基于華塑CAE的乘用車安全氣囊蓋的注塑模設(shè)計

金志剛、余敏霞、陳傳端

（中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 528404)

0 引言

本篇文章著重利用華塑 CAE 軟件從充模時間、V/P 轉(zhuǎn)換壓力、氣穴及熔接痕等方面，研究華塑 CAE 軟件對乘用車安全氣囊蓋的注塑成型工藝，從而進一步探索最具優(yōu)勢的模具澆注系統(tǒng)方案。

1 塑件工藝分析

本文中介紹的乘用車安全氣囊蓋的三維實體外形尺寸為164.6 mm×164.8 mm×85.9 mm，平均厚度為2.0 mm，最大厚度為4.7 mm，最小厚度為0.5 mm。為考慮到該件用于外觀，所以要求塑件外觀完好、表面光滑、無接痕及無氣泡，同時塑件周向殼體對稱分布有3個側(cè)孔、12個卡爪及12個側(cè)向凸起。為了保證其實用性，還需要設(shè)置側(cè)抽芯機構(gòu)，形狀復(fù)雜，對精度要求頗高。制件材料選用Cousin-Tessier公司的熱塑性彈性體(TPE)，型號為Tefabloc TOSI 76837D。具體三維模型圖和成型工藝參數(shù)如表1所示。

表1 TPE成型工藝參數(shù)表

2 澆口優(yōu)化設(shè)計

澆口設(shè)計包括澆口類型、數(shù)量和位置的設(shè)計。通過澆口3方面參數(shù)優(yōu)化組合，可為塑料熔體提供1個最優(yōu)化充模方案。充模方案不僅要求熔體充滿模腔各個角落的時間一致，還要保證熔體的流動均勻、穩(wěn)定和快速，同時還要盡量控制溶體的流動方向，保證方向一致，從而避免出現(xiàn)滯留及噴射現(xiàn)象[1]。

為了確保模擬的準確性，我們根據(jù)安全氣囊蓋的結(jié)構(gòu)特點，建立了2個充模方案，利用目前模擬效果極為出色的華塑CAE軟件對2個初選方案進行充模分析，以此來判斷2個充模方案的優(yōu)劣。方案一采用冷流道，在氣囊蓋正面設(shè)置2個點澆口（圖1）；方案二采用熱流道，在氣囊蓋正面中間設(shè)置1 個點澆口，在6點鐘方向設(shè)置2個補充牛角澆口，同時增加順序閥（圖2）。

圖1 第一套充模方案

圖2 第二套充模方案

3 模擬結(jié)果分析

3.1 填充分析

填充時間是從模具合模后，注塑機螺桿快速前移，將塑料熔體通過澆注系統(tǒng)注入模腔算起，到塑料熔體充滿模腔體積達95%左右為止。填充時間越短，成型效率越高。但在實際生產(chǎn)中，填充時間會受到諸多因素影響，所以在時間的計算上需要綜合考慮。此次填充分析，主要是研究同樣參數(shù)下，不同塑料熔體的充模情況，根據(jù)充模時間的長短，來判斷2種充模方案的合理性。如圖3所示的2種模型數(shù)據(jù)顯示，方案a的填充時間為0.65 s，方案b的填充時間為0.52 s，從時間上來看，2個方案相差不大，而且填充較為完整均勻，內(nèi)部溶體流向平穩(wěn)、無短射。

3.2 保壓切換壓力分析

當(dāng)注塑即將充滿腔體時，螺桿會從原來的流動速率控制轉(zhuǎn)換為壓力控制[2]，這個轉(zhuǎn)化時間點稱之為保壓切換控制點，也就是V/P轉(zhuǎn)換點。轉(zhuǎn)壓點的設(shè)定和控制是影響注塑工藝是否成功的直接因素，設(shè)定過早，有可能熔體填充完全，設(shè)定太遲，則容易出現(xiàn)飛邊和內(nèi)應(yīng)力過高等情況。如圖3所示，a方案的V/P轉(zhuǎn)換時間0.65 s，當(dāng)產(chǎn)品填充至95%時，壓力直接切換為51.21 MPa；b方案的V/P轉(zhuǎn)換時間0.52 s，產(chǎn)品填充填至95%時，壓力切換為29.65 MPa。由此可見，b方案的切換壓力明顯遠小于a方案，說明b方案在充模過程中，6點鐘方向的2個牛角澆口發(fā)揮了作用，讓其具有更好的流動平衡性。

