本文利用Moldflow軟件對(duì)某汽車前門裝飾板進(jìn)行翹曲分析，確定了翹曲產(chǎn)生原因，通過(guò)優(yōu)化工藝條件，改善冷卻系統(tǒng)，以及采用變形補(bǔ)償技術(shù)，達(dá)到了控制翹曲變形的目的，從而實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品品質(zhì)的提升。
隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，通用與工程塑料的強(qiáng)度和精度等性能顯著提高，塑料制品的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，逐漸形成了以塑代鋼、以塑代木的趨勢(shì)。塑料制品的強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭，極大地帶動(dòng)了整個(gè)塑料模具工業(yè)的發(fā)展。由于高效率、高精度和低成本的顯著特點(diǎn)，注塑成形成為批量生產(chǎn)塑料制品的首選方法。但是，注塑成形常常會(huì)出現(xiàn)各種質(zhì)量問(wèn)題，如短射、飛邊、翹曲、熔接痕和尺寸誤差等，如何防止制品翹曲成為困擾工程師的一個(gè)難題。與此同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)塑料制品外觀質(zhì)量和使用性能的要求越來(lái)越高，翹曲變形程度作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，越來(lái)越多地受到產(chǎn)品設(shè)計(jì)師及用戶的關(guān)注和重視。
注塑成形有三個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和注塑工藝設(shè)計(jì)。較前的環(huán)節(jié)直接影響較后的環(huán)節(jié)，較后的環(huán)節(jié)往往只能在一定程度上優(yōu)化前一環(huán)節(jié)的不足，而不能徹底消除前一環(huán)節(jié)所固有的缺陷。所以，我們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該盡可能地降低可能出現(xiàn)的缺陷，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。
軟件介紹
Moldflow軟件是世界公認(rèn)的注塑CAE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該軟件可精確高效地模擬注塑工藝全過(guò)程，幫助廠商實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、低成本和短周期的目標(biāo)；Moldflow采用目前最先進(jìn)的有限元分析技術(shù)，依靠計(jì)算機(jī)模擬模具形狀和處理、分析大量數(shù)據(jù)，對(duì)人們提出的工藝條件（模溫、料溫和注射時(shí)間等）進(jìn)行校驗(yàn)，從而找到滿意的工藝參數(shù)。Moldflow軟件包括以下三部分：
1. Moldflow Plastics Advisers（產(chǎn)品優(yōu)化顧問(wèn)，簡(jiǎn)稱“MPA”）
塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)完產(chǎn)品后，運(yùn)用MPA軟件模擬分析，在很短的時(shí)間內(nèi)，就可以得到優(yōu)化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，并確認(rèn)產(chǎn)品表面質(zhì)量。
2. Moldflow Plastics Xpert（注塑成形過(guò)程控制專家，簡(jiǎn)稱“MPX”）
集軟硬件為一體的注塑成形品質(zhì)控制專家，可以直接與注塑機(jī)控制器相連，進(jìn)行工藝優(yōu)化和質(zhì)量監(jiān)控，自動(dòng)優(yōu)化注塑周期、降低廢品率及監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。
3．Moldflow Plastics Insight（注塑成型模擬分析，簡(jiǎn)稱“MPI”）
MPI是對(duì)塑料產(chǎn)品和模具進(jìn)行深入分析的軟件包，通過(guò)對(duì)整個(gè)注塑過(guò)程進(jìn)行模擬分析，包括填充、保壓、冷卻、翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和收縮，以及對(duì)氣體輔助成形、注塑壓縮成形等特殊成形方法進(jìn)行分析，使模具設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)階段就預(yù)測(cè)出未來(lái)產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷，提高一次試模的成功率。
