塑料和注塑成型

材料的特性和差異有相當大的不同，因此在汽車零部件生產(chǎn)之前，設計師和工程師們在尋找相應分析軟件時必須考慮相關的材料特性。

與傳統(tǒng)消費品中的塑料零部件相比，車用塑料零部件是完全不同的。首先，為了滿足體積和質(zhì)量的要求，模具的制作費用日益昂貴。另外，對于注塑成型來說，無論材料還是廢料，都有巨大的潛在成本。簡單來說，注塑成型是利用混合了穩(wěn)定劑和填充劑（例如玻璃和云母）的塑料顆粒，樹脂或其他高分子材料。Moldflow公司（Wayland, MA）的生產(chǎn)線經(jīng)理Murali Annareddy先生稱，總共有35,000種具有商業(yè)價值的塑料，包括25個塑料材料系列，例如尼龍，聚碳酸酯，聚丙烯，聚氯乙烯。每個系列包含幾十到幾千種材料。例如聚丙烯擁有4,000到5,000個種類。這些豐富的品種是必需的，其中的添加劑和填充劑可使塑料顯示出合適的特性。

例如，細小的玻璃纖維粉碎后與聚合物混合可構成5%到50%的塑料樹脂，以增加強度。這些纖維同樣也會影響聚合物在模具空腔內(nèi)的流動，同樣，纖維的去向很大程度上受流向的支配，同樣，流向也受到零件密度的影響。這很重要，因為“在預測零件的凈尺寸和強度時，必須考慮密度的方向性”，Annareddy這樣說。

顯然，塑料在注塑工程中經(jīng)歷了狀態(tài)變化 ：它從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)再回到固態(tài)。而并不明顯的則是塑料的收縮?；瘜W反應（和墨菲法則）導致了塑料被注塑成零件時在長度和寬度上的不均勻收縮。模具的設計已經(jīng)對這種收縮作了補償，這是一個工藝問題。另一個問題是塑料零件有著或強或弱的焊接線，這些焊接線必須被轉(zhuǎn)移至非關鍵結構區(qū)域。另外一些需要去除的潛在影響有：縮痕（塑料表面的低洼），注量不足（模具空腔未被注滿）。

“預測塑料的流動實在是一大挑戰(zhàn)”，Annareddy說，原因在于不斷變化的零件密度、操作壓力和溫度、聚合物材料（不管是純樹脂、填充物還是磨研劑）等等。所以，人們在針對他們領域內(nèi)的特殊問題進行塑料零件和生產(chǎn)工藝的設計：

◆ 零件能否注滿？

◆ 焊接線和氣窩在哪里？

◆ 哪種材料具有最佳的流動特性？

◆ 多大尺寸的澆口和澆道能產(chǎn)生最佳質(zhì)量？

◆ 怎樣設計多腔注塑的進料系統(tǒng)？

◆ 零件需要的是熱的還是冷的進料系統(tǒng)？

金屬和金屬沖壓

十年以前， ESI北美公司（Bloomfield Hills, MI）虛擬制造部門經(jīng)理Bruce Rodewald先生稱，“沖壓模擬軟件的用途一度主要集中在應變預測和沖壓相關技術的指導。”但現(xiàn)在，這已經(jīng)發(fā)生了很大改變。如今，集成的金屬薄板沖壓模擬軟件覆蓋了模具設計的可行性到工序的確認和優(yōu)化工作。這些分析工具經(jīng)過調(diào)整以適應金屬薄板成型，可給予用戶對應力、疲勞度和毛坯薄板/工具相互作用（防皺壓板，支持系統(tǒng)，定位銷，拉珠，修剪工具等）的詳細精確的深入了解。它可捕捉所有會影響到最終板材質(zhì)量和修邊后的幾何形狀，彈性后效以及折邊的物理現(xiàn)象。Rodewald解釋道，這些解決方法可讓用戶“專注解決沖壓問題，不必被涉及程序界面的模型和人為數(shù)字問題所干擾。”

其中有個原因可解釋為什么材料/工藝專項分析如此受歡迎。Rodewald說：“它使用的是模具工程的語言。”軟件提出的問題也是模具工程師和金屬模壓工在設計和生產(chǎn)零件時常常會提到的問題。Rodewald承認很大一部分人可以使用通用的分析工具，但“你不得不承認你很需要它！”通用工具不得不寫入這些子程序，因為同樣的子程序已被寫入材料/工序?qū)ｍ椃治龉ぞ咧辛恕?/SPAN>

