汽車保險杠模具設計中的應用

為了解決由于尺寸較大給注射成型帶來的成型困難和工藝范圍狹窄的問題，大型的汽車模具往往采用增加熱流道和澆口數目的設計形式[1]。結果模具型腔充填很難均衡，且熔接痕數目增多，嚴重影響了制品的外觀質量和力學性能。作為一種創新的注射成型工藝，氣體輔助注射成型突破了傳統注射成型的局限性，被逐步應用于多種塑料產品[2]。將氣輔注射成型技術應用到大型汽車模具的設計過程，并在結構設計階段采用ＣＡＥ技術對氣輔成型過程作ＣＡＥ模擬分析，有著非常重要的現實意義。本文以汽車保險杠氣輔注塑模具結構的設計為例，對ＣＡＥ技術在氣輔注塑模設計中的應用進行了深入探討。

1　分析簡介
   塑料充填形態取決于模具澆注系統的形式，例如澆口、流道尺寸、澆口的位置等；氣道設計包括進氣形式、進氣點的位置、氣道分布以及氣道尺寸等內容。保險杠常用的進氣形式有兩種，一種是從模具型腔進氣，另一種是從主流道入口進氣。本文采用從型腔進氣的形式。氣體主要從制品局部壁厚尺寸較大部分穿過，因此在建模過程中須將這部分等效成氣道，并設置形狀因子；汽車保險杠模具一般采用短射或滿射氣輔成型工藝。良好的氣輔成型工藝關鍵是處理好了幾個要素的關系，這幾個要素分別為進氣時間、射料時間、進氣壓力。

該套汽車保險杠模具的分析從這三個要素出發，先后調整了澆口位置、澆口數量以及氣輔成型工藝的設置等，最終取得了良好的效果。該套汽車保險杠制件屬于薄壁狹長型制件，壁厚在1.2～2ｍｍ之間，總長度約為1200ｍｍ。
1.設計模型，制件采用3點(Ａ，Ｂ，Ｃ)進料；流道為熱流道，直徑12ｍｍ；澆口為側澆口，寬度8ｍｍ，長度2ｍｍ。制件邊緣處壁厚尺寸較大，可以將其用作氣道，在建模過程中等效成一維圓柱，直徑為7.2ｍｍ，形狀因子1.13。Ｄ為進氣點。

2  氣體掏空率
   氣道附近有氣體不均勻滲出；且部分氣體通過澆口Ｃ進入熱流道內，使成型工藝較難調整。造成以上缺陷的原因可能有如下幾點：一是3個澆口造成充填不均勻，從而影響氣體穿透；二是氣壓太大，延遲時間太短；三是進氣點離澆口太近。
3.熔接痕。制品表面有大量尺寸較大的熔接痕，大大影響了制品表面質量和力學性能。 據問題分析做出調整：澆口數目由原來的3個減少為1個；將最大氣壓減小為25ＭＰａ，并增大延遲時間；將進料點設計到進氣點相對的一側。分析條件如表4所示。圖4為氣體掏空率。從圖4看出，氣體均勻穿透氣道，滲出面積較小，沒有氣體進入熱流道。氣輔工藝變化曲線。主流道入口處壓力僅為29.11ＭＰａ，制品成型較容易。氣輔進氣延遲時間為0.9～1.1ｓ。

對原始方案的優化分析，使氣體充填更加均勻，熔接痕數量減少，改善了制件表觀質量，提高了制件的力學性能，降低了模具的成本，優化了成型工藝。

3　結論
1)以汽車保險杠模具為例，在模具設計中應用氣體輔助注射成型技術；同時在設計過程中輔以氣輔ＣＡＥ模擬技術對設計方案進行成型模擬和優化，大大提高制品的質量，節省模具設計和制造成本，優化成型工藝條件，因此具有非常重要的現實意義。

2)該套汽車保險杠模具最佳設計方案為：采用一個熱流道，從制品中間單點進料；可將制品邊緣局部較厚部位用作氣道，不必增加其余氣道設計，可從制品中間部位采用型腔形式進氣。

3)保險杠模具氣輔注塑工藝：成型溫度225℃；最大氣壓25ＭＰａ。氣輔進氣延遲時間9～11ｓ。