注塑成型工藝參數(shù)對汽車保險杠翹曲變形的影響研究

王妍婕

摘 要 汽車保險杠作為大型的注塑件，受到大尺寸和薄壁的影響，常會出現(xiàn)翹曲變形問題，保險杠生產(chǎn)依靠經(jīng)驗，修模時間和生產(chǎn)成本都會增加。保險杠翹曲變形的原因有三個參數(shù)，分別為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)以及注塑工藝。本文圍繞注塑成型工藝參數(shù)對汽車保險杠翹曲變形影響展開討論，優(yōu)化模具以及工藝參數(shù)，既能提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本，還能避免預測設計中存在的缺陷。

關鍵詞 注塑成型工藝;參數(shù);汽車保險杠;翹曲變形;研究

引言

工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動塑料制品應用在各個領域，利用塑料制品輕重量、低成本、高耐腐蝕以及染色等優(yōu)勢，汽車的內(nèi)飾件、外裝件以及功能結(jié)構(gòu)件都應用塑料制品，尤其是汽車保險杠應用塑料制品，成為減少汽車變形關鍵的部件。轎車前后保險杠使用塑料制品，本文通過正交試驗設計方法利用Moldflow模擬分析計算出翹曲變形的影響因素，綜合比較各工藝參數(shù)下翹曲變形，確定注塑成型工藝參數(shù)，然后Moldflow模擬出參數(shù)實際效果，驗證參數(shù)組合正確性。

1 實驗部分

1.1 保險杠模型

某品牌轎車前保險杠作為模型進行試驗研究，按照1/2等比例制作前保險杠模型，模型規(guī)格為1688×688×513mm，厚度控制在2.8-3.0mm范圍內(nèi)。Moldflow軟件前期對有限元模型進行分析，澆口、填充平衡性以及外觀熔接都是分析對象，對以上對象進行綜合性分析，根據(jù)分析結(jié)果確定澆口設計方案。本文采用正交試驗的方式，在不同注塑成型工藝參數(shù)交互作用下，以及按照不同工藝參數(shù)的配比，分析翹曲收縮變形對保險杠模型的影響。

1.2 注塑機和原材料性能參數(shù)

選用型號HTFIOOOW2寧渡海天塑料注射成型機，該機型參數(shù)如下：鎖模力10000kN;注射容量4847cm3;螺桿直徑110mm;塑化能力104B;最大注射壓力174MPa;注射行程510N。該機型以上的機型參數(shù)輸入到Moldflow軟件，在Moldflow軟件注塑機數(shù)據(jù)庫內(nèi)準備進行模擬分析。保險杠的材料選用揚子石化生產(chǎn)的材料，材料為高抗沖聚丙烯（PP）1215C，材料的固體密度為8895g/cm3，熔體密度為7218g/cm3。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實驗方案設計

保險杠的注塑過程在溫度和壓力變化下，塑料制件體積和密度也會發(fā)生變化，直接影響到制件的翹曲變化。其中翹曲變形發(fā)生的變化，通常受到以下工藝參數(shù)影響：熔體溫度→模具溫度→注射時間。以上工藝參數(shù)雖然對翹曲變形的影響不同，但是每個參數(shù)間產(chǎn)生相互制約的關系。正交實驗過程分析可知，相應條件以及因素對試驗最優(yōu)水平組合的影響，以及實驗因素對試驗指標的影響都會按照大小通過排列的方式展示出來。在列表中分析每個因素的影響作用，最終確定最佳參數(shù)水平組合，降低對翹曲變形的影響。實驗設計按照以下流程進行：（1）確定模擬試驗目的。因素以及因素水平;（2）制作因素水平表、正交表;（3）確定試驗模型;（4）進行Moldflow模擬分析;（5）計算模擬實驗結(jié)果，處理數(shù)據(jù);（6）確定最佳參數(shù)水平組合;（7）驗證模擬試驗數(shù)據(jù)。通過分析可知，翹曲變形影響因素主要指標包括以下幾種：（1）選擇熔體溫度（A）;（2）模具溫度（B）;（3）注射時間（C）;（4）保壓壓力（D）;（5）保壓時間（E）。

