基于Moldflow的汽車(chē)前置薄壁防撞梁注塑工藝研究及模具設(shè)計(jì)

胡鄧平　趙利平

摘 要： 針對(duì)汽車(chē)薄壁防撞梁注塑工藝中出現(xiàn)的問(wèn)題，先結(jié)合模流軟件Moldflow進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用了內(nèi)分型技術(shù)和SVG技術(shù)（順序閥熱流道澆口控制技術(shù)），溫度控制系統(tǒng)采用了“直通式冷卻水管+傾斜式冷卻水管+冷卻水井”的形式、導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)和脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了直頂與頂針頂出，解決了塑件復(fù)雜部位的側(cè)向抽芯、大型薄壁塑件的脫模力大和推件復(fù)位難等問(wèn)題，達(dá)到塑件外觀美觀和緩沖的效果，這對(duì)汽車(chē)薄壁注塑件行業(yè)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞： 汽車(chē)薄壁防撞梁；內(nèi)分型技術(shù)；SVG技術(shù)；側(cè)向抽芯

中圖分類(lèi)號(hào)： TQ320 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-8153（2016）05-0109-04

發(fā)生碰撞時(shí)汽車(chē)前置薄壁防撞梁會(huì)發(fā)生形變，起到緩沖效果。美國(guó)福特汽車(chē)公司率先采用塑料注塑成型代替金屬，滿足汽車(chē)外觀協(xié)調(diào)與一致，減少汽車(chē)的重量，節(jié)省了材料，因?yàn)楸”诜雷擦菏峭庥^件，需要達(dá)到一定的表面質(zhì)量。綜合國(guó)內(nèi)外的研究，在注塑件表面質(zhì)量的一些研究工作中，胡鄧平等[1-3]在塑件表面縮痕缺陷機(jī)理與表觀質(zhì)量等方面做了很多研究工作。辛勇等[4]在高光注塑成型領(lǐng)域做了相關(guān)研究。FAN等[5]運(yùn)用仿真軟件對(duì)圓形光盤(pán)材料的成型工藝進(jìn)行了仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究。為了綜合考慮模具設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題，本研究結(jié)合模流軟件Moldflow進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，參考相關(guān)資料[6-9]，最后設(shè)計(jì)了全套模具。

1 塑件結(jié)構(gòu)分析

汽車(chē)前置防撞梁的結(jié)構(gòu)尺稱是：長(zhǎng)×寬×高為1856×565.3×734.1 mm，尺寸很大，形狀類(lèi)似于馬鞍形，加強(qiáng)筋較多，熔融在型腔中流動(dòng)阻力大，難填充，塑件碰穿、插穿孔較多，塑件倒扣復(fù)雜，側(cè)向抽芯不易。注塑模具選材的依據(jù)包括模具的壽命、塑料的特性、模具零件的作用與功能，綜合考慮選擇注塑件材料為PP+EPDM-T20，收縮率取1.0095，密度小強(qiáng)度硬，符合生產(chǎn)工藝要求。

如圖1為汽車(chē)防撞梁的二維結(jié)構(gòu)圖，如圖2為汽車(chē)防撞梁的三維圖。

2 注塑工藝仿真分析

因?yàn)闉榇笮捅”谧⑺芗?，故而采用一模一腔，?yīng)保證各型腔末端在同一時(shí)間內(nèi)填滿，這樣既可以保證塑件的成型質(zhì)量，又可以使注塑周期最短。從模流分析結(jié)果可以看出，熔體流動(dòng)穩(wěn)定，表面無(wú)熔接痕，塑件質(zhì)量好，因此保證了模具的使用壽命和產(chǎn)品合格率。塑件產(chǎn)品充填均勻，無(wú)短射，但是產(chǎn)品局部膠厚處體積收縮較大，建議減膠。圖3是汽車(chē)前保險(xiǎn)桿采用熱流道順序閥澆口進(jìn)膠的模擬數(shù)據(jù)圖。

3 模具結(jié)構(gòu)分析及各系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

根據(jù)塑件的外形結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)模具的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.2 成型零件設(shè)計(jì)

模具設(shè)計(jì)的第一步就是設(shè)計(jì)成型零件，要充分考慮塑料的收縮率、流動(dòng)性、腐蝕性、脫模特性、制造與維修的工藝特點(diǎn)，保證外觀美觀，采用了先進(jìn)的內(nèi)分型面技術(shù)。對(duì)于大尺寸型腔，主要問(wèn)題是剛度的不足，應(yīng)防止溢料，保證塑件的精度，保證塑件順利脫模，組合式鑲件的剛性不及整體式鑲件，所以本模具采用整體式鑲件。在碰穿處設(shè)計(jì)了排氣槽與避空槽，對(duì)于大型塑件，排氣槽對(duì)塑件的品質(zhì)影響較大，保證型腔中的氣體可以順利排出，從而不易產(chǎn)生飛邊，延長(zhǎng)了模具壽命。成型零件采用預(yù)硬注塑模具鋼P(yáng)20，可以降低模具制造成本。同時(shí)保證模具的強(qiáng)度、剛度和耐磨性，從而達(dá)到模具既定的生產(chǎn)壽命。具體如圖5所示。

