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汽車塑件領(lǐng)域注塑工藝的應(yīng)用與實(shí)踐
時(shí)間：2019-11-20 09:49
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來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)
由于汽車 復(fù)雜零件的塑料件有與眾不同的特殊性，所以其注塑成型在設(shè)計(jì)上需要充分考慮到如下因素，材料的干燥處理、玻纖增強(qiáng)材料對(duì)螺桿的新要求、驅(qū)動(dòng)形式及合模結(jié)構(gòu)等。
首先， 當(dāng)汽車保險(xiǎn)杠、儀表板等常用的樹脂材料為改性PP和改性ABS等改性樹脂時(shí)，樹脂材料有不同的吸濕性，為滿足成型時(shí)的水份含量要求(一般要求≤0.2%)，樹脂原料在進(jìn)入注塑機(jī)螺桿預(yù)塑計(jì)量之前，都要經(jīng)過(guò)熱風(fēng)干燥或除濕干燥處理。
改性PP(PP EPDM)樹脂的吸濕性較小，一般采用熱風(fēng)干燥機(jī)在80-100℃的條件下2-3h即可。改性ABS(PC ABS)的吸濕性較強(qiáng)，在成型干燥前，應(yīng)用除濕干燥機(jī)進(jìn)行除濕干燥處理。我們?cè)谠O(shè)計(jì)汽車復(fù)雜塑料零件成型系統(tǒng)上充分考慮了除濕干燥系統(tǒng)功能運(yùn)用。
第二， 目前國(guó)內(nèi)汽車用塑料件基本上為無(wú)玻璃纖維增強(qiáng)的塑料制品，與使用含有短切玻璃纖維增強(qiáng)的樹脂相比，成型無(wú)玻璃纖維增強(qiáng)塑料件所用注塑機(jī)的螺桿的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)有較大的不同。注塑機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，要注意螺桿料筒的合金材質(zhì)和特殊的熱處理加工工藝，保證它的耐腐性和強(qiáng)度。
第三， 由于汽車零部件與常規(guī)產(chǎn)品不同，它的型腔面十分復(fù)雜，受力不等、應(yīng)力分布不均，在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮它所需的加工能力。注塑機(jī)的加工能力體現(xiàn)在合模力和注塑能力(以最大理論注射容積來(lái)表示)兩方面。注塑機(jī)在成型制品時(shí)，合模力必須大于模具型腔壓力產(chǎn)生的開模力，否則模具分型面將會(huì)分開而成產(chǎn)生溢料。
確定注塑機(jī)合模力的公式如下：P合模≥P型腔×F/100。式中：P合模為注塑機(jī)的合模力(或稱鎖模力)KN
型腔為模腔平均壓力，MPa，與制品結(jié)構(gòu)形狀、精度要求和每模型腔數(shù)等有關(guān)，取值范圍一般在25-40MPa之間;F為模具型腔，澆道和進(jìn)料口的水平重疊投影面積CM3。
為保證可靠的鎖模、注塑成型時(shí)的工藝鎖模力必須小于注塑機(jī)的額定鎖模力。注塑機(jī)的最大理論注射容積與注塑機(jī)合模力噸位相匹配，是注塑機(jī)在出廠前以聚苯乙烯(PS)為基準(zhǔn)樹脂標(biāo)稱出來(lái)的注射容量。
第四， 根據(jù)汽車復(fù)雜塑料零部件特性而對(duì)注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)形式和合模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)目前使用較多的為液壓機(jī)械式或者全液壓式的液壓曲肘，或者是中心部直壓合模機(jī)構(gòu)的注塑機(jī)。泰瑞機(jī)械股份有限公司經(jīng)過(guò)多年努力，突破傳統(tǒng)約束，研發(fā)出二板合模直壓、復(fù)合鎖模形式機(jī)械結(jié)構(gòu)。
這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性在于它的開模行程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液壓曲肘合模結(jié)構(gòu)，至少在2倍以上，滿足汽車大型塑件(如保險(xiǎn)杠、儀表板等)生產(chǎn)需求。其次，鎖模采用4個(gè)復(fù)合油缸同步鎖住，用小流量實(shí)現(xiàn)大噸位的平穩(wěn)鎖模，鎖模力可以高于同噸位的液壓曲肘合模結(jié)構(gòu)。對(duì)汽車大型復(fù)雜塑料零部件的成型復(fù)合面精度給予充分保證。
