基于Moldflow的汽車前置薄壁防撞梁注塑工藝研究及模具設計

胡鄧平　趙利平

摘 要： 針對汽車薄壁防撞梁注塑工藝中出現的問題，先結合模流軟件Moldflow進行數據分析，采用了內分型技術和SVG技術（順序閥熱流道澆口控制技術），溫度控制系統采用了“直通式冷卻水管+傾斜式冷卻水管+冷卻水井”的形式、導向定位系統設計和脫模系統設計采用了直頂與頂針頂出，解決了塑件復雜部位的側向抽芯、大型薄壁塑件的脫模力大和推件復位難等問題，達到塑件外觀美觀和緩沖的效果，這對汽車薄壁注塑件行業具有指導意義。

關鍵詞： 汽車薄壁防撞梁；內分型技術；SVG技術；側向抽芯

中圖分類號： TQ320 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-8153（2016）05-0109-04

發生碰撞時汽車前置薄壁防撞梁會發生形變，起到緩沖效果。美國福特汽車公司率先采用塑料注塑成型代替金屬，滿足汽車外觀協調與一致，減少汽車的重量，節省了材料，因為薄壁防撞梁是外觀件，需要達到一定的表面質量。綜合國內外的研究，在注塑件表面質量的一些研究工作中，胡鄧平等[1-3]在塑件表面縮痕缺陷機理與表觀質量等方面做了很多研究工作。辛勇等[4]在高光注塑成型領域做了相關研究。FAN等[5]運用仿真軟件對圓形光盤材料的成型工藝進行了仿真分析與實驗研究。為了綜合考慮模具設計過程中的問題，本研究結合模流軟件Moldflow進行數據分析，參考相關資料[6-9]，最后設計了全套模具。

1 塑件結構分析

汽車前置防撞梁的結構尺稱是：長×寬×高為1856×565.3×734.1 mm，尺寸很大，形狀類似于馬鞍形，加強筋較多，熔融在型腔中流動阻力大，難填充，塑件碰穿、插穿孔較多，塑件倒扣復雜，側向抽芯不易。注塑模具選材的依據包括模具的壽命、塑料的特性、模具零件的作用與功能，綜合考慮選擇注塑件材料為PP+EPDM-T20，收縮率取1.0095，密度小強度硬，符合生產工藝要求。

如圖1為汽車防撞梁的二維結構圖，如圖2為汽車防撞梁的三維圖。

2 注塑工藝仿真分析

因為為大型薄壁注塑件，故而采用一模一腔，應保證各型腔末端在同一時間內填滿，這樣既可以保證塑件的成型質量，又可以使注塑周期最短。從模流分析結果可以看出，熔體流動穩定，表面無熔接痕，塑件質量好，因此保證了模具的使用壽命和產品合格率。塑件產品充填均勻，無短射，但是產品局部膠厚處體積收縮較大，建議減膠。圖3是汽車前保險桿采用熱流道順序閥澆口進膠的模擬數據圖。

3 模具結構分析及各系統設計

3.1 模具結構的設計

根據塑件的外形結構，設計模具的具體結構如圖4所示。

3.2 成型零件設計

模具設計的第一步就是設計成型零件，要充分考慮塑料的收縮率、流動性、腐蝕性、脫模特性、制造與維修的工藝特點，保證外觀美觀，采用了先進的內分型面技術。對于大尺寸型腔，主要問題是剛度的不足，應防止溢料，保證塑件的精度，保證塑件順利脫模，組合式鑲件的剛性不及整體式鑲件，所以本模具采用整體式鑲件。在碰穿處設計了排氣槽與避空槽，對于大型塑件，排氣槽對塑件的品質影響較大，保證型腔中的氣體可以順利排出，從而不易產生飛邊，延長了模具壽命。成型零件采用預硬注塑模具鋼P20，可以降低模具制造成本。同時保證模具的強度、剛度和耐磨性，從而達到模具既定的生產壽命。具體如圖5所示。

3.3 澆注系統設計

模具澆注系統采用整體式熱流道系統，該系統裝拆方便，精度易控制，產生漏膠風險會降低，此外，維護成本低，無需重復拆裝，方便維護和安裝。為了保證前置防撞梁外觀美觀，且表面不允許有熔接痕，本模具采用8點順序閥熱流道澆口控制技術，即SVG技術[10]。相比傳統的熱流道澆口技術，SVG技術有很多優點，可以保證熔體流動穩定，提高尺寸精度以及強度。它通過汽缸驅動來控制8個熱噴嘴的關閉和開啟，可以達成塑件表面無熔接痕的理想效果。

3.4 側向抽芯機構設計

塑件上存在與開模方向不一致的凸凹結構，不能有脫模斜度的外側面，塑件尺寸大，所以采用側向抽芯結構設計。在推出的過程中，鑲件做斜向運動，斜向運動分解成一個垂直運動和一個側向運動，其中的側向運動即實現側向抽芯，保證復位可靠，斜頂的傾斜角度不能過大，否則，在推行過程中斜頂會受到很大的扭矩作用，從而導致斜頂變形，一般角度3°～10°，這一角度越小越好。

