一種分體式汽車后保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)及模具澆口位置分析

徐文萍 鄭興華

【摘 要】文章介紹了一種分體式的汽車后保險(xiǎn)杠，將后保險(xiǎn)杠分為主體和裝飾板兩部分，模具結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，當(dāng)有套色要求時(shí)，可方便地對(duì)其2個(gè)部分進(jìn)行不同的著色，簡(jiǎn)化了噴涂工序，解決了現(xiàn)有一體式汽車后保險(xiǎn)杠采用套色槽進(jìn)行不同著色存在的工序復(fù)雜、作業(yè)不便、套色成本高、噴涂表面容易出現(xiàn)瑕疵的問(wèn)題；后保險(xiǎn)杠主體模具采用七點(diǎn)進(jìn)澆方式，澆口位置的設(shè)定有2種方案，經(jīng)過(guò)模流分析，比較了2種澆口位置對(duì)制品注塑過(guò)程中熔體填充的平衡、制品產(chǎn)生熔接痕的位置、制品變形大小的影響，得出當(dāng)模具設(shè)計(jì)采用方案二的澆口位置時(shí)制品變形比方案一小的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】后保險(xiǎn)杠；分體式；套色；模具

【中圖分類號(hào)】TQ320.662 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）09-0043-04

近年來(lái)，我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅速，汽車保險(xiǎn)杠的市場(chǎng)需求也隨之大幅增長(zhǎng)，后保險(xiǎn)杠作為汽車尾部的重要塑料件，具有一定的保護(hù)功能和裝飾性。從安全方面看，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故時(shí)，后保險(xiǎn)杠會(huì)發(fā)生彈性變形，起到緩沖作用，保護(hù)后車體；從外觀方面看，它與車身自然結(jié)合，渾然成一體，具有很好的裝飾性，是裝飾汽車外觀的重要部件。隨著人們審美觀念的提升，如今的汽車保險(xiǎn)杠不僅要保持原有的安全防護(hù)作用，人們對(duì)其造型的美觀性、外觀質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。現(xiàn)有的汽車后保險(xiǎn)杠大都是一體式結(jié)構(gòu)，如遇后保險(xiǎn)杠體積較大且造型較為復(fù)雜時(shí)，模具結(jié)構(gòu)相應(yīng)比較復(fù)雜，并且當(dāng)造型對(duì)其外觀有套色需求時(shí)，需要在不同顏色分界處做套色槽，噴涂工藝復(fù)雜、噴涂效率低且表面易出現(xiàn)瑕疵，這些表面缺陷會(huì)給汽車購(gòu)買(mǎi)者留下不好的印象，從而影響汽車的銷量。本文設(shè)計(jì)了一種分體式結(jié)構(gòu)的后保險(xiǎn)杠，并從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具澆口位置的選擇等方面對(duì)其進(jìn)行了闡述。

1 后保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

后保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既要滿足其使用需求，又要符合其成型工藝特點(diǎn)，在滿足上述要求的條件下，要盡量簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，從而使成型工藝穩(wěn)定、保證制品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。然而，為了提升車輛外飾的美觀性，后保險(xiǎn)杠的造型日趨復(fù)雜，如果繼續(xù)按一體化設(shè)計(jì)，則模具比較難實(shí)現(xiàn)，模具制造費(fèi)用也會(huì)增加很多，并且后保險(xiǎn)杠尺寸較大，收縮變形較大，使尺寸難以保證在公差要求的范圍內(nèi)?？紤]到以上問(wèn)題，本文的分體式結(jié)構(gòu)把后保險(xiǎn)杠分成2個(gè)易加工的單件：后保險(xiǎn)杠主體和后保險(xiǎn)杠裝飾板，通過(guò)螺栓和螺母夾片將加工完的2個(gè)單件裝配在一起（如圖1所示），這樣就提高了注塑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的剛性，減少了變形，并且將后保險(xiǎn)杠分為2個(gè)部分后，可方便地對(duì)其進(jìn)行不同的著色處理，不需要做套色線或套色槽，套色工藝簡(jiǎn)單、效率高、分界線平整，大大提升了產(chǎn)能，外觀感知質(zhì)量好。

2 后保險(xiǎn)杠主體模具設(shè)計(jì)

2.1 澆口分析

澆口也稱進(jìn)料口，是接通分流道與型腔之間的通道，它的作用如下：{1}使通過(guò)的熔融塑料受到剪切從而使其溫度升高、黏度降低，有利于熔料迅速充滿整個(gè)型腔；{2}成型后澆口處的塑料先冷凝從而封鎖型腔，避免熔料倒流，同時(shí)防止型腔內(nèi)壓力下降過(guò)快；{3}便于成型產(chǎn)品與澆注系統(tǒng)分離。

在進(jìn)行模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)論采用哪種類型的澆口，澆口位置的確定都非常重要，澆口開(kāi)設(shè)位置會(huì)直接影響塑料制品的成型質(zhì)量，同時(shí)還關(guān)系到注射過(guò)程能否順利進(jìn)行。為了獲得同時(shí)擁有良好外觀質(zhì)量和較高產(chǎn)品性能的塑料制品，模具設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真選擇澆口位置，通常選擇澆口位置要遵循以下幾個(gè)原則：①要盡可能地避免塑件產(chǎn)生缺陷；②要利于塑料熔體流動(dòng)；③要盡可能地消除產(chǎn)品表面的熔接痕或使熔接痕處在不重要的位置；④要使塑料制品后變形?。虎菀乐谷廴谒芰狭魅胄颓粫r(shí)直沖型芯或嵌件，避免型芯或嵌件被擠壓位移或變形；⑥保證流動(dòng)比在允許范圍內(nèi)。