3.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具澆注系統(tǒng)采用整體式熱流道系統(tǒng)，該系統(tǒng)裝拆方便，精度易控制，產(chǎn)生漏膠風(fēng)險(xiǎn)會(huì)降低，此外，維護(hù)成本低，無(wú)需重復(fù)拆裝，方便維護(hù)和安裝。為了保證前置防撞梁外觀美觀，且表面不允許有熔接痕，本模具采用8點(diǎn)順序閥熱流道澆口控制技術(shù)，即SVG技術(shù)[10]。相比傳統(tǒng)的熱流道澆口技術(shù)，SVG技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，可以保證熔體流動(dòng)穩(wěn)定，提高尺寸精度以及強(qiáng)度。它通過(guò)汽缸驅(qū)動(dòng)來(lái)控制8個(gè)熱噴嘴的關(guān)閉和開(kāi)啟，可以達(dá)成塑件表面無(wú)熔接痕的理想效果。

3.4 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑件上存在與開(kāi)模方向不一致的凸凹結(jié)構(gòu)，不能有脫模斜度的外側(cè)面，塑件尺寸大，所以采用側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在推出的過(guò)程中，鑲件做斜向運(yùn)動(dòng)，斜向運(yùn)動(dòng)分解成一個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)和一個(gè)側(cè)向運(yùn)動(dòng)，其中的側(cè)向運(yùn)動(dòng)即實(shí)現(xiàn)側(cè)向抽芯，保證復(fù)位可靠，斜頂?shù)膬A斜角度不能過(guò)大，否則，在推行過(guò)程中斜頂會(huì)受到很大的扭矩作用，從而導(dǎo)致斜頂變形，一般角度3°～10°，這一角度越小越好。

斜頂?shù)脑O(shè)計(jì)要點(diǎn)，抽芯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、斜頂靠近型腔一端、斜頂上端面應(yīng)比動(dòng)模鑲件低0.05～0.1 mm，保證推出時(shí)不損壞塑件，移動(dòng)時(shí)不能與塑件內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉，斜頂與模架接觸處避空，增加斜頂?shù)膹?qiáng)度和剛度。內(nèi)分型防撞梁定模側(cè)孔要設(shè)計(jì)定模彈針結(jié)構(gòu)抽芯，見(jiàn)圖4中E處放大圖，可知與一般的注塑模相比，內(nèi)分型防撞梁注塑模設(shè)計(jì)不一樣。

3.5 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

較大程度影響模具的成型周期與產(chǎn)品質(zhì)量的是模具溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于塑件和模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，應(yīng)努力使模具溫度盡量均衡，不能有局部過(guò)熱、過(guò)冷現(xiàn)象，要控制進(jìn)出口處冷卻水的溫差，所以根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)和特征，采用的形式為“直通式冷卻水管+傾斜式冷卻水管+冷卻水井”的形式。本模具的冷卻水道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（1）冷卻水的作用是將熔體傳給內(nèi)模鑲件的熱量帶走，動(dòng)模鑲件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熱量集中，冷卻水管到型腔的距離B以10～15 mm為宜。

（2）冷卻水管的布置應(yīng)盡量避開(kāi)塑件易產(chǎn)生熔接痕的部位，以避免形成熔接痕。

（3）定模鑲件冷卻水盡量靠近型腔，動(dòng)模鑲件冷卻水盡量布置在外圈，內(nèi)模型芯較大，必須通冷卻水。

（4）對(duì)于大型模具，水路較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)要了解鉆頭的長(zhǎng)度。

3.6 導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于大型薄壁注塑模，所有運(yùn)動(dòng)的零件都必須得到準(zhǔn)確的導(dǎo)向和定位，反復(fù)開(kāi)、合模的過(guò)程中，零件活動(dòng)較多，為了保證成型零件配合精度，每次開(kāi)、合模都需要精確的導(dǎo)向和定位，模具需要承受高壓、高溫條件，所以直接影響模具的壽命和塑件的精度主要因素是導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞。定位系統(tǒng)的作用主要是保證動(dòng)、定模在合模和注射成型時(shí)精確定位。為了便于塑件取出，采用了方導(dǎo)柱與精定位導(dǎo)向定位，動(dòng)模板較厚及大型模具，增加模具強(qiáng)度，其中動(dòng)模側(cè)方導(dǎo)柱規(guī)格為80×60×700（mm），當(dāng)模具動(dòng)模部分有推板時(shí)，導(dǎo)柱必須裝在后模B板內(nèi)，導(dǎo)柱導(dǎo)套部分的長(zhǎng)度保證推板在推出塑件時(shí)，自始至終不能離開(kāi)導(dǎo)柱。動(dòng)、定模之間方導(dǎo)柱規(guī)格為180×80×580（mm），設(shè)計(jì)如圖4和圖5所示。

