壁厚3mm，体积4473cm3，外表面要求光洁，表面粗糙度Ra为d胪m，内表面及其他地方取Ra为0引百在汽车配件中，仪表板是集安全性、功能性、汽车仪表板制品示意图舒适性与装饰性于一体的部件，汽车仪表板可分为硬质仪表板和软质仪表板。随着轿车安全气囊的安装，软质仪表板已失去对人的安全性要求，因此，只要外观质量得到保证，采用低成本的硬质仪表板是完全可行的。

　　由于汽车仪表板是一种表面积较大、形状复杂的薄壁制品，采用整体一次注射成形，要求材料具有良好的流动性、阻燃性，高的刚性和硬度，低的收缩率和较高的冲击强度等121.目前，汽车仪表板广泛采用的材料有改性PPO、ABS树脂、填充PP等。

　　1充模过程的数学模型塑料熔体在三维薄壁型腔内的流动属于带有在汽车仪表板的设计和生产过程中，CAE分析能帮助设计者快速和低成本地进行仪表板的创新设计，CAD则帮助设计者在计算机上能快速地模拟设计思想，而CAM则可利用计算机控制机床，实现快速和地制造111. 1CAE分析要求1.1制品分析和材料选择本制品为新款153型汽车仪表板，模型如图基金项目：华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室开放基金资助项目（03-8）运动表面的粘性不可压缩流体的流动，忽略垂直于流动方向的速度分量，可采用广义的Hele-Shaw流动模型来描述13，它们在三维空间的表达形式为其中，u.v分别为x.、y方向的速度分量；。T.P.Cp.n分别为压力。温度。密度。定压比热容和剪切粘度；为剪切速率。

　　考虑到塑料熔体剪切变稀行为，粘度模型可采用与温度相关的Cross粘度模型：的剪切应力水平；0（T）为零剪切粘度。

　　压力边界条件为：熔体入口处压力为给定的注射压力p0（t），熔体前沿压力为零，模壁处压力满足无渗透边界条件。温度边界条件为：模型处温度等于模壁温度，并沿型腔中面对称。通过对式压力场求解的控制方程：1.2.2流动充模分析要求注塑成形的制品常常会出现许多缺陷，如气穴、熔接痕或者制品的热变形等，这是由于塑料在模具中的流动方式不当造成的。MPI（moldflow plasticsinsight）/Flow通过对塑料熔体在模具中的流动进行模拟，进而预测和显示其填充方式、填充过程中的压力、温度力场变化及在此过程中形成的气穴和熔合线等，有助于在试模之前了解浇注过程中可能出现的缺陷并找出产生原因，以便在模具制造之前进行改进，减少返修报废，提高生产效率4.填充分析应通过对不同浇注系统流动行为的分析结果进行比较，选择佳浇口位置、浇口数目、佳布局。同时，制件的填充要避免出现欠注以及流动不平衡等问题，避免或减少气穴和熔接痕，并尽可能采用较低的注塑压力、锁模力，降低对注塑机性能的参数要求，使流动分析尽可能避免或减少由保压不当而引起的制品收缩、翘曲变形等质量缺陷151. 1.3冷却分析冷却模拟的数学模型16在建立模具的数学模型时，须作如下假设：①忽略模具与熔体间的间隙热阻，并视模具材料的导热性能为各向同性；②只考虑模具与冷却介质及塑料制品之间的热传导和热对流，而对模具外表面的辐射热作近似估算因为通过模具外表面辐射而散失的热量少于总热量的5.冷却分析要求在塑料注射模中，冷却系统的设计对产品质量及成本有很大关系。一般而言，模具冷却时间占整个成形周期的70 ~80不均匀的冷却会使制品表面光泽不均匀，出模后会产生较大的收缩、翘曲变形。因此，有效的冷却回路设计可缩短冷却时间，提高产品生产效率，保证塑件的尺寸、形位公差的精度，从而提高塑件质量171.通过MoldFlow的冷却分析，可以优化冷却管道布局，缩短制品冷却时间，获得均匀冷却，缩短成形周期和减小产品成形后的内应力181. 2CAE分析过程将3D构建的模型转换为STL格式并导入1，采用Fusion模型进行网格划分，并反复修改、调整网格，使匹配率达到929，保证了分析结果的准确性。成形材料选用聚丙烯，并在材料数据库中采用美国FERRO公司生产的TPP20AC17BK聚丙烯（含20滑石粉）191；模具温度设定为50C，熔体温度为230C；为保证分析能顺利进行，先采用默认的注塑机进行预分析。

　　2.1流动填充分析浇口的位置和数量对分析结果影响很大，这是由于汽车仪表板结构中有许多孔洞，熔体流动不畅，只有增加浇口数量，并在考虑孔洞的基础上使浇口位置尽量均匀对称分布，才能顺利充模，保证制品的各项物理机械性能。汽车仪表板外表面质量要求高，浇口不可能开设在外部使用面上。浇口可开设在用于安放配件的凹陷处或制件分型面的上下两侧，从而保证使用面的光洁110.根据经验，设置4个侧向浇口进浇，浇口位置及填充时间如所示。经过初步流动填充分析后，得到如下结果：填充时间5.759s，大注射压力59.823MPa，大锁模力1a14MN，制品质量4286.6g.从可看出，型腔大部分在4s左右前锋温度。熔合线。气穴叠加图由此可以看出，优化后的浇注系统不仅缩短了充模时间，而且保证了熔体充模流动时的平衡性，很好地解决了排气的问题，制品也不会出现熔接痕，完全达到了设计的预定效果。