本文中的后保險(xiǎn)杠主體尺寸較大，如果澆口太少會(huì)造成后期注塑成型困難、注塑工藝要求嚴(yán)格、注塑工藝范圍狹窄等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)分析后，我們決定采用七點(diǎn)進(jìn)澆方式，澆口的位置有2個(gè)方案（如圖2所示），為得到最佳的澆口位置，需要對(duì)塑料件的外形和注塑過(guò)程中的流動(dòng)情況進(jìn)行模擬和分析。

2.2 填充分析

使所有熔體在同一時(shí)刻填充完成，是選擇最佳澆口位置的目的之一，即填充平衡。填充不平衡會(huì)引起塑料制品表面縮水、尺寸差異、變形等缺陷。填充平衡主要有2個(gè)方面：流動(dòng)時(shí)間平衡和流動(dòng)壓力平衡。流動(dòng)時(shí)間平衡是指熔體填充到達(dá)工件末端的時(shí)間一致；流動(dòng)壓力平衡是指熔體流動(dòng)過(guò)程中壓力均勻。

從流動(dòng)過(guò)程（如圖3所示）可以看出，2種方案的流動(dòng)填充基本平衡，料流基本能同時(shí)充滿遠(yuǎn)處末端，方案一的填充時(shí)間為9.45 s，方案二的填充時(shí)間為8.914 s。

2.3 熔接痕分析

熔接痕是塑料制品表面出現(xiàn)的一種線形痕跡，是塑料件常見(jiàn)的表面缺陷之一，會(huì)影響塑料件的外觀感知質(zhì)量及力學(xué)性能。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在相同的工藝條件下，塑料制品熔接痕區(qū)域的強(qiáng)度會(huì)大大降低，嚴(yán)重影響塑料制品的正常使用。

熔接痕的形成機(jī)理是注射過(guò)程中若干股熔料在型腔中匯合在一起，熔料在交匯處未熔合完全，彼此不能熔合為一體，造成熔合痕跡。產(chǎn)生熔接痕的原因有很多，模具澆注系統(tǒng)對(duì)料流的熔接狀況影響很大，為了避免多股熔料在交匯處熔合不完全，要盡量采用分流少的澆口形式并合理選擇澆口位置，澆口位置會(huì)影響熔接痕在塑料制品表面的位置與大小，澆口位置選擇不當(dāng)會(huì)加重熔接痕的嚴(yán)重程度，甚至造成交匯處的熔料不能熔合或使熔接痕出現(xiàn)在塑料制品表面不允許出現(xiàn)熔接痕的位置。

用Moldflow對(duì)方案一和方案二的澆口位置進(jìn)行熔接痕分析（如圖4所示），從結(jié)果可以看出，2種方案的熔接線都較少，熔接線都在方孔邊緣。

2.4 后保險(xiǎn)杠主體變形分析

塑料制品翹曲變形是指塑料件沒(méi)有按照原設(shè)計(jì)形狀成形，偏離了模具型腔的形狀。在模具設(shè)計(jì)方面，造成塑料制品變形的因素主要有澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)與頂出系統(tǒng)等，而澆注系統(tǒng)中澆口的位置將影響塑料在模具型腔中的填充狀態(tài)，從而使塑件產(chǎn)生后變形。

從圖5可以看出，后保險(xiǎn)杠主體的變形主要在兩端，澆口位置采用方案一的后保險(xiǎn)杠主體變形大于方案二，原因是方案一的澆口位置距離兩端最遠(yuǎn)處的距離明顯大于方案二，方案一中后保險(xiǎn)杠兩端的熔融塑料流動(dòng)距離較長(zhǎng)，為了使熔融塑料迅速充滿整個(gè)型腔，需要相應(yīng)提高注射壓力和注射速率，內(nèi)應(yīng)力大，后變形也越大；而方案二的澆口位置距離兩端最遠(yuǎn)處的距離比起方案一短，熔融塑料的流程較短，型腔內(nèi)熔融塑料的流動(dòng)更趨于均勻，收縮也更均勻，同時(shí)熔料也能在較小的注射壓力下充滿型腔，則后變形也會(huì)減小。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)Moldflow分析可以得出，2種澆口形式的填充都較為平衡，熔接線都較少并且都在方孔邊緣，但就影響后保險(xiǎn)杠主體變形而言，方案二優(yōu)于方案一，因此模具設(shè)計(jì)時(shí)澆口位置的設(shè)定采用方案二的形式。

后保險(xiǎn)杠從造型到批量生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程十分復(fù)雜，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具加工制造及注塑生產(chǎn)等方面，是一個(gè)設(shè)計(jì)、修改、再設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化的過(guò)程。在設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)充分考慮后保險(xiǎn)杠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)及注塑生產(chǎn)的合理性，這樣能大大縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，減少產(chǎn)品廢品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及提高開(kāi)模成功率。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]