第五， 由于汽車零部件的型腔面十分復(fù)雜，注塑機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其特殊性，配置一些特殊的功能程序：如多組抽芯功能、時(shí)序控制功能、注塑機(jī)配套換模裝置功能、配套取件機(jī)械手裝置功能等。這些特殊功能在生產(chǎn)汽車塑料零部件中優(yōu)勢(shì)十分明顯。例如，用這種機(jī)型注塑機(jī)在保險(xiǎn)杠生產(chǎn)過(guò)程中，為了縮短生產(chǎn)周期，通過(guò)取件機(jī)械手自動(dòng)取出模具開模頂出后的大型塑料制品件，多組抽芯使大型塑料制品平穩(wěn)整體頂出，不會(huì)產(chǎn)生頂白或開裂現(xiàn)象。目前我們?cè)谶@注塑系統(tǒng)中使用的多為3軸取件機(jī)械手，個(gè)別使用6軸取件機(jī)械手。
車用塑料零部件優(yōu)勢(shì),汽車復(fù)雜塑料零部件的優(yōu)勢(shì)：
1、塑料可以一次加工成型，加工時(shí)間短，精度有保證。
2、塑料制品的彈性變形特性能吸收大量的碰撞能量，對(duì)強(qiáng)烈撞擊有較大的緩沖作用，對(duì)車輛和乘員起到保護(hù)作用。現(xiàn)代汽車上都采用塑化儀表板和方向盤，以增強(qiáng)緩沖作用。前后保險(xiǎn)杠、車身裝飾條都采用塑料材料，以減輕車外物體對(duì)車身的沖擊力。塑料還具有吸收和衰減振動(dòng)和噪聲的作用，可以提高乘坐的舒適性。
3、塑料耐腐蝕性強(qiáng)，局部受損不會(huì)腐蝕。
4、通過(guò)添加不同的填料、增塑劑和硬化劑來(lái)制出所需性能的塑料，以適應(yīng)車上不同部件的用途要求。更方便的是塑料顏色可以通過(guò)添加劑調(diào)出不同顏色，省去噴漆的麻煩。有些塑料件還可以電鍍。
另一方面，汽車復(fù)雜零部件的注塑件特殊的外觀和尺寸要求提高了汽車注塑件的開發(fā)門檻和風(fēng)險(xiǎn)。Moldflow三維軟件幫助企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段分析塑件的成型可行性，通過(guò)對(duì)部品的變形及成型工藝的分析，評(píng)估并優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，同時(shí)指導(dǎo)了下游廠商的模具及注塑優(yōu)化。
首先， 當(dāng)汽車保險(xiǎn)杠、儀表板等常用的樹脂材料為改性PP和改性ABS等改性樹脂時(shí)，樹脂材料有不同的吸濕性，為滿足成型時(shí)的水份含量要求(一般要求≤0.2%)，樹脂原料在進(jìn)入注塑機(jī)螺桿預(yù)塑計(jì)量之前，都要經(jīng)過(guò)熱風(fēng)干燥或除濕干燥處理。
改性PP(PP EPDM)樹脂的吸濕性較小，一般采用熱風(fēng)干燥機(jī)在80-100℃的條件下2-3h即可。改性ABS(PC ABS)的吸濕性較強(qiáng)，在成型干燥前，應(yīng)用除濕干燥機(jī)進(jìn)行除濕干燥處理。我們?cè)谠O(shè)計(jì)汽車復(fù)雜塑料零件成型系統(tǒng)上充分考慮了除濕干燥系統(tǒng)功能運(yùn)用。
第二， 目前國(guó)內(nèi)汽車用塑料件基本上為無(wú)玻璃纖維增強(qiáng)的塑料制品，與使用含有短切玻璃纖維增強(qiáng)的樹脂相比，成型無(wú)玻璃纖維增強(qiáng)塑料件所用注塑機(jī)的螺桿的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)有較大的不同。注塑機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，要注意螺桿料筒的合金材質(zhì)和特殊的熱處理加工工藝，保證它的耐腐性和強(qiáng)度。
第三， 由于汽車零部件與常規(guī)產(chǎn)品不同，它的型腔面十分復(fù)雜，受力不等、應(yīng)力分布不均，在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮它所需的加工能力。注塑機(jī)的加工能力體現(xiàn)在合模力和注塑能力(以最大理論注射容積來(lái)表示)兩方面。注塑機(jī)在成型制品時(shí)，合模力必須大于模具型腔壓力產(chǎn)生的開模力，否則模具分型面將會(huì)分開而成產(chǎn)生溢料。