圖3 充模時間分析

3.3 氣穴分析

所謂氣穴，是指熔體在流動過程中形成在塑件內(nèi)部的氣泡。氣泡的產(chǎn)生極易造成塑件內(nèi)部填充不完全和保壓不充分，最終在塑件表面形成缺陷。情況嚴重時，內(nèi)部氣泡還有可能出現(xiàn)壓縮，從而形成熱量，最后造成焦痕，影響安全氣囊蓋的質(zhì)量和美觀度。如圖4所示，圖中黃色小圓球代表產(chǎn)生氣穴區(qū)域，a方案的安全氣囊蓋面板標牌區(qū)域及標牌區(qū)域周邊就有較多的氣泡，尤其是標牌區(qū)域更為明顯，分布也比較分散，對塑件表面質(zhì)量和美觀度都有極嚴重的影響；b方案中的氣泡數(shù)目明顯較少，氣泡主要集中在側(cè)壁和標牌區(qū)域周邊，而側(cè)壁上的氣穴可通過分型面及頂桿與模具配合的間隙排除，或設(shè)置專門的排氣槽加以解決，對塑件的外觀和質(zhì)量影響并不大。

3.4 熔接痕分析

熔接痕是產(chǎn)品注射過程中，多股流體匯集而形成的如同線狀的缺陷，澆口的數(shù)目及位置也是熔接痕形成的主要原因。熔接痕的存在不僅影響塑件的美觀度和質(zhì)量，對氣囊蓋的點爆性能、機械性能以及安全性都有不同程度的影響。圖4中紅色線條代表產(chǎn)生的熔接痕，a方案在標牌區(qū)域中間及兩側(cè)都有熔接痕，對整體的美觀度和質(zhì)量都影響較大；b方案的熔接痕數(shù)目明顯少于a方案，而且長度較短，熔接痕主要分布在側(cè)壁和底面，標牌區(qū)域幾乎沒有熔接痕，并不影響外觀，表面質(zhì)量更好。

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過充模時間、轉(zhuǎn)換壓力、氣穴及熔接痕等注塑成型工藝分析，得出采用方案2澆注系統(tǒng)方案即熱流道與3澆口相組合的方式，其中1個點澆口位于氣囊蓋中間位置，2個牛角澆口設(shè)置在在氣囊蓋側(cè)面6點鐘方位。該澆口的組合設(shè)置方式可以有效去除氣囊蓋標牌位置的熔接痕。根據(jù)氣穴分析，設(shè)置分型面如圖5、6所示，該分型面可將大部分氣體排掉。在動模中，由于塑件尺寸較大，故該模具型芯做成鑲塊式，由鑲塊組合而成，便于加工。部分鑲塊磨損后，只需單獨更換即可。沿圓周分布的12個卡爪、12個側(cè)向突起和3個側(cè)孔可通過6個斜頂機構(gòu)成型（圖7）。

圖4 氣穴分析

圖5 安全氣囊蓋注射模定模部分

圖6 安全氣囊蓋注射模動模部分

圖7 安全氣囊蓋注塑?？傃b圖

5 結(jié)束語

本文利用模流分析軟件華塑CAE，對乘用車安全氣囊蓋注塑模的模具注塑成型過程進行了注塑成型模擬分析。針對注塑過程中可能產(chǎn)生的充模不滿、氣穴及熔接痕較多等問題給出了最佳的澆注系統(tǒng)方案，優(yōu)化了模具結(jié)構(gòu)，簡化了模具研發(fā)流程。目前，該模具已投入生產(chǎn)，實踐表明，該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，生產(chǎn)的塑件精度高，沒有熔接痕、變形和氣穴等問題，表面質(zhì)量好，完全達到了產(chǎn)品的使用要求。