某重型卡車輪弧下飾板尺寸偏差注塑工藝分析及解決方案

李淵博，汪凌凌，王少軍

（華菱星馬汽車（集團(tuán)）股份有限公司，安徽 馬鞍山 243061）

1 前言

隨著汽車、工程、家電等注塑產(chǎn)品外觀雕塑化發(fā)展，即產(chǎn)品的外觀造型線條、立體感明顯；尤其是汽車的外觀裝飾件，既要保證外觀的造型的光順性，又要保證外部搭接件的間隙均勻，線條流暢清晰；這就對(duì)產(chǎn)品的尺寸精度要求越來越高；同時(shí)要求產(chǎn)品在制造過程中，對(duì)產(chǎn)品注塑工藝的準(zhǔn)確性及模具溫度的穩(wěn)定性有了更為嚴(yán)格的要求；因此，對(duì)產(chǎn)品尺寸精度要求較高的注塑件，在注塑成型工藝中注塑工藝參數(shù)的選定及模具使用溫度的控制將決定產(chǎn)品的關(guān)鍵尺寸是否能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

本論文以某重型卡車左輪弧下飾板為研究對(duì)象，從注塑工藝控制的角度，對(duì)產(chǎn)品注塑關(guān)鍵尺寸控制方法進(jìn)行研究；該產(chǎn)品外形尺寸為1159×601×58mm，其外觀形狀如圖1所示。由于此產(chǎn)品成弧形，產(chǎn)品冷卻過程收縮方向一致性有較大差異，生產(chǎn)過程產(chǎn)品尺寸超差風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。因此，擬結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備及注塑模具情況，對(duì)輪弧下飾板注塑成型工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而解決實(shí)際生產(chǎn)中因產(chǎn)品成型和冷卻過程的收縮不平衡導(dǎo)致的產(chǎn)品尺寸超差問題。

2 尺寸偏差產(chǎn)生原因

產(chǎn)品尺寸偏差影響因素有多種，主要有以下幾個(gè)方面例如產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)造型、注塑工藝參數(shù)、模具溫度控制、材料收縮率范圍、材料流動(dòng)性、模具設(shè)計(jì)等因素，鑒于產(chǎn)品造型、注塑模具、注塑機(jī)生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)固化，本文僅從工藝和模具溫控的角度進(jìn)行分析，以解決產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的超差問題，從而達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 注射壓力及注射時(shí)間

熔融狀態(tài)的塑料是通過注塑機(jī)的注塑壓力，將模具型腔進(jìn)行充填完成的；成型過程中的注塑壓力的選定，往往是通過對(duì)原材料的流動(dòng)性及產(chǎn)品的進(jìn)膠形式進(jìn)行選定的；注射過程中高壓高速對(duì)尺寸較大的產(chǎn)品，在填充冷卻過程中，會(huì)形成較小收縮趨向，致使產(chǎn)品超差；同時(shí)注塑時(shí)間也是衡量注射條件的一個(gè)重要條件，是配合注壓力和速度完成注塑過程的，時(shí)間過短會(huì)發(fā)生充填不完整，過長會(huì)產(chǎn)品脹模，也會(huì)致使產(chǎn)品尺寸偏差。

2.2 保壓壓力及保壓時(shí)間

產(chǎn)品在注射完成后的冷卻固化過程，會(huì)產(chǎn)生冷卻收縮，在這個(gè)冷卻收縮過程中；就需要對(duì)注射后續(xù)過程進(jìn)行保壓控制，以減小制品因固化冷卻產(chǎn)生的尺寸變形；保壓的壓力和速度要根據(jù)產(chǎn)品進(jìn)膠口設(shè)置和模具冷卻效果而定；保壓壓力過大產(chǎn)品內(nèi)部應(yīng)力過大，會(huì)產(chǎn)生較大的尺寸變形，對(duì)細(xì)長的薄壁產(chǎn)品尤為明顯；同時(shí)保壓壓力、速度與保壓時(shí)間進(jìn)行配合使用，以達(dá)到較好的補(bǔ)縮作用。

2.3 模具溫度控制

注塑模具的溫度的控制，在有高精度尺寸要求產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中顯得較為重要，若模具溫度控制不到合理的范圍，會(huì)致使產(chǎn)品局部收縮不均，尺寸局部和整體尺寸都會(huì)產(chǎn)品偏差；注塑模腔的溫度控制與原材料種類、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)；型腔內(nèi)溫度不均勻會(huì)影響原材料的結(jié)晶取向及局部產(chǎn)品的收縮率；模具溫度較高，產(chǎn)品在腔內(nèi)未控制到穩(wěn)定固化溫度，產(chǎn)品出模后仍將產(chǎn)生收縮，引起尺寸偏差；較低模具溫度會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品過快凝固，分子間的補(bǔ)償作用減弱，會(huì)產(chǎn)生較大收縮應(yīng)力，產(chǎn)品變形問題較為突出而產(chǎn)生尺寸超差。

3 產(chǎn)品工藝參數(shù)分析及方案對(duì)比

產(chǎn)品名稱：某重型卡車左輪弧下飾板，生產(chǎn)設(shè)備為1600T注塑機(jī)，注塑機(jī)品牌為寧波海天塑機(jī)集團(tuán)有限公司；材料牌號(hào)TPO（黑色）生產(chǎn)廠家為湖州眾誠工程塑料有限公司；產(chǎn)品含膠口重量1587g，產(chǎn)品凈重1561g，成型周期75s。

