注塑成型工藝對汽車塑料部件力學(xué)性能的影響探討

許焰兵

摘 要：近些年來，隨著社會經(jīng)濟的進步發(fā)展以及人們生活物質(zhì)水平的不斷提高，汽車行業(yè)的發(fā)展也呈現(xiàn)出一片繁榮的態(tài)勢，隨之而來的就是人們對汽車工藝越來越高的要求。目前來說，汽車的輕量化發(fā)展逐漸步入正軌。汽車制造商們開始采用先進的科技手段，應(yīng)用新材料、新工藝不斷迎合市場的需求。在該發(fā)展趨勢下，塑料制品開始大規(guī)模的代替鋼鐵制品。同時，工程塑料本身具有的易加工、易成型等特點被廣泛應(yīng)用于汽車部件的制造當(dāng)中，提高汽車性能的同時也節(jié)約了汽車制造成本。在工程塑料的實際應(yīng)用中一般會用到注塑成型工藝，首先就是對成型工藝進行分析，然后確定較好的成型工藝參數(shù)，以較好的產(chǎn)品質(zhì)量充分發(fā)揮工程塑料的優(yōu)良特性，但是實際操作中不同的工藝參數(shù)對塑料制品的力學(xué)性能影響也有著較大的區(qū)別，本文分析了注塑成型工藝對汽車塑料部件力學(xué)性能的影響。

關(guān)鍵詞：注塑成型工藝；汽車塑料部件；力學(xué)性能

引言

注塑成型工藝通常是指在進行零件生產(chǎn)時，利用零件模型將原料直接注射至模型當(dāng)中，經(jīng)過冷卻最終成型，此時生產(chǎn)出來的零件便和模型完全相同。該項工藝的應(yīng)用能夠?qū)σ恍┹^為復(fù)雜的產(chǎn)品實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，極大的提高了汽車制造業(yè)的生產(chǎn)效率。但是由于其在澆注過程中因不同產(chǎn)品的力學(xué)性能的影響也會有損壞的情況。

一、應(yīng)用注塑成型工藝的必要性

（一）在實際的汽車制造中一般會用到注塑成型工藝的汽車部件主要有座椅裝飾、保險杠、儀表盤以及門護板等。這一部分部件使用注塑成型工藝能夠最大程度上保證汽車的美觀性，彌補焊接工程的缺陷。

（二）工程塑料在使用過程中具有較高的可塑性，因此在針對一些特殊汽車部件的制造上更能達到用戶的需求，與鋼鐵材料的配合也能最大程度上提高汽車的堅固性，延長汽車部件的使用周期。

（三）再就是注塑成型工藝的使用使得汽車的輕量化發(fā)展又上升了一個層次，同時在維修上更具有便捷性，用戶在使用過程中也可以隨時根據(jù)自己的實際需求進行更換，提高了用戶的滿意度。

二、注塑成型工藝分析

在探討注塑成型工藝對汽車塑料部件力學(xué)性能的影響中，為了能夠更精確地分析注塑件成型后的力學(xué)性能，本文在研究過程中特地選取了汽車座椅為探討對象，通過模擬不同的注塑工藝參數(shù)，針對不同工藝參數(shù)對汽車座椅塑料零件力學(xué)性能所產(chǎn)生的影響加以分析。

（一）網(wǎng)格劃分與幾何模型

首先就是選取一個尺寸為 463*157*40mm，平均壁厚為2.4mm的汽車座椅模型為研究對象，然后使用Moldflow 的數(shù)值模型將原本的三維網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為四面體的網(wǎng)格來分析具體的應(yīng)力效果，并將計算結(jié)果繼承到Abaqus中。再用有限元軟件中的 Moldflow功能以及使用 3D 網(wǎng)格的自動修復(fù)功能不斷對網(wǎng)格模型進行優(yōu)化處理，最后經(jīng)過四面體中折疊面、倒置四面體、厚度、內(nèi)部長度、極大面積等方面的修復(fù)后形成的網(wǎng)格總數(shù)等于405147，縱橫比為5.8。