例如，Rodewald解釋說，編寫自己的程序來模擬一個沖壓機，定義一個模具，模擬沖壓機撞擊的過程，這并不復雜。但在各項工作開始之前，你不得不花費幾小時創(chuàng)建這些子程序，但是只需10分鐘就可使用ESI公司的PAM沖壓軟件設置好工作，在后臺進行運算時，你可以運行另一個項目而不必管它。

也許使用材料/工序?qū)ｍ椃治龉ぞ咦钪匾脑蛘?/SPAN>Moldflow公司的Annareddy曾提出并得到Rodewald回應的那樣。那就是關于材料特性以及它們在一定環(huán)境中是如何作用。這些材料的特性包含在分析軟件供應商（還有材料供應商）提供的材料特性數(shù)據(jù)庫內(nèi)。例如，Rodewald說，“新品種的鋼材，比如超高強度的鋼材，已經(jīng)從傳統(tǒng)的鋼材中被區(qū)分出來。”這些新材料能幫助減輕并控制汽車的重量，增加車輛的安全性。無論如何，對于制造方，“這些新材料需要更高的精度和參數(shù)來達到模擬的需求。一個可追蹤材料歷史和參數(shù)（例如變形速度和隨動強化）的可定制模具，已成為一種需求以實現(xiàn)在應力環(huán)境下的最后10%的精確度?！?/SPAN>

通用分析工具

通用分析軟件供應商Abaqus公司 (Pawtucket, RI)總經(jīng)理Mark Bohm先生開玩笑說，如果分析工具可以做所有的事，那無疑會很完美。但由于物理原因和Bohm所謂的“領域知識”，這一切不太可能很有條理、很有效地完成。注塑成型、金屬沖壓和其它制造工藝的技術分析都已通過基礎計算機應用機理得以完成，這些都可以歸結為有限元分析（FEA）問題。當然其中也包括了一些針對特殊工作要求的特別軟件技術。

目前的現(xiàn)實情況是，為了滿足商業(yè)目的（增加客戶）和應用需要（很少有客戶是哲學博士分析家），分析軟件不能再只呈現(xiàn)節(jié)點和要素分析。演示給設計師和工程師們看的軟件不得不或多或少地將設計問題通俗化，如果不這么做，這些將超出各行業(yè)(包括分析)人士的理解能力。

另外，分析軟件還必須能應要求提供軟件相關的物理模擬能力，也就是說，一個為特殊應用定制的通用分析工具仍然比多功能專項工具更具有吸引力。Bohm稱：“天下沒有免費的午餐，一套高級的多功能工具帶來的是一大堆軟件，隨之也帶來了復雜性的問題?！逼囍圃焐虒Υ朔浅Ｇ宄碗s性是一個巨大的管理問題，無論是在信息技術方面，還是在人力資源/知識管理上。

Rodewald最后總結道 ：“有限元分析解決方法只是表現(xiàn)要素和相鄰要素之間對應關系的大量數(shù)學計算。你想賦予這些要素生命，你就得提供材料屬性，提供某些歷史紀錄，你就得確信在未來某一時刻的確會發(fā)生某種變化”

這里的“某種變化”是材料/特定工藝分析軟件供應商所提供的。

兩套軟件工具簡介

Moldflow公司提供的Moldflow Plastics Advisers是一種初級和中級軟件分析工具，用于初期設計的優(yōu)化、可制造性的確認、以及模具的評估和優(yōu)化。Moldflow公司的另一個系列產(chǎn)品，Moldflow Plastics Insight，則是一套高端軟件系統(tǒng)，用于模擬和分析具有高公差的高精度塑料零件以及需要昂貴設備加工的零件。

由ESI北美公司生產(chǎn)的PAM-Stamp 2G，共包括三個產(chǎn)品 ：PAM-Diemaker，PAM-Quickstamp和PAM-Autostamp。PAM-Diemaker起源于一種進口的CAD圖形軟件，它可以幫助用戶評估初始模具設計和優(yōu)化結合表面和模具附件。PAM-Quickstamp可幫助用戶對不同模具的幾何參數(shù)進行評估，例如結合表面和模具附件，包括型模和模具壁。PAM-Autostamp是ESI公司的一種成熟的動態(tài)分析工具，用于金屬薄板沖壓。PAM-Autostamp復制了實際車間的沖壓工序，包括噸數(shù)，潤滑油種類，沖壓速度，材料厚度和屬性，以及彈性后效。

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