基于分型線選擇的保險杠結構優(yōu)化設計

丁志勇，劉倩倩，王永森，萬朝華，廖宏輝，李超輝

(江鈴汽車股份有限公司, 江西南昌 330008)

0 引言

汽車工業(yè)高速發(fā)展，市場需求漸趨多樣化，車身改款升級速度隨之日益加快。作為汽車的重要裝飾件，保險杠的造型美觀性和外觀質(zhì)量也受到越來越多的關注?？梢暶姹M量不要出現(xiàn)飛邊、縮痕、熔接線及分模線等明顯的缺陷，盡量通過零件結構和成型工藝的優(yōu)化設計達到減少產(chǎn)品外觀缺陷、降低注塑成型難度和減少后處理投資的目的。因此,在產(chǎn)品設計與開發(fā)前期，結合產(chǎn)品特點和模具結構，進行汽車保險杠的結構優(yōu)化設計具有重要的意義。

1 保險杠分型線概念介紹

模具上用于取出塑件和(或)澆注系統(tǒng)冷凝料的可分離的接觸表面稱為分型面[1]。分型面與塑件的接觸線稱為分型線。分型結構設計合理與否，將直接影響著塑件質(zhì)量、模具結構復雜度及模具壽命等。其中，不影響塑件外觀質(zhì)量是分型面選擇的基本原則之一。

根據(jù)分型線是否外露于零件外觀可視面，將它分為外分型線和內(nèi)分型線。外分型模具結構簡單，但是分模線外露和由于模具制造工藝導致的飛邊等外觀質(zhì)量問題令很多主機廠和顧客不能接受；內(nèi)分型模具無論是加工誤差還是長期使用后產(chǎn)生的飛邊都不會影響零件的外觀[2]，但是模具相對比較復雜，投資成本較高。如圖1所示，A面為保險杠的外觀可見面,B面為保險杠與翼子板結構配合的非可見面，PL1為外分型線，PL2為內(nèi)分型線。通常，根據(jù)外觀質(zhì)量要求和零件結構特征選取適宜的分型面及分型線。

圖1 前保險杠側部橫截面

2 保險杠分型線選擇對外觀的影響分析

2.1 案例問題介紹

如圖2所示，某款汽車前保險杠本體在試模過程中出現(xiàn)產(chǎn)品翻邊處區(qū)域1及對稱區(qū)域2與模具成型結構接觸拉傷的問題，即使后處理也無法消除外觀缺陷。質(zhì)量部門不能接受此問題。

圖2 某車型保險杠翻邊處拉傷

2.2 案例原因分析

如圖3所示，為了保障保險杠擁有良好的外觀，設計前期模具時，產(chǎn)品兩端區(qū)域3和對稱區(qū)域4采用內(nèi)分型，產(chǎn)品內(nèi)分型倒扣量為6 mm。

圖3 某車型保險杠

產(chǎn)品開模過程如下：

(1)同步頂出過程。模具開啟，動模板在注塑機作用下垂直分型面向定模反方向運動。在外置機械拉鉤的作用下，直頂和斜頂同步頂出，零件留在定模。如圖4所示，在此同步頂出過程中，拉桿帶動產(chǎn)品橫向運動，使其產(chǎn)生9 mm塑性變形,零件定模倒扣處脫離型腔。

(2)一次頂出。同步頂出后，模具完全開模，產(chǎn)品恢復變形。大斜頂在油缸的作用下頂出，脫離翼子板區(qū)域的倒扣。

(3)二次頂出。小直頂將產(chǎn)品從大直頂頂出，取下產(chǎn)品。

如圖5所示，在開模過程的第一階段，產(chǎn)品由位置A變形到位置B,此變形導致翻邊處區(qū)域1及對稱區(qū)域2鼓起。鼓起部位在與定模型腔分離的過程中發(fā)生摩擦，進而產(chǎn)生拉傷問題。

圖4 同步頂出過程

圖5 保險杠塑性變形整體圖

2.3 案例問題解決方案

減少保險杠內(nèi)分型脫模拉傷問題可從以下幾個方面入手：

2.3.1 減少倒扣量

內(nèi)分型倒扣量越多，拉塊拉動保險杠變形量越大，下側翻邊鼓起量也越大，拉傷情況越嚴重。在保證分模線不外漏和滿足其他精致工藝標準的情況下，減少倒扣量可避免出現(xiàn)拉傷問題。

2.3.2 弱化拉傷處翻邊

下側翻邊，即大斜頂與大直頂分割位置，建議不要做太寬。一方面翻邊越寬，剛度越大，產(chǎn)品不易被拉變形，倒扣不易被拉出；另一方面，翻邊越寬，變形時鼓起面積越大，開模時越易拉傷。 一般翻邊需要作皮紋處理的，建議做到30 mm以內(nèi)， 如果是噴漆，翻邊可以適當寬一些。圖6為減小易拉傷區(qū)域翻邊強度示例。

圖6 弱化翻邊區(qū)域示例

2.3.3 部分改為外分型

外分型模具在開模瞬間首先實現(xiàn)保險杠與定模的分離，即不需要通過保險杠的塑性變形來實現(xiàn)定模的順利開啟[3]。

如圖7所示：PL3為產(chǎn)品主體內(nèi)分型線，將離翻邊有一定距離處的C段改為外分型線PL4。由于PL4部分沒有倒扣的存在，在PL3部分被橫向拉動時，零件變形量很小，故不會產(chǎn)生拉傷問題。

圖7 分型線變化

2.4 問題解決效果

上述幾種方法在前期保險杠結構設計和模具設計時均是避免開模拉傷的有效方法。但在試模階段，本著對模具改動最小的原則，結合此產(chǎn)品的特點，采取了在拉傷處翻邊區(qū)域增加鋸齒狀結構的方法，有效解決了問題。鋸齒狀結構將拉傷區(qū)域的變形量分散，有效避免了零件與定模型腔的接觸摩擦。圖8所示為變更后零件，改良狀態(tài)被質(zhì)量部門接受。

圖8 拉傷區(qū)域改良狀態(tài)

3 總結

依據(jù)保險杠分型線選擇的不同，零件外觀質(zhì)量和生產(chǎn)問題會有所差異。內(nèi)分型線模具可以避免外分型分模線外露問題，但同時也潛在零件變形拉傷問題。

在產(chǎn)品設計初期，產(chǎn)品結構設計師應該懂得成型加工的知識，對模具結構有所了解，著力提升產(chǎn)品開發(fā)力度。在成型工藝設計前期，模具廠應充分考慮主機廠的精致工藝標準，從成型方面對產(chǎn)品結構及時提出優(yōu)化設計的建議，盡量減少產(chǎn)品成型階段質(zhì)量問題的產(chǎn)生。

參考文獻:

[1]齊曉杰.塑料成型工藝與模具設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2015：51.

[2]孫為.內(nèi)藏式分型線汽車外飾件模具的基本結構[J].模具工業(yè),2006,32(9):62-65.

SUN W.Basic Structure of Mould with Hidden Parting Line for Automotive Trim Component[J].Die & Mould Industry,2006,32(9):62-65.

[3]盛俊華，王曉.內(nèi)分型線保險杠的模具設計[C]//2008中國汽車工程學會年會論文集.天津,2008:736-741.