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保险杠的快速成型是嘛

发布时间:2021-07-13 01:12:01 阅读: 来源:回流焊厂家

保险杠的快速成型

随着汽车工业的发展,保险杠作为一种重要的汽车安全装置,也在不断进行革新。轿车的前后保险杠除了要保持原有的保护功能外,还要追求外观与车体造型的和谐统一,以及实现本身的轻量化。目前,轿车的前后保险杠均采用了塑料材料。

不论是生产高端轿车,还是普通经济型车,本田公司每一根保险杠的材料都具有相同的性能(采用改性聚丙烯)。其中,广州本田保险杠的注塑成型周期仅为45s,达到了世界先进水平,并且由于在产品设计时采用了“肉厚渐变”技术,可以节省15%的材料。下面就以广州本田保险杠为例,从设备、工艺、材料、产品设计及模具等方面,介绍保险杠的快速成型解决方案。

注塑机

注塑机大致由射出机构、锁模机构、动力装置和电动控制装置构成,如图1所示。广州本田所采用的注塑机为三菱重工的3000MMⅢ-470和海天公司的HTF3000X,均为保险杠和仪表台专用注塑机。这些机器的运转周期(也称为“干周期”)比一般注塑机的要短30%,其开合模速度是一般注塑机的1.3倍,注塑速度是一般注塑机的1.3倍,计量与开合模的动作重叠,模具顶出机构的速度也比一般注塑机更快。下面以三菱注塑机为例,简单介绍该注塑机在快速成型方面的技术特色。

图1 注塑机结构

1.射出机构

射出机构是注塑机中主要负责粒料移送、熔融的部分。熔融的热量主要来自料筒的电加热器,也有部分来自螺杆旋转使粒料间生成的机械摩擦热,当提高螺杆转速,摩擦作用加强,就会产生更多的热量去参与树脂熔融。三菱重工根据多年的经验,对已有技术进行改良,开发了“UB螺杆”(2条螺纹型螺杆),使得树脂熔体能够以均一的温度充填到模具内,达到了尺寸精度稳定化的效果。

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图2 锁模升压时

图3 模开结束时

MM锁模结构是在动模板和定模板内构成锁模部的新型复合锁模结构(如图2、图3所示),该结构最大的优点是,在确保注塑机获得同等锁模力的情况下,其长度也最短。其锁模动作按下列顺序进行:

(1)在模具完全打开的状态下,不能对任何一个油缸注油。

(2)模闭高速:将液压油送入模开合油缸3、硬件配置不同的A内。

(3)模闭低速(模具保护):与(2)相同,但油量少,且油压要降低。

(4)开合螺母闭:向A部加高压油,再向开合螺母动作油缸的C加辅助液压油,合上螺母,使螺母的螺纹与拉杆的螺纹咬合。

(5)升压:合上开合螺母,将油压送入锁模机构的E部。

(6)开合螺母开:在锁模的状态下,将辅助液压油送入D部,并打开螺母。

(7)降压:开合螺母后退后,排出E部的液压油。

(8)离模:将液压油送入模开关机筒的B部。

(9)模开高速:向B部送入液压油。

(10)模开低速:向B部送入小流量的液压油。

其中(1)~(5)为模闭,(6)~(10)为模开。

3.辅助设备

与主机相配套的辅助设备包括:产品取出机械手、自动换模台车、材料自动投入装置、液压油冷却系统、模具温度调节机、冷冻设备及车间空调等。

广州本田采用的机械手来自STAR公司,型号为TW-2000FMV-3,用于自动取出保险杠。由于需要与取件相对应,制品臂的上下行程由标准的2000mm改为2500mm,从而实现了高速取出。注塑机的模具交换是通过自动换模台车完成的,换模时间约3min(不包括辅助时间)。同时,广州本田通过采用松井或川田的材料输送装置,将材料自动投入注塑机。为实现注塑机的高速运转,还配置了液压油冷却系统。此外,为降低模具的表面温度,广州本田配置了模具温度调节机,控制温度大约在18~20℃;为保证注塑品质,车间长年开动空调系统,将车间温度控制到25℃左右,湿度控制在60%左右。

注塑工艺

一般的注塑机在塑化过程中是不能卸压和开模的,到塑化完成后才进行卸压等动作。注塑过程包括合模、升压、注射、保压、冷却(PP材料由熔融状态降低到约60℃)、塑化、卸压及取出(广州本田是用机械手取件)等动作过程,如图4所示。

