某車型塑料格柵注塑成型設(shè)計(jì)案例分析

摘要：散熱器格柵是表達(dá)設(shè)計(jì)語(yǔ)言的重要零部件，散熱器格柵的設(shè)計(jì)要綜合考慮造型表達(dá)、性能要求、成本三方面因素，需要從原材料、生產(chǎn)工藝、造型三方面進(jìn)行設(shè)計(jì)方案制定。給出了塑料格柵、拖鉤蓋板在原材料選擇上的建議，以及注塑件常見的表面質(zhì)量問(wèn)題解決方案，通過(guò)對(duì)零部件結(jié)構(gòu)和模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)消除零部件表面縮痕、凹坑和熔接痕等問(wèn)題。研究結(jié)論可對(duì)同領(lǐng)域注塑件的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：塑料格柵；縮痕；熔接痕；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中文分類號(hào)：U462" 收稿日期：2023-09-26

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.12.009

1 前言

散熱器格柵是為汽車?yán)鋮s系統(tǒng)設(shè)置的開放部件，一般位于保險(xiǎn)杠的中央部位，如圖1所示。散熱器格柵一般采用塑料注塑成型加工工藝，根據(jù)具體情況還包含噴漆、電鍍、燙印等其他工藝。

在設(shè)計(jì)散熱器格柵時(shí)，要同時(shí)滿足以下三點(diǎn)要求：

a.進(jìn)風(fēng)量的要求。

b.造型的要求。

c.自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求。

格柵網(wǎng)格盡量采用雙壁厚結(jié)構(gòu)，無(wú)進(jìn)風(fēng)量的區(qū)域盡量封堵，既保證強(qiáng)度，又可防止格柵內(nèi)側(cè)零件外露［1］。

散熱器格柵是一個(gè)表現(xiàn)造型設(shè)計(jì)語(yǔ)言的重要零部件。一般而言，格柵聚集了多種不同的色彩紋理定義，對(duì)于噴漆件，需要校核噴漆角度是否滿足要求，造型面對(duì)涂料是否容易產(chǎn)生流掛，是否容易返工處理等［2］。對(duì)于格柵上的電鍍零件，應(yīng)檢查零件是否存在發(fā)黃、應(yīng)力集中等工藝缺陷。如果是燙印格柵，則應(yīng)考慮格柵的燙印區(qū)域是否滿足燙印的相關(guān)工藝要求。對(duì)于格柵上的皮紋零件，則應(yīng)考慮脫模角是否能滿足表面皮紋角度要求。應(yīng)該基于不同工藝進(jìn)行分析，從而達(dá)到造型、工藝可行性以及成本三方面的平衡。

2 格柵常用材料和工藝

a.格柵本體。格柵需要根據(jù)外飾效果進(jìn)行選擇，其中高光注塑外觀零件在選材時(shí)，一般使用ASA或其混合物，不同的材質(zhì)高光注塑的光澤、色調(diào)有所不同，需要和設(shè)計(jì)師充分溝通，以便使造型外觀和材質(zhì)匹配。使用電鍍工藝時(shí)，考慮到電鍍層的附著力和成本，一般選用ABS；如果對(duì)強(qiáng)度和耐沖擊性有特別需求的，或者工藝過(guò)程中產(chǎn)品形狀保持力比較差的，可以選用PC+ABS。

b.拖車鉤蓋板。若拖車鉤蓋板是噴漆件，一般選用PC+ABS，它有更好的機(jī)械強(qiáng)度（尤其對(duì)按壓式蓋板而言）和小圓角處涂料附著力。若拖車鉤蓋板是皮紋件，則要考慮到不同基材和色彩匹配較為困難，一般選用和蓋板周邊零件相同的材質(zhì)，如ASA或者PP+EPDM-Tx［3］。

3 某車型格柵設(shè)計(jì)案例分析

3.1 格柵及其問(wèn)題

案例車型格柵為噴漆件，表面為大平面結(jié)構(gòu)，開孔較深，翻邊厚，如圖2所示。

此格柵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較容易保證，格柵本體噴面漆，表面需盡可能平整、光潔，避免縮水和變形，初定材質(zhì)為ABS。

可以通過(guò)合理的膠口布置、保壓以及模溫等因素來(lái)減少零件表面的熔接痕、縮痕、氣孔和變形等問(wèn)題。此格柵配合的拖車鉤蓋板尺寸較大，表面為面漆光面，中間開近似六邊形孔洞，并且翻邊較高，如圖3所示。

由于拖車鉤蓋板與格柵通過(guò)卡扣連接，商用車拖車鉤相比轎車使用頻次較高，所以拖車鉤蓋板需具備多次拆卸且卡扣不損壞的要求，而傳統(tǒng)的ABS、ASA材料韌性較差，所以此處材料推薦為PP+EPDM+TD20［4］。

此方案的首版樣件有以下問(wèn)題：a.表面縮痕嚴(yán)重；b.熔接痕明顯。此兩項(xiàng)問(wèn)題對(duì)零件外觀影響較大，通過(guò)以下方法逐一解決。