左輪弧下飾板的關(guān)鍵尺寸標(biāo)準(zhǔn)具體如圖 2，在生產(chǎn)工藝方案一的生產(chǎn)狀態(tài)下超差5～6mm。以下生產(chǎn)工藝方案優(yōu)化，為建立在設(shè)備選型為1600T注塑機(jī)；模具為現(xiàn)存模具，模具結(jié)構(gòu)與進(jìn)膠位置大小固定及原材料牌號(hào)固定的情況下，對(duì)工藝參數(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化，使生產(chǎn)產(chǎn)品尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1 方案一：工藝參數(shù)選定及相應(yīng)產(chǎn)品精度

成型工藝參數(shù)設(shè)定值，具體如表 1，調(diào)出產(chǎn)品尺寸 1-5實(shí)際生產(chǎn)尺寸具體如表3。

表1 工藝參數(shù)設(shè)定值

3.2 方案二工藝參數(shù)選定及相應(yīng)產(chǎn)品精度

通過對(duì)產(chǎn)品尺寸及重量分析；在設(shè)備型號(hào)選型合理與原材料粒子性能參數(shù)固定且為同一批次同一生產(chǎn)廠家供應(yīng)的生產(chǎn)條件下，對(duì)相關(guān)注塑工藝條件作針對(duì)性調(diào)整，具體如下：

3.2.1 模具溫度方面

經(jīng)分析方案一僅采用普通冷卻水進(jìn)行對(duì)模具冷卻，因模具現(xiàn)有水路已固定，難以保證模具型腔內(nèi)的溫度，生產(chǎn)過程中模具型腔內(nèi)的溫度不均衡，剛開始生產(chǎn)階段模具溫度40-70℃波動(dòng)（模具腔內(nèi)溫度）；生產(chǎn)中期模具溫度 60-120℃波動(dòng)（模具腔內(nèi)溫度）；生產(chǎn)后期模具溫度 90-140℃波動(dòng)（模具腔內(nèi)溫度）；從此可以得出模具生產(chǎn)過程中，模具腔內(nèi)溫度波動(dòng)較大，增加產(chǎn)品尺寸的不穩(wěn)定。

針對(duì)此種模具冷卻狀態(tài)，優(yōu)化冷卻方式，采用冰水機(jī)進(jìn)行制備恒定溫度23℃度的冷卻水；同時(shí)采用多管可變量流量控制計(jì)對(duì)模具每組水路進(jìn)行流量控制，保證模具生產(chǎn)過程開腔內(nèi)壁溫度在 75-90℃范圍；讓產(chǎn)品在模具開腔內(nèi)均勻固化成型，減小因溫度不均引起的收縮及產(chǎn)品變形。

3.2.2 注射壓力方面

經(jīng)分析方案一采用的是低壓高速進(jìn)行充填，注射時(shí)間為5S，由于原材料的流長比限制，致使產(chǎn)品的致密性不足致產(chǎn)品收縮變形較大；故對(duì)注塑充填壓力、速度進(jìn)行調(diào)整，改高壓中低速進(jìn)行注射，延長注射時(shí)間至8S，確保產(chǎn)品充填致密性，減少收縮變形引起的尺寸偏差。

3.2.3 保壓壓力方面

經(jīng)分析方案一未采用注塑結(jié)束后進(jìn)行相應(yīng)的保壓充填，由于相應(yīng)的保壓過程較短，會(huì)致使產(chǎn)品冷卻后的致密性不足致產(chǎn)品內(nèi)存在氣孔，會(huì)引起較大收縮變形；故對(duì)注塑過程增加保壓過程，采用高壓低速進(jìn)行保壓填充，確保產(chǎn)品補(bǔ)縮壓實(shí)，塑件密度增大，收縮率變??；更有利于控制產(chǎn)品收縮變形。

綜合以上分析，方案二將對(duì)注塑工藝參數(shù)作如下修正：模具型腔內(nèi)壁溫度控制在 75-90℃范圍：注射壓力較方案一采用高壓中低速進(jìn)行注射，延長注射時(shí)間至8S；注射保壓方面較方案一新增保壓過程，采用高壓低速進(jìn)行保壓填充；方案二成型工藝參數(shù)設(shè)定值，具體如表2。

表2 工藝參數(shù)設(shè)定值

根據(jù)以上兩種工藝選定方案，對(duì)制得產(chǎn)品尺寸進(jìn)行比較分析，具體見表 3，得出結(jié)論：采用方案二后，產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸得到了有效的控制，尺寸1-5達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 各方案產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析及實(shí)物檢測對(duì)比表

4 結(jié)論

通過對(duì)塑料注塑工藝研究，以輪弧下飾板產(chǎn)品為例分析了產(chǎn)品尺寸產(chǎn)生偏差的原因，并通過對(duì)注塑工藝參數(shù)的重新優(yōu)化設(shè)定，來解決在注塑設(shè)備、注塑模具固化及原材料牌號(hào)固定的情況下，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的產(chǎn)品變形及產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸超差問題；同時(shí)也為其它類似工藝產(chǎn)品的尺寸質(zhì)量問題的解決提供了參考。