翹曲變形優(yōu)化
以某車型前門裝飾板產(chǎn)品為例，應(yīng)用Moldflow軟件進(jìn)行分析。該產(chǎn)品屬于典型的長(zhǎng)條件制品，易出現(xiàn)翹曲變形，且產(chǎn)品為外觀件，整體噴漆處理。其相關(guān)參數(shù)：外形尺寸為1073mm×148mm×53mm；樹(shù)脂材料為PP+EPDM+TD20；基本壁厚2.5mm；材料收縮率為1.05％。
1.翹曲變形的原因
注塑件變形是實(shí)際生產(chǎn)中常常遇到的一個(gè)問(wèn)題，產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理造成壁厚不均勻；注塑工藝選擇不恰當(dāng)，如溫度、壓力和時(shí)間等參數(shù)設(shè)置不合理，都可能造成注塑件明顯的變形。模具設(shè)計(jì)作為中間環(huán)節(jié)，為兼顧兩頭，要考慮的因素往往最多。注塑件由于其本身在各個(gè)尺寸方向上的收縮不均勻而產(chǎn)生翹曲變形，收縮不均勻表現(xiàn)為在制品不同部位的收縮不均勻，制品壁厚方向的收縮不均勻，材料取向不同造成的收縮不均勻。影響注塑件收縮的因素從本質(zhì)上可以歸結(jié)為三點(diǎn)：注塑件殘余應(yīng)力、注塑件冷卻過(guò)程和材料的取向。從模具設(shè)計(jì)的角度，則要考慮模具型腔的預(yù)變形、模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及澆口的數(shù)量和位置的安排。
2.確定產(chǎn)品翹曲原因
利用Moldflow軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模擬，產(chǎn)品采用三點(diǎn)順序閥進(jìn)膠，以消除熔接痕；有限元網(wǎng)格數(shù)量53247，F(xiàn)USION網(wǎng)格匹配率為91.3％，符合翹曲變形的要求。
對(duì)模擬產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)行充填、保壓和翹曲分析后，得出如圖4所示的分析結(jié)果。從變形數(shù)據(jù)分析來(lái)看，產(chǎn)品的主要變形來(lái)自Z方向，即主要為翹曲。
分析影響Z方向翹曲的各因素?cái)?shù)據(jù)，得出不均勻收縮是產(chǎn)品翹曲變形的主要原因。因此，調(diào)整產(chǎn)品的均勻收縮是改善變形的主要突破口，由于產(chǎn)品的特殊裝配關(guān)系，調(diào)整肉厚不可行，從而設(shè)置預(yù)補(bǔ)償量則成為一種行之有效的方法。
3.預(yù)變形分析
（1）確定預(yù)補(bǔ)償量 預(yù)補(bǔ)償分析的補(bǔ)償量非常關(guān)鍵，如果補(bǔ)償不準(zhǔn)確，模具后期的整改難度比較大，包括大面積補(bǔ)焊、降面，甚至模具報(bào)廢，對(duì)模具的壽命和成本都帶來(lái)非常巨大的負(fù)面影響。Moldflow軟件利用精密的網(wǎng)格模型以及準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)定，可以準(zhǔn)確地分析出變形量，從而幫助設(shè)計(jì)者確定預(yù)補(bǔ)償量。Moldflow的具體實(shí)施方案是：運(yùn)行Moldflow，得出產(chǎn)品的Z向翹曲結(jié)果，產(chǎn)品的兩端翹曲上翹，翹曲量為2.975mm～3.869mm，根據(jù)翹曲量做變形預(yù)補(bǔ)償。
（2）預(yù)補(bǔ)償方案驗(yàn)證 為了驗(yàn)證預(yù)補(bǔ)償量的準(zhǔn)確性，利用Moldflow對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變形分析，確定產(chǎn)品回彈量是否與補(bǔ)償量匹配；為了排除注塑工藝的影響，驗(yàn)證方案工藝參數(shù)與確定變形量的分析參數(shù)保持一致。對(duì)驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出，回彈量與補(bǔ)償量公差在±0.5mm以內(nèi)，滿足裝車需求。
（3）效果驗(yàn)證 產(chǎn)品經(jīng)過(guò)預(yù)變形處理后，裝飾板的裝配間隙有了非常大的改善，增加了整車的美感與質(zhì)感，實(shí)現(xiàn)了整車品質(zhì)的提升。
結(jié)語(yǔ)
Moldflow可以在模具設(shè)計(jì)前期對(duì)產(chǎn)品的變形缺陷充分識(shí)別，并通過(guò)改善方案驗(yàn)證來(lái)實(shí)現(xiàn)缺陷規(guī)避。很多情況下產(chǎn)品的翹曲是無(wú)法通過(guò)調(diào)節(jié)工藝來(lái)完全改善的，預(yù)變形的方法很好地解決了這個(gè)難題，但是補(bǔ)償量的確定往往是個(gè)很棘手的問(wèn)題。實(shí)踐證明，利用好CAE軟件，可以在很大程度上幫助設(shè)計(jì)者確定相關(guān)值，迅速積累經(jīng)驗(yàn)。