（二）工藝參數(shù)與澆口位置

汽車座椅本身具有外觀上的制造標(biāo)準(zhǔn)，所以說一般汽車制造商在對汽車座椅使用注塑成型工藝時選擇的澆口位置在塑料的內(nèi)部、下部，同時在實際的澆注過程中為了保障熔體可以在同一時間流到部件的兩側(cè)，澆口的位置選擇在部件的中間，以最大程度地縮短澆注熔體流動的距離。本次對汽車座椅的研究上是通過利用有限元軟件，采用PP材料，其轉(zhuǎn)換溫度為111 ℃，熔體密度為 0.72828g/cm3，泊松比為 0.392，然后分別使用以下四種不同的工藝方式進行澆注：

1、工藝一：熔體的溫度等于240℃，模具表面的溫度為40℃，保壓時間為10秒，保壓壓力為 80%；

2、工藝二：熔體的溫度等于240℃，模具表面的溫度為20℃，保壓時間為10秒，保壓壓力為 80%；

3、工藝三：熔體的溫度等于240℃，模具表面的溫度為40℃，保壓時間為10秒，保壓壓力為60%；

4、工藝四：熔體的溫度等于220℃，模具表面的溫度為40℃，保壓時間為10秒，保壓壓力為80%。

在以上工藝的使用中能夠明顯看出不同的注塑工藝、參數(shù)對汽車座椅部件的力學(xué)性能的影響有著較大的差別。

（三）分析結(jié)果

對以上結(jié)果的觀察對比中可以得出，四種工藝在使用中雖然溫度變化都在標(biāo)準(zhǔn)的范圍以內(nèi)，但是在工藝一和工藝二的澆注過程中可以看出模具的溫度對其有較大影響，表現(xiàn)在模具溫度下降，填充的壓力不斷擴大，這樣就會導(dǎo)致達到頂出溫度的時間縮短；在工藝一與工藝三的比較中可以看出保壓壓力對其有較大的影響，主要表現(xiàn)在降低保壓壓力就會增大翹曲的變形；在工藝一與工藝四的對比中可以看出熔體溫度、填充壓力對其影響較大，主要表現(xiàn)在會延長達到頂出溫度的時間，導(dǎo)致出現(xiàn)變形的可能性大大增加。

三、注塑成型工藝對汽車塑料部件力學(xué)性能的影響分析

（一）熔體溫度對注塑件應(yīng)力的影響較大

在注塑工藝的實際操作過程中發(fā)現(xiàn)熔體溫度越高應(yīng)力越大，并不利于產(chǎn)品的成型過程，主要是因為較高的熔體溫度與模具本身的溫度具有一定的落差，使得塑料件表層和芯部冷卻不均，從而增大應(yīng)力。

（二）模具溫度對注塑件應(yīng)力的影響較大

在注塑工藝的實際操作過程中發(fā)現(xiàn)模具溫度越低應(yīng)力越大，并不利于產(chǎn)品的成型過程，主要是因為模具溫度過低導(dǎo)致塑料件內(nèi)外收縮不均產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，從而增大應(yīng)力。

（三）保壓壓力對注塑件應(yīng)力的影響不大

在注塑工藝的實際操作過程中發(fā)現(xiàn)保壓壓力對注塑件應(yīng)力的影響不大，但是增大保壓壓力也能保證了塑料件的致密性，減小應(yīng)力確保產(chǎn)品的成型過程。

結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段汽車行業(yè)在發(fā)展過程中的輕量化發(fā)展已經(jīng)逐漸成為一個新的發(fā)展趨勢，大量工程塑料的使用使得汽車制造商們對于塑料部件的使用性能也有了較高的重視，注塑成型工藝在針對一些復(fù)雜的汽車部件的制造上具有無可比擬的優(yōu)勢。但是在使用過程中需要重視注塑成型工藝對汽車塑料部件力學(xué)性能的影響，減少澆注變形的概率，不斷提高塑料部件的使用性能并減少制造成本，提高用戶滿意度的同時也促進了汽車行業(yè)的進一步發(fā)展。

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（作者單位：重慶海德世拉索系統(tǒng)（集團）有限公司）