確定注塑機(jī)合模力的公式如下：P合模≥P型腔×F/100。式中：P合模為注塑機(jī)的合模力(或稱鎖模力)KN
型腔為模腔平均壓力，MPa，與制品結(jié)構(gòu)形狀、精度要求和每模型腔數(shù)等有關(guān)，取值范圍一般在25-40MPa之間;F為模具型腔，澆道和進(jìn)料口的水平重疊投影面積CM3。為保證可靠的鎖模、注塑成型時(shí)的工藝鎖模力必須小于注塑機(jī)的額定鎖模力。注塑機(jī)的最大理論注射容積與注塑機(jī)合模力噸位相匹配，是注塑機(jī)在出廠前以聚苯乙烯(PS)為基準(zhǔn)樹脂標(biāo)稱出來(lái)的注射容量。
第四， 根據(jù)汽車復(fù)雜塑料零部件特性而對(duì)注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)形式和合模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)目前使用較多的為液壓機(jī)械式或者全液壓式的液壓曲肘，或者是中心部直壓合模機(jī)構(gòu)的注塑機(jī)。泰瑞機(jī)械股份有限公司經(jīng)過(guò)多年努力，突破傳統(tǒng)約束，研發(fā)出二板合模直壓、復(fù)合鎖模形式機(jī)械結(jié)構(gòu)。
這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性在于它的開模行程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液壓曲肘合模結(jié)構(gòu)，至少在2倍以上，滿足汽車大型塑件(如保險(xiǎn)杠、儀表板等)生產(chǎn)需求。其次，鎖模采用4個(gè)復(fù)合油缸同步鎖住，用小流量實(shí)現(xiàn)大噸位的平穩(wěn)鎖模，鎖模力可以高于同噸位的液壓曲肘合模結(jié)構(gòu)。對(duì)汽車大型復(fù)雜塑料零部件的成型復(fù)合面精度給予充分保證。
第五， 由于汽車零部件的型腔面十分復(fù)雜，注塑機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其特殊性，配置一些特殊的功能程序：如多組抽芯功能、時(shí)序控制功能、注塑機(jī)配套換模裝置功能、配套取件機(jī)械手裝置功能等。這些特殊功能在生產(chǎn)汽車塑料零部件中優(yōu)勢(shì)十分明顯。例如，用這種機(jī)型注塑機(jī)在保險(xiǎn)杠生產(chǎn)過(guò)程中，為了縮短生產(chǎn)周期，通過(guò)取件機(jī)械手自動(dòng)取出模具開模頂出后的大型塑料制品件，多組抽芯使大型塑料制品平穩(wěn)整體頂出，不會(huì)產(chǎn)生頂白或開裂現(xiàn)象。目前我們?cè)谶@注塑系統(tǒng)中使用的多為3軸取件機(jī)械手，個(gè)別使用6軸取件機(jī)械手。
車用塑料零部件優(yōu)勢(shì),汽車復(fù)雜塑料零部件的優(yōu)勢(shì)：
1、塑料可以一次加工成型，加工時(shí)間短，精度有保證。
2、塑料制品的彈性變形特性能吸收大量的碰撞能量，對(duì)強(qiáng)烈撞擊有較大的緩沖作用，對(duì)車輛和乘員起到保護(hù)作用。現(xiàn)代汽車上都采用塑化儀表板和方向盤，以增強(qiáng)緩沖作用。前后保險(xiǎn)杠、車身裝飾條都采用塑料材料，以減輕車外物體對(duì)車身的沖擊力。塑料還具有吸收和衰減振動(dòng)和噪聲的作用，可以提高乘坐的舒適性。
3、塑料耐腐蝕性強(qiáng)，局部受損不會(huì)腐蝕。
4、通過(guò)添加不同的填料、增塑劑和硬化劑來(lái)制出所需性能的塑料，以適應(yīng)車上不同部件的用途要求。更方便的是塑料顏色可以通過(guò)添加劑調(diào)出不同顏色，省去噴漆的麻煩。有些塑料件還可以電鍍。
另一方面，汽車復(fù)雜零部件的注塑件特殊的外觀和尺寸要求提高了汽車注塑件的開發(fā)門檻和風(fēng)險(xiǎn)。Moldflow三維軟件幫助企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段分析塑件的成型可行性，通過(guò)對(duì)部品的變形及成型工藝的分析，評(píng)估并優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，同時(shí)指導(dǎo)了下游廠商的模具及注塑優(yōu)化。