3.7 脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該模具中間位置采用直頂與圓推桿頂出，圓推桿與推桿孔都易于加工，被作為標(biāo)準(zhǔn)件廣泛應(yīng)用。圓推桿優(yōu)點(diǎn)：制造和加工方便，成本低、阻力小、維修方便。但是缺點(diǎn)是推出位置有一定的局限性，所以盡量少采用圓推桿。液壓油缸可根據(jù)脫模力的大小和抽芯距離的長(zhǎng)短來(lái)選液壓裝備。尺寸L是需要延遲的距離，液壓缸活塞桿的行程至少大于塑件應(yīng)抽芯的長(zhǎng)度的5～10 mm。

4 模具工作過(guò)程

因?yàn)楸”诜雷擦鹤⑺苣２捎昧藘?nèi)分型技術(shù)，模具工作過(guò)程分為注射充模、冷卻固化、開(kāi)模合模這四部分：

（1） 注射充模：注塑機(jī)料筒內(nèi)的熔體通過(guò)模具一級(jí)熱噴嘴5中的主流道和二級(jí)熱噴嘴8中間的分流道，經(jīng)側(cè)澆口高速進(jìn)入模具型腔。

（2） 冷卻固化：熔體充滿型腔后保壓、冷卻和固化。

（3） 開(kāi)模：當(dāng)成型塑件固化至足夠剛性后，注塑機(jī)拉動(dòng)動(dòng)模開(kāi)模。

預(yù)先施加壓力給液壓油缸，推桿板12和斜頂22、28壓回復(fù)位，確保頂出系統(tǒng)同步打開(kāi)，定模A板和推桿固定板11首先同步打開(kāi)60 mm，塑件和橫小斜頂脫22、28脫離定模A板的倒扣面。

定模A板繼續(xù)開(kāi)模，動(dòng)模內(nèi)推桿固定板11保持60 mm的頂出狀態(tài)不變，以達(dá)到定模A板與直頂25、26分離的作用。

定模打開(kāi)到所需的空間后，動(dòng)模內(nèi)推桿固定板11繼續(xù)推出合理位置，此時(shí)的橫向小斜頂22、28導(dǎo)桿到達(dá)導(dǎo)軌的變換角度的拐點(diǎn)處，塑件倒扣面脫離模具。

如果此時(shí)塑件有粘小斜頂?shù)默F(xiàn)象，直接用手將塑件拉出模具，反之，則推桿固定板11繼續(xù)推出至最后位置，完成脫模后取下塑件。

合模：注塑機(jī)推動(dòng)動(dòng)模合模，模具接著下一次注射成型。

5 結(jié)論

（1）采用了Moldflow模擬仿真軟件，模擬仿真了塑件澆注成型的全過(guò)程。在模具設(shè)計(jì)前能夠及早發(fā)現(xiàn)注塑問(wèn)題。

（2）本模具采用了內(nèi)分型技術(shù)，能夠維護(hù)塑件的外觀質(zhì)量，降低模具損壞的風(fēng)險(xiǎn)；應(yīng)用“復(fù)合斜頂”的二次抽芯結(jié)構(gòu)，解決塑件復(fù)雜結(jié)構(gòu)抽芯困難的問(wèn)題，保證推出時(shí)不損壞塑件，延長(zhǎng)了模具的使用壽命。

（3）采用了SGV技術(shù)，消除熔接痕，達(dá)到理想效果；應(yīng)用液壓油缸動(dòng)力脫模，解決了塑件脫模難、模具復(fù)位難的問(wèn)題。

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Abstract： In view of the problems arising from the auto thin-wall anti-collision beam injection molding process，Moldflow software is used for data analysis，adopting the classification and SVG technology（sequence valve hot runner gate control technology），and temperature control using the “straight through cooling water pipe， tilting cooling water pipe and cooling water” for system，using the top and the thimble ejection in the form of guide positioning system design and demoulding system design，the complex parts of the side core-pulling and ejection force of large thin wall plastic parts and solving some problems，so that the parts surface is beautiful and buffer effect can be obtained，It provides guiding significance for the thin-wall plastic car industry.

Key words： car thin-wall anti-collision beam； parting technology；SVG technology；lateral core pulling