汽车轮罩塑件的注塑成型始终是相关设计人员开展模具设计工作的难点, 尤其是当塑件的壁厚变化较大, 各部位壁厚不均匀时, 在实际的注塑过程中会有出现压力过大、飞边和熔接痕的危险, 严重影响模具设计质量, 无法满足客户提出的要求, 并最终影响到模具施工寿命以及产品生产经济效益。为此, 有必要在设计工作中充分利用现阶段成熟的辅助设计软件, 充分考虑塑件特点, 制定合理有效的设计方案, 妥善处理设计过程中遇到的难题, 从而达到提高设计质量, 保证产品满足使用要求的目的。现针对汽车轮罩塑件注射模具各项特点, 对其设计要点、设计流程及设计中采用的关键技术进行深入分析, 为确保模具设计质量及产品加工质量提供可靠的参考与依据。
左轮罩与右轮罩均采用PP (71103) 塑胶, 其收缩率可保持在1%左右, 中间部分的壁厚约为1.2mm, 两侧壁厚略大于中间部分, 为1.7mnm, 整体尺寸:1068mm×434mm×628mm, 是典型的薄壁型注塑模具。此零部件为半圆形, 外部形状较不规则。在外观方面, 应满足无气孔、飞边和缩坑, 且整齐光滑等要求。在零部件的表面, 设有若干处通孔与倒钩, 其中通孔的直径在6.5mm左右, 无法在脱模方向上依靠动定模靠破以及插破完成成型, 在结构上应当设计成侧向抽芯的型式。根据零部件各项基本信息可知, 此零部件主要有以下设计难点:其一, 壁厚变化较大, 在注塑过程中有发生压力超标、飞边与熔接痕等危险;其二, 零部件的外观尺寸相对较大, 应对模具的强度、自重、吊升形式、规格等进行重点考虑;其三, 在对模具进行生产时, 取件难度较大。
考虑到此零部件外观尺寸偏大, 形状与结构不规则, 壁厚变化较大等特征, 在对模具进行设计分析与结构合理性的探讨时, 应借助Moldflow等专业软件对其设计重点进行分析, 包括浇口的具体位置与大小、充填开始时间、注塑流动前沿实时温度、锁模强度、气泡具体位置、模腔实际压力与熔接痕的具体位置等。
Moldflow专业软件能提供专用于注塑成型方面的仿真工具, 可协助模具设计人员对具体的成型流程、塑料零部件与模具进行可靠的验证与优化。在实际工作中, 通过对该软件的合理应用, 能为设计人员、制造人员及工程师提供正确且必要的指导, 并在仿真设置以及结果反馈的支持下, 对各个因素为可制造性造成的实际影响进行展示[1]。无论是薄壁零件, 还是厚壁零件或坚固零件, 利用该软件形成的各类几何图形都能为设计人员的方案选定提供进行方案试验的条件, 这是传统模具设计方式无法实现的。
根据模流分析的成果对模具的基本结构进行确定:其一, 一模一腔排位;其二, 热流道系统主要采用六点进胶形式;其三, 模具生产所用注塑机应保持在1250t左右, 不得低于1250t;其四, 模架需使用非标三板形式;其五, 对于行程相对较大的侧抽芯应优先使用油缸进行驱动, 其余则可使用常规斜导柱进行驱动;其六, 产品留于动模, 取件利用机械手进行直接抓取完成。在实际工作中严格按照以上要求进行设计, 并在所用专业软件中开展模拟分析, 兼顾冷却水道, 同时将分析结果作为依据, 对设计方案进行确定, 以此确保方案的可行性与合理性。
考虑到汽车轮罩是典型的大型薄壁式零部件, 在注塑料浇注成型时必须保持最佳流动性, 并且在具体的设计环节应借助热流道确保稳定在要求的流动范围中, 以此保证熔料可以在标准的范围之内完全充填型腔。通过对熔体进行的流动分析与模拟分析, 可确定出六点浇口的最佳位置, 如图1所示。为了防止在作业过程中零部件的表面产生严重的熔接痕, 需将六点浇口实际尺寸确定如下:四点直径严格控制在3.5mm左右, 采用单边2度的斜度以大浇口在产品上直接进行进胶;另外两点则采用15度斜度、20mm宽和3mm高的侧浇口于滑块的顶端位置进行进胶。
为为满满足足取取件提出的基本要求, 并确保次零部件有良好的外观质量, 其主分型面应确定在装车状态底端对应的最大轮廓面上;与此同时, 在与客户协商并征得同意之后, 可将侧抽芯分型线 (共六处) 设置在零部件的表面, 如图2所示;而其余的圆孔抽芯分型线 (共三处) 则可设置在零部件表面预留的圆孔口上。