3.2 表面縮痕問(wèn)題的解決

樣件存在表面縮痕問(wèn)題，即樣件最大注射壓力為20 MPa，表面明顯可見凹坑和收縮，如圖4所示。

下面對(duì)問(wèn)題進(jìn)行原因分析：

a.零部件空的翻邊處壁厚過(guò)大，零件本體料厚不均勻，翻邊處堆料較多，導(dǎo)致縮痕明顯。

b.注射阻力大，注射壓力略小，零件表面不平整，出現(xiàn)凹坑。

解決方案如下：

a.周邊縮痕解決方案。優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，減小翻邊尺寸，如圖5所示，PP類材料，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，骨位的厚度小于本體厚底1/3時(shí)，表面縮痕最小，即此處骨位厚度建議厚度為0.8 mm，圓角大于1.5 mm，圓角若太小，邊緣縮痕效應(yīng)很難解決。

b.開孔處縮痕解決方案。較小開孔翻邊厚度，如圖6所示，將翻邊改為均勻的1.2 mm，同時(shí)將翻邊根部做減料處理［5］，如圖7所示。

c.表面凹坑解決方案，增大注射壓力。

經(jīng)過(guò)以上三種措施，已基本解決了表面凹坑和縮痕問(wèn)題，如圖8所示。

通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，增大注射壓力解決了縮痕和凹坑的問(wèn)題，但熔接痕凸出的問(wèn)題卻無(wú)法解決。

3.3 熔接痕明顯問(wèn)題的解決

再次對(duì)模具進(jìn)行分析，結(jié)合模流分析，初步判斷熔接痕產(chǎn)生的原因?yàn)檫M(jìn)膠口布置不合理，原方案進(jìn)膠口位置在開孔的大尺寸方向，如圖9所示。

進(jìn)膠口在開孔尺寸大的一側(cè)，繞過(guò)開孔時(shí)不通暢，阻力大，溫度降低，低溫熔料的分流匯合性能較差，形成熔接痕。

解決方案如下：

模具澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)流料的熔接狀況有很大的影響，因?yàn)槿劢硬涣贾饕a(chǎn)生于熔料分流匯合。應(yīng)盡量采用分流少的膠口形式，并合理選擇膠口位置，盡量避免充模速率不一致及沖模料流中斷。因此需要更改膠口位置，移至開孔小尺寸處，如圖10所示。

通過(guò)模流分析發(fā)現(xiàn)，熔料流通更加通暢，熔接痕明顯減少，僅在膠口遠(yuǎn)端處還有一條熔接痕，如圖11所示。

由于此處距離膠口較遠(yuǎn)，受限材料特性限制，消除此處熔接痕需要進(jìn)一步優(yōu)化模具方案。

遠(yuǎn)端熔接痕解決方案如下：

可以通過(guò)“搭橋”的方式引導(dǎo)熔料的流通，消除此處熔接痕，具體方案如圖12所示。

在開孔兩側(cè)順熔料流通方向搭橋，讓熔料可以通過(guò)孔中央流至孔對(duì)側(cè)。此方案缺點(diǎn)為：需要手工切除“橋”，增加人工成本。

通過(guò)更改膠口位置和搭橋兩個(gè)方案，筆者成功地解決了拖車鉤蓋板熔接痕凸出的表面問(wèn)題，成品效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

a.零部件設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)各個(gè)材料的理化性能和工藝性能來(lái)約束具體的造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量避免厚度不均勻、圓角過(guò)于尖銳等問(wèn)題。

b.可以充分利用各個(gè)材料的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)巧妙的造型或者結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)弱化它的劣勢(shì)，最終達(dá)到成本、性能以及造型效果三者的平衡，達(dá)到效益的最大化。比如，對(duì)外觀要求較低或者尺寸精度不高的零部件優(yōu)先選擇PP類材料，表面涂漆的外觀件可以選用成本較低的ABS替代ASA，間隙配合處采取巧妙的搭接關(guān)系來(lái)設(shè)計(jì)，可以有效降低配合精度，進(jìn)而降低零部件成本等。

c.模具設(shè)計(jì)直接影響零部件產(chǎn)品的的最終質(zhì)量，膠口的布置、流道的設(shè)計(jì)、注射壓力、保壓時(shí)間等都會(huì)對(duì)零部件的成形質(zhì)量起到關(guān)鍵影響。

參考文獻(xiàn)：

［1］邱國(guó)華，俞梅.汽車內(nèi)外飾設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021.

［2］曹渡，蘇忠.汽車內(nèi)外飾設(shè)計(jì)與實(shí)戰(zhàn)手冊(cè)［M］.北京：人民交通出版社，2017.

［3］田亞梅.汽車非金屬材料輕量化應(yīng)用指南［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.

［4］周達(dá)飛，吳張永.汽車用塑料-塑料在汽車中的應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［5］朱春東，虞煒華，朱洪艷.成型工藝參數(shù)對(duì)薄殼塑料件翹曲變形影響的數(shù)值模擬［J］.模具工業(yè)，2007（9）：50-53.

作者簡(jiǎn)介：

趙燦，男，1990年生，工程師，研究方向?yàn)槠囃怙椉O(shè)計(jì)、汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。