制件過程產(chǎn)生的翹曲變形因素有三種：（1）冷卻差異。在模腔內(nèi)分布差異性的溫度，引發(fā)不均勻熱收縮;（2）收縮差異。產(chǎn)品的不同位置由于不均勻體積收縮，導致塑料制品厚度出現(xiàn)收縮差異性，結(jié)晶度不同的薄壁以及厚壁位置，會出現(xiàn)不均勻收縮現(xiàn)象;（3）取向差異。平行方向和垂直方向分子排列，出現(xiàn)明顯的收縮差異現(xiàn)象。

制件在增高的溶體注射溫度下翹曲變形會減小，翹曲變形最小值通常出現(xiàn)在230℃，一段時間后會有所增加。溶體溫度的變化，會影響到制件成型翹曲收縮，包括熱收縮、結(jié)晶收縮、取向收縮以及補壓收縮。若升高溶體溫度，會減小溶體黏度，增強充模和保壓收縮能力，降低翹曲收縮變形。若增加料體的溫度，在保壓和冷卻定型階段的制件，都會出現(xiàn)明顯的熱收縮、結(jié)晶收縮以及取向收縮現(xiàn)象，即使溫度上升到230℃，翹曲變形上升情況仍然存在。模具溫度上升會導致制件出現(xiàn)明顯的翹曲變形，翹曲變形趨勢變化不是很明顯。在澆口凍結(jié)后制件脫模前，模具溫度對制件翹曲收縮的影響較為明顯。澆口凍結(jié)后對制件進行填充和保壓，不會出現(xiàn)翹曲變形。升高橫溫后，會增加冷卻定型時間，制件完成脫模會增加翹曲變形。

影響保險杠翹曲變形的參數(shù)，還包括不同時間的注射以及不同壓力的保壓。增加注射時間，制件的翹曲變形影響會降至最低，注射時間按照螺桿連續(xù)推進壓縮熔體入模連續(xù)時間確定。若較短的注射時間，增加注射速度，熔體內(nèi)會受到較強的剪切力作用，導致結(jié)晶和取向間的作用力明顯增強，翹曲變形的趨勢不斷增加。

保壓壓力增加可以降低制件的翹曲變形，若壓力增至45MPa或者更高，制件翹曲變形會更加明顯。較高的保壓壓力會增加模腔內(nèi)制品的密實度，模腔彈性逐漸恢復，減少翹曲收縮現(xiàn)象的發(fā)生。若超高的保壓壓力，模具會發(fā)生溢料情況，出現(xiàn)較為強烈的流動參與應力，翹曲變形仍會增加。

不同保壓時間對保險杠的翹曲變形量影響較為特殊，若保壓時間增加之間的翹曲變形會降低，拖增加保壓時間，可以將溶體不斷引入到型腔內(nèi)，填充冷卻后產(chǎn)生的收縮縫隙，降低型腔內(nèi)的應力，避免制件出現(xiàn)明顯的翹曲變形。

2.2 最佳工藝參數(shù)組合及實驗驗證

翹曲變形的影響程度，會在同工藝參數(shù)下發(fā)生變化，按照重要程度大小進行排列，分別為模具溫度為最大，保壓時間、注射時間、溶體溫度依次降低，最小為保壓壓力，最終得出最佳工藝參數(shù)組合為A4B1C5D2E5，按照最佳工藝參數(shù)優(yōu)化后的結(jié)果，輸入到Moldflow軟件分析模流，制件翹曲變形由最大降至7166mm，在該工藝參數(shù)下獲得的制件，受到翹曲變形的影響最小。

3 結(jié)論

綜上所述，利用Moldflow模擬分析技術(shù)和正交試驗設計，進行保險杠塑料制件注塑成型各影響因素進行分析可知，制件發(fā)生翹曲變形與注塑成型工藝參數(shù)有直接關系。按照影響大小排列，分別為模具溫度為最大，保壓時間、注射時間、溶體溫度依次降低，最小為保壓壓力，在不同水平狀態(tài)下制品的翹曲變形影響趨勢和原因，確定最終的最佳工藝參數(shù)組合。最佳工藝參數(shù)組合輸入到Moldflow模擬進行分析可知，制件的翹曲變形好于原有的狀態(tài)，證明注塑成型試驗與Moldflow的驗證結(jié)果相符。

參考文獻

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