图4 一般注塑过程

以雅阁后保险杠的注塑成型过程为例,所用材料是改性聚丙烯,制品重量约3.9kg,开闭模行程为1200mm,冷却时间为15s。其产品周期可以达到44.6s,其中机器周期(干周期)为16.5s,成型周期(湿周期)为28.1s,具体成型周期如图5所示。

图5 快速成型

与普通注塑机的产品周期不同,该产品周期中有多个阶段是重叠的,因而使成型周期缩短。具体过程如下:

1.材料在塑化过程中同时进行冷却和开模动作;

2.在冷却的后半段,锁模力提前降压;

3.抽芯机构在高速开模过程中后退;

4.顶出机构在模具打开及取出工件时同时动作;

5.在低速开模的后半段,机械手进入取件区。

在注塑过程中,各动作速度比一般的注塑机快,因此根据不同动作需求,设定了合理的参数:

1.模具打开和闭合时速度分为低速和高速段,使得模具开合的时间缩短,同时使设备振动较小;

2.实现分段注射,并根据产品的品质需要调整注射状态。

3.根据需要进行分段保压,选择合适的保压时间和保压压力。

4.通过V-P转换,实现注射到保压的转换。该转换主要采用位置控制,对注射时间、成型周期和产品品质具有直接的影响。

材料选择

广州本田所选用的材料是中山三井公司提供的改性聚丙烯(PP),成分大致为:PP(约60%)、橡胶(交联)约30%、填料(滑石粉)约9%、助剂(抗氧化剂、防腐剂、成核剂和抗紫外线剂等)1%。该材料具有耐低温冲击性(在-30℃下,IZOD冲击强度为,)且流动性较高,同时还具有较高的涂装密着性(对应E-10)。

另外,该材料的外观品质好,能够满足熔合纹细、表面张力好以及A级面无熔合纹等要求。材料可循环使用,并可进行100所用能源占国民经济总能耗的12%左右%回收。

产品设计

在产品设计阶段,使用MOLDFLOW软件对设计进行CAE分析,以进行生产技术性检证。该分析包括:进胶点位置、进胶点尺寸、产品重量、锁模力、产品填充模拟、流动前沿温度、充填压力、剪切应力、收缩率、困气位置、熔接线、翘曲量、冷却液温度以及制件最高温度等。通过CAE分析,可以在设计阶段对产品的不良情况进行调整预防,保证产品成型的顺利进行。

值得一提的是,本田保险杠不是“等肉厚”设计,而是根据产品的不同部位需要进行“肉厚变化”,变化范围2.6~3.4mm。大致的原则为:中间属于厚肉区,胶口远端为薄肉区,产品合流部分为薄肉区。

通过产品肉厚渐变技术,可以实现以下作用:注塑胶口较少,一般为2~4水口(如图6所示部位),这样模具简单,造价成本相对较低;可以实现快速成型,由于胶口远端为薄肉区,容易实现产品填充;可以节省注塑材料,通过计算,等肉厚的保险杠和肉厚渐变的保险杠重量相差约15%。

图6 注塑胶口位置图

模具

模具的主要结构包括:供熔融树脂通过的主流道、分流道、注料口和模腔部分,用于模具温度调节的冷却回路,从注塑机取出成型品的凸出装置(动模),在成型机上安装的模具部分(定模),以及构成模具本身的模压基础部分。

由于模具相对复杂,下面简略谈谈和快速成型相关的部分:

1.模具内部需足够冷却能力的冷却水,一般可以通过公式进行计算。广州本田的模具冷却方式为通入18~22℃的冷水进行冷却,流量约120~150L/min;

2.树脂在进入模腔过程中,需经过带加热装置的热流道和热喷嘴,保持温度为180~220℃;

3.需根据产品CAE分析的困气情况,在模具适当的部位开排气槽;

4.考虑抽芯机构的速度,油压一般选用70~80kg/cm2;

5.考虑冷却效率及防止模具漏水,一般水道离产品距离为30~80mm。

结束语

随着技术的发展,快速成型也出现了新的技术,如产品的超高刚性及超薄化、注塑机的多点进胶、模具的无热流道及热喷嘴以及注塑机的高速全电动化等,从而推动注塑的快速成型向更高的水平发展。 (end)

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