　　地达到冷却效果。

　　于制品长度方向上开设一条冷却水道。型芯一侧，在垂直于制品长度方向上开设两条冷却水道，隔板深入型芯顶部。冷却水道直径为16mm，隔板孔直径为24mm，水温为25雷诺指数为10000，顶出温度为93即可充满，唯有中下部圆角处充模的时间过长，会引起制品因冷却不均匀而发生变形。因此，应更改浇口位置，使型腔末端能尽量同时被充满。

　　填充时间经反复调试，后将4个侧浇口改为点浇口并改变位置，采用热流道，浇口位置及填充时间如所示，分流道尺寸分别设为16mm、10mm、16mm、18mm.分析结果：填充时间3.注射压力67499kPa，大锁模力la43MN.优化浇注系统后的填充时间将熔合线和气穴的结果图叠加在料流前锋温度图上，如所示。可以看出，物料熔合时温度在226. 5K低熔合温度仅比注射时温度低3.5因此物料能很好的熔合，不会出现熔接痕。气穴主要出现在熔合线和分型面上，因而可在熔合线处开设排气槽，不仅排气方便，而且可增加熔合线的牢度。

　　2.2冷却分析在进行流动填充分析的基础上，根据充模分析参数，选用中国海太HTL2000标准型注塑机进行冷却分析。此仪表板为薄壁狭长壳型制品，因此，型腔采用直通式冷却，型芯采用隔板式冷却。预设冷却系统如和所示，型腔一侧，垂直于制品长度方向上开设两条冷却水道，平行分析结果：制品平均温度50. 1C，低温度31.8工高温度127.0工冷却水出入口温差11.7工冷却时间42. 2s.顶出时制品温度分布如所示，可以看出，在浇口处制品出现局部过热，高于顶出温度34C，极容易发生顶出变形甚至顶破制品，因此，应加强浇口处的冷却。冷却水温度分布如所示，仅有型腔一侧平行于制品长度方向的冷却水道符合要求，其他4条冷却水道均太长，导致冷却水进出口温差太大，不能很好制品表面温度分布冷却水温度分布针对以上不足进行了多次优化，改变了冷却水道的结构，如和0所示。加强了浇口附近的冷却，减短了每条冷却水道的长度，即将原型腔的5条冷却水道拆分成9条，型芯的两条冷却水道拆分成4条，并重新设置水路走向，调整了隔板的位置。

　　0优化后的型芯冷却系统从1和2的冷却分析结果可以看出，冷却水出入口温差为4.5制品平均温度为42低温度为33> 0C，高温度为77.冷却时间为41. 8s.虽然冷却时间变化不大，但制品冷却的均匀性得到了显著提高，使局部过热的问题得到了有效的控制，对制品浇口处温度仍然高于其他部分的温度来看已不是根本问题，但制品整体温度已全部降到顶出温度以下，因此，当制品顶出时不会出现顶出部位发白变形的现象。所以，优化后的冷却系统完全能满足生产中的实际要求。

　　1优化后的制品表面温度分布3模具设计3.1模具结构汽车仪表板外形尺寸较大，且有若干安装用2优化后的冷却水温度分布的孔洞，因而使注塑模具结构复杂，整体尺寸偏大。根据型腔刚度、强度校核与结构需要，终将模具设计为长3100mm、宽2750mm、高2880mm的特大型模具，结构如3所示。由上述优化分析结果可知，对浇注系统采用热流道，不仅使充模变得容易，可消除熔接痕，而且避免了大量浇注系统凝料的产生，这对提高生产效率，降低生产成本有利。对制品两个侧孔采用斜导柱抽芯，使滑块在动模侧，斜导柱固定在定模板上，在分型的同时完成侧向抽芯。型芯和型腔均采用整体嵌入式，既增加了强度，又方便了模具的机加工。

　　1.动模底板2.螺栓3.顶出垫板4.顶出固定板5.密封圈6.动模垫板7.凸模8.动模固定板9.弹簧10.钢球11.滑块12.斜导柱13.定模板14.凹模15.支架16定模底板17.热流道板18.垫块19.定位环20.定位圈21.螺栓22.主流道衬套23.滑动压环24.热流道喷嘴25.浇口衬套26.堵头27.压紧螺钉28.加热器29.导套30.导柱31.回程杆32.弹簧33.档钉34.推板导套35.螺栓36.销37.推板导柱38.螺栓39.销40.螺栓41.销42.顶杆3汽车仪表板热流道注塑模具结构。2模具动作原理熔体通过注塑机喷嘴及热流道板中热喷嘴及4个针点浇口进入型腔，充模注塑时间为4s，再进行保压、冷却。

　　开模时，动模部分在注塑机移动模板带动下后退，同时，在斜导柱12和滑块11的作用下完成侧向抽芯，滑块由钢球10定位。开模到位后，注塑机中心液压顶杆顶出，作用在顶出垫板3上，从而使整个顶出系统前进，作用在汽车仪表板制品的边缘和中心部位的顶杆42同时动作，可平稳地将制品顶出。

　　脱模完成后，注塑机中心液压顶杆复位，回程杆31在弹簧32的作用下带动顶出系统后退，滑块在斜导柱和与型腔整体加工的锁紧楔的共同驱动下回复到原始位置，分型面闭合，完成整个成形周期。

　　结论采用热流道技术，模具所需浇口数目比普通冷流道浇注系统模具的浇口数目少，使模具浇口结构大为简化1101，并能有效地避免熔接痕、欠注等缺陷。

　　应用MoldFlow软件对模具结构进行CAE优化，可以对整个生产过程进行模拟分析，提前发现模具或成形质量方面存在的问题，从而有针对性地修改设计方案、调节工艺参数，避免在实际生产中进行反复试模、修模。不仅可缩短模具开发的周期，而且节省了人力、物力资源，降低生产成本提高了产品质量。因此，结合Mold flow软件的分析结果对模具结构进行设计和优化，将是今后模具设计发展的必然趋势。