计是汽车轻量化 的有效手段之一气辅成型技术可用于生产汽车保险 杠、仪表板、汽车内部结构件气体辅助注射成型比 传统注射成型多一个气体注射阶段，由气体推动塑料 熔体充满模具型腔，因此在气辅成型制品设计和模具 设计时必须提供明确的气道来引导气体的走向气道 几何尺寸的大小、截面形状的确定及位置的布置都会 62 I汽车工艺-b材料AT&M 201 0年第2期 数 字| 园 地 图5传统注塑与ICM压力和温度比较 图6传统注塑与ICM应力偏光比较 影响到气体的穿透和气体对熔体流动的干涉，从而最 终影响成型制品的质量 图7所示为汽车通风饰罩气辅成型气体穿透分 析采用气体辅助注射成型，通过Moldflow确定浇 口、气口位置与数量，预测气体在气道中的穿透情 况，优化工艺参数，从而降低锁模力50％，成型周期 降fl~2o S，消除了翘曲变形问题 图8所示为汽车手柄的气体穿透 分析通过采用气辅成型方式，简 化了产品结构，解决了表面缩痕问 题，产品质量减轻30％ 3结束语 轻量化是汽车工业发展的关 键，是汽车产品研发的方向，汽 车塑料件的应用必然越来越广泛 鉴于塑料件自身成型复杂，难度较大，成型方式众 多，有射压成型、气辅成型、发泡成型等，采用 Moldflow优化其产品设计、模具设计、工艺设计是 必然的选择，是保证“以塑代钢”等汽车轻量化项目 的必备利器。

气辅成型：皮层厚度比例，时间：14420o s 07539 TG as 麟 1．000~ 075OO O5∞O 025OO 图8汽车手柄气体穿透分析 Volumetric shnnkage(3D) me=7．858Is1 f％j ——_舞 14．230~ Scale(1∞mm) 10．670 7．115 3_558 0．0∞ 圃 欢迎订购EEC指令(中英文对照版) 为了满足目前我国汽车行业对国外汽车法规了解和掌握的迫切需要，国家汽车质量监督检验中心(长春 与莱菌技术 (上海)有限公司北京办事处合作组织汽车行业专业人士翻译了最新EEC~'令，并委托 汽车文摘))杂志编辑l出版 全套 EEC4'5'令共计58本，并附光盘一张，为中英文逐页对照形式，便于使用 该EEC指令由《汽车文摘 杂志编辑部负责向汽车行业各企业推广销售，价格为7I5OO元 套，欢迎各企业来电咨询购 买 联系人：#--,k'--b ：0431：85789859 ：0431：857898i0 爱．mail：dlLqy@163．com 2 01 O年第2期 汽车工艺与材料AT&M I 63 。