斜頂的設計要點，抽芯結構簡單、斜頂靠近型腔一端、斜頂上端面應比動模鑲件低0.05～0.1 mm，保證推出時不損壞塑件，移動時不能與塑件內的其他結構發生干涉，斜頂與模架接觸處避空，增加斜頂的強度和剛度。內分型防撞梁定模側孔要設計定模彈針結構抽芯，見圖4中E處放大圖，可知與一般的注塑模相比，內分型防撞梁注塑模設計不一樣。

3.5 溫度控制系統設計

較大程度影響模具的成型周期與產品質量的是模具溫度控制系統設計。由于塑件和模具結構的復雜性，應努力使模具溫度盡量均衡，不能有局部過熱、過冷現象，要控制進出口處冷卻水的溫差，所以根據塑件結構和特征，采用的形式為“直通式冷卻水管+傾斜式冷卻水管+冷卻水井”的形式。本模具的冷卻水道的設計要點如下：

（1）冷卻水的作用是將熔體傳給內模鑲件的熱量帶走，動模鑲件結構復雜，熱量集中，冷卻水管到型腔的距離B以10～15 mm為宜。

（2）冷卻水管的布置應盡量避開塑件易產生熔接痕的部位，以避免形成熔接痕。

（3）定模鑲件冷卻水盡量靠近型腔，動模鑲件冷卻水盡量布置在外圈，內模型芯較大，必須通冷卻水。

（4）對于大型模具，水路較長，設計時要了解鉆頭的長度。

3.6 導向定位系統設計

對于大型薄壁注塑模，所有運動的零件都必須得到準確的導向和定位，反復開、合模的過程中，零件活動較多，為了保證成型零件配合精度，每次開、合模都需要精確的導向和定位，模具需要承受高壓、高溫條件，所以直接影響模具的壽命和塑件的精度主要因素是導向定位系統設計的好壞。定位系統的作用主要是保證動、定模在合模和注射成型時精確定位。為了便于塑件取出，采用了方導柱與精定位導向定位，動模板較厚及大型模具，增加模具強度，其中動模側方導柱規格為80×60×700（mm），當模具動模部分有推板時，導柱必須裝在后模B板內，導柱導套部分的長度保證推板在推出塑件時，自始至終不能離開導柱。動、定模之間方導柱規格為180×80×580（mm），設計如圖4和圖5所示。

3.7 脫模系統設計

該模具中間位置采用直頂與圓推桿頂出，圓推桿與推桿孔都易于加工，被作為標準件廣泛應用。圓推桿優點：制造和加工方便，成本低、阻力小、維修方便。但是缺點是推出位置有一定的局限性，所以盡量少采用圓推桿。液壓油缸可根據脫模力的大小和抽芯距離的長短來選液壓裝備。尺寸L是需要延遲的距離，液壓缸活塞桿的行程至少大于塑件應抽芯的長度的5～10 mm。

4 模具工作過程

因為薄壁防撞梁注塑模采用了內分型技術，模具工作過程分為注射充模、冷卻固化、開模合模這四部分：

（1） 注射充模：注塑機料筒內的熔體通過模具一級熱噴嘴5中的主流道和二級熱噴嘴8中間的分流道，經側澆口高速進入模具型腔。

（2） 冷卻固化：熔體充滿型腔后保壓、冷卻和固化。

（3） 開模：當成型塑件固化至足夠剛性后，注塑機拉動動模開模。

預先施加壓力給液壓油缸，推桿板12和斜頂22、28壓回復位，確保頂出系統同步打開，定模A板和推桿固定板11首先同步打開60 mm，塑件和橫小斜頂脫22、28脫離定模A板的倒扣面。

定模A板繼續開模，動模內推桿固定板11保持60 mm的頂出狀態不變，以達到定模A板與直頂25、26分離的作用。

定模打開到所需的空間后，動模內推桿固定板11繼續推出合理位置，此時的橫向小斜頂22、28導桿到達導軌的變換角度的拐點處，塑件倒扣面脫離模具。

如果此時塑件有粘小斜頂的現象，直接用手將塑件拉出模具，反之，則推桿固定板11繼續推出至最后位置，完成脫模后取下塑件。

合模：注塑機推動動模合模，模具接著下一次注射成型。

5 結論

（1）采用了Moldflow模擬仿真軟件，模擬仿真了塑件澆注成型的全過程。在模具設計前能夠及早發現注塑問題。

（2）本模具采用了內分型技術，能夠維護塑件的外觀質量，降低模具損壞的風險；應用“復合斜頂”的二次抽芯結構，解決塑件復雜結構抽芯困難的問題，保證推出時不損壞塑件，延長了模具的使用壽命。

（3）采用了SGV技術，消除熔接痕，達到理想效果；應用液壓油缸動力脫模，解決了塑件脫模難、模具復位難的問題。

[參考文獻]

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[10]官正強.SVG技術及其應用[J].制造業自動化，2010，32（10）：206-207.

Abstract： In view of the problems arising from the auto thin-wall anti-collision beam injection molding process，Moldflow software is used for data analysis，adopting the classification and SVG technology（sequence valve hot runner gate control technology），and temperature control using the “straight through cooling water pipe， tilting cooling water pipe and cooling water” for system，using the top and the thimble ejection in the form of guide positioning system design and demoulding system design，the complex parts of the side core-pulling and ejection force of large thin wall plastic parts and solving some problems，so that the parts surface is beautiful and buffer effect can be obtained，It provides guiding significance for the thin-wall plastic car industry.

Key words： car thin-wall anti-collision beam； parting technology；SVG technology；lateral core pulling