通过对保险杠所用的原料和注射机进行探讨，并利用计算机辅助设计（CAE）技术对该保险杠浇注系统的传统设计和根据流变学理论提出的优化设计进行重点模拟分析研究，我们成功地为海尔模具公司设计出了符合实际生产需要的福田汽车保险杠浇注系统。以此希望能为我国模具行业注塑模浇注系统的设计提供我们一种新的设计思想，从而推广CAE技术在我国注射模设计中的应用。
注射模的CAE技术
长期以来，我国注射模的设计主要依靠设计者的经验和直觉，通过反复试模、修模来确定和修正设计方案，缺乏科学依据，具有较大的盲目性，不仅使模具的生产周期长、成本高，而且质量也难以保证。特别是对于大型、精密、新结构产品，此问题更加突出。随着塑料制品应用的日益广泛，传统注射模的生产方式已不能适应现代社会发展对塑料制品产量、质量和更新换代速度的需要。
注射模计算机辅助设计（CAE，Computer Aided Engineering）技术根据流变学和传热学的基
本理论，利用数值计算理论构造其求解方法，可在计算机上对注射模进行虚拟制造，预测设计中潜在的缺陷，从而为设计人员修改设计提供科学的依据。注射模CAE技术的应用带来的直接好处是省时省力，减少试模、修模次数和模具报废率，经济效益显著，因而各国纷纷投入大量的人力、物力和财力进行注射模CAE技术的开发和应用研究。到目前为止，注射模CAE技术的开发及应用在国外已基本成熟，而我国在这方面的起步比较晚，尚不成熟，特别是在大型、精密和新型模具设计中的应用研究，大大落后于国外先进水平，从而在一定程度上影响了我国注塑行业的国际市场竞争力。
在众多的注射模中，大型注射模的设计与制造很具有代表性。在大型注射模设计中，除了模具的整体结构应合理外，其浇注系统的结构设计和尺寸的设计也是至关重要的。因为这常常决定着熔体能否充满型腔。目前国外已有不少报道关于汽车保险杠等大型模具浇注系统的计算机辅助设计，并在浇注系统的理论设计方面取得了比较成功的发展。而国内在大型注射模浇注系统的设计方面仍然普遍使用传统的试差方法。为促进CAE技术在我国模具行业的发展，促进CAE技术在我国汽车工业中的应用，我中心承揽了海尔模具公司福田汽车保险杠模具浇注系统的开发设计项目，在该项目的开发设计中，我们对CAE技术在注射模设计中的应用进行了深入探讨。
原料和注射机的选择
1、原料的选择
聚丙烯（PP）塑料具有质轻、原料来源丰富、性能/价格比优越、易于成型回收等特点，因而用途十分广泛。但是均聚PP抗冲击性能、低温韧性、耐老化性和尺寸稳定性较差，难以满足汽车制件弯曲强度和冲击强度均衡的要求。因此在汽车制件中普遍使用的是改性PP料，其中PP/EPDM共混改性料就是其中最常用的一种。我们选择了DSM公司的 PP/EPDM ，牌号为 TP2401/1，其主要成型加工性能如表1所示。
表1 PP/EPDM的主要加工性能
2、注射机的选择
经调研考证，结合海尔多年来的生产经验，对于福田汽车保险杠模具，海尔模具公司选择的试模注射机为：海天公司的W1080C注射机。为保证CAE模拟分析的准确性，我们在模拟分析过程中选择了与海天公司的W1080C注射机性能相近的Italtech公司的MSH-1100/185注射机，二者的主要性能指标比较如表2所示。
表2 两种注射机的主要性能指标
浇注系统的设计
福田汽车前保险杠模具是海尔模具公司新开发的一种大型模具，制品总体尺寸为：长×宽×高=1650mm×230mm×260mm，具有圆形通孔2个，方形通孔4个，加强筋若干，其中制品最厚处为4mm，最薄处为1.5mm。
根据调研和经验设计，我们对该模具的浇注系统采用了冷、热流道相结合的形式，以更有利于熔体充满型腔，其几何模型如图1所示。
图1 保险杠的浇注系统。1-圆锥形主流道为热流道；2、3-圆形分流道为热流道；4－圆锥形分流道；5、6、8－半圆形分流道均为冷流道；7、9－浇口为矩形浇口
1、传统设计
对此浇注系统具体尺寸的传统设计为：主热流道1的大端直径尺寸为16mm，小端直径尺寸为5mm；分热流道2、3、5、6、8的直径均为16mm；分流道4的大端尺寸为10mm，小端尺寸为2mm；矩形浇口7与9的尺寸分别为：长×宽×高汽车保险杠=4mm×5mm×1mm。
很显然，此设计渗透了较多的经验成分，缺乏必要的理论指导，特别是对于各流道尺寸的设计趋于平均化，设计比较保守。
发布评论