经经过过深深入入的的设设计分析可知, 无法在脱模方向上直接进行成型倒钩的部位共有九处, 为方便生产加工, 避免对外观质量造成影响, 可将其设计为侧抽芯的形式, 如图3所示。其中, 对侧抽芯而言 (共六处) , 为了使加工取件更为方便, 降低生产难度和提高效率, 需适当增大滑块, 并将其和动模进行可靠固定, 如果抽芯的行程在10mm以上, 则可利用液压油缸进行驱动;而在10mm以下时, 可使用常规的斜导柱进行驱动。除这六处圆孔外的其他三处圆孔, 应采用镶针侧抽芯形式, 将其和定模进行可靠固定, 并利用液压油缸进行驱动, 不再使用斜导柱。
定定模模冷冷却却主主要使用直通形式的冷却水道, 冷却水一进一出;动模也可以使用一进一出中间用潜入式水井不断靠近零部件表面的水道进行有效冷却。为了保证冷却效果, 每一处抽芯都要设置专用的冷却水道。通过准确的模流分析可知, 如果能将进出水口实际温差控制在2℃-3℃的范围内, 则可避免发生因温差超标而造成的收缩不均等问题。因此, 在设计过程中, 除了要重视冷却系统设计, 还要采取有效措施严格控制进出水口实际温差。
正式开模之后, 在注塑机施加的作用之下, 动模会不断向后方移动, 直至到达设定的行程。三处侧抽芯在液压油缸的驱动之下脱离胶体, 直至达到设定的距离。采用机械手对轮罩进行抓取, 并按由上至下的顺序取出部件。在合模的过程中, 滑块在液压油缸的驱动作用下先行复位, 然后动模开始不断向前方移动, 直到分型面完全锁紧。
考虑到模具实际温度决定了结晶程度, 所以在实际生产时应将模具实际温度严格控制在45℃, 而料筒的实际温度应根据其分段情况控制在190℃-220℃范围内, 采用70MPa注塑压力, 压力保持状态下的最大压力不能超出30MPa。开始注塑后, 应采用高速进行注射, 通过对充模速度的提高能保证塑料具有更好的流动性, 确保模腔内尽快被料填满, 以此有效降低型腔内压, 避免飞边等问题的发生[2]。将模具正式投产之后的实际生产状况作为依据, 开展跟踪验证, 根据验证结果可知, 模具的成型及填充情况较好, 可在十分平稳的状况下进行流动, 且成型压力始终保持在较低的水平, 没有发现由于压力过大而造成的毛刺和飞边等成型缺陷。通过对成品进一步的检查发现, 无明显困气现象和烧焦等由于严重困气导致的缺陷。从整体上看, 模具的实际工作情况较为稳定, 可顺利且方便的进行取件, 虽然采用多浇口的形式会产生一些熔接线, 但在实际情况中并不明显, 不会对产品的机械性能、外观和质量造成影响, 部件整体质量满足客户提出的各项技术要求, 说明此次设计合理可行, 具有良好的参考和借鉴价值。
综上所述, 在对汽车轮罩塑件注射模具进行设计的过程中, 选定最佳的塑件浇口位置始终是相关设计人员和客户关注的焦点问题, 同时也是决定设计质量的难点与关键点所在, 尤其是此类塑件的壁厚有较大的变化, 对设计提出了十分严格的要求, 如果未对这一因素进行分析, 必定会对设计质量造成不利影响。对此, 应借助Moldflow等专业软件为设计工作提供必要的辅助, 而通过实践也能看出, 在全面应用设计辅助软件之后, 不仅可以处理各项设计难题, 节省用于反复试验投入的资金, 而且还能起到缩短实际开发周期的作用, 并为设计人员制定合理的设计方案提供可靠的基础支撑。
摘要：本文着重分析了汽车轮罩塑件注射模具的设计难点、要求和设计方法。
关键词：汽车轮罩,注塑模具,设计
[1] 王伟, 盛丹, 蔡嘉盛, 周应国.熔接线数值模拟在汽车保险杠注射模具设计中的应用[J].江苏科技大学学报 (自然科学版) , 2013 (01) :22-26.
[2] 王伟其.新型汽车轮罩及工艺研究[J].长春工业大学学报, 2013 (8) :476-480.
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