基于汽車薄殼注塑件翹曲變形及注塑工藝優化研究

宋勤科

摘要：汽車常規配件注塑加工工藝已經較為成熟，但薄殼注塑件由于壁厚較薄，內熔體冷卻過快，具有較大的成型難度。文章主要對汽車薄殼注塑件加工過程中翹曲變形問題進行分析，探討其主要影響因素。在此基礎上，提出幾點汽車薄殼注塑件翹曲變形問題的工藝優化措施，以期提升汽車薄殼注塑件的工藝水平。

關鍵詞：汽車薄殼注塑件；翹曲變形；注塑工藝優化

前言：

汽車薄殼注塑件屬于典型的加工零件，在其注塑加工過程中，容易出現翹曲變形問題。這一缺陷會對薄殼注塑件的產品質量造成嚴重影響，有必要對其產生原因進行分析，進而找到工藝優化和改進的具體方法。在實際加工過程中，還要做到對工藝參數的有效控制，使其一直保持在最優設計方案的范圍內。

一、汽車薄殼注塑件翹曲變形問題分析

（一）汽車薄殼注塑件的注塑成型過程

汽車薄殼注塑件的注塑加工工藝大體分為四個階段，第一階段是塑化，將塑料在料筒內加熱，達到熔融的流動狀態。在此過程中要保證塑化溫度的均勻性，避免發生熱分解現象。第二階段是型腔填充過程，將熔融狀態的塑料填充進型腔，主要工藝參數包括溶體溫度、注射壓力和注射速度等。這些工藝參數都會影響注塑件成型質量，比如注射壓力出現波動，可能會引起溢料問題。第三階段是保壓，即溶體充滿型腔后，保持穩壓狀態進行冷卻，此時料筒內溶體還會持續注射到型腔內，補充冷卻收縮產生的空隙。該階段的主要工藝參數包括保壓壓力、保壓時間等。第四階段即冷卻，主要工藝參數為冷卻時間，具體是指澆口塑料完全凍結到注塑件從型腔頂出的時間[1]。

（二）薄殼注塑件翹曲變形的原因

從上述汽車薄殼注塑件的注塑工藝流程來看，許多工藝參數都會對薄殼注塑件的成型質量產生影響，因參數設計不合理而引發翹曲變形問題。翹曲變形具體是指注塑件形狀與型腔模具形狀發生偏離，進而影響其外觀和使用性能。從其形成原因來看，由于在注塑加工過程中，注塑件的收縮主方向和收縮量不同，出模后制品就容易出現與型腔模具形狀不同的情況。如果其尺寸偏差超過允許范圍，會影響汽車裝配精度。具體而言，這主要是由于三方面原因導致的，一是分子取向的影響，容易導致注塑件水平與垂直方向的收縮量不一致。二是區域收縮問題，即注塑件不同區域的收縮量不同。三是冷卻不均勻的影響，如果溫差較大，制品會在頂出后的二次收縮過程中出現較大收縮差異，進而產生彎曲力矩，引發翹曲變形問題。因此，在實際生產過程中，塑料材料、模具材料、注塑件結構、加工精度、工藝條件等，都會對其翹曲變形問題產生影響[2]。

二、汽車薄殼注塑件注塑工藝的優化措施

（一）正交試驗方法

為實現汽車薄殼注塑件工藝優化目標，本次研究采用正交試驗方法，克服單因素優化的局限性。正交試驗方法在工藝優化中已經得到了較為廣泛的應用，其一般流程為確定試驗指標，根據影響因子及水平制作因素位級表，然后選用正交表進行試驗，最后對試驗結果進行分析。按照這一流程，本次對汽車薄殼注塑件工藝的優化試驗主要是為了驗證各參數對其翹曲變形問題的具體影響，進而得出有效的工藝參數優化方案?？梢灾苯訉⒈ぷ⑺芗穆N曲變形量作為衡量指標，然后將上述可能引起翹曲變形問題的因素列為影響因子，用A、B、C進行編號，若單個因子在一項試驗中有不同狀態，則按A1～Ak進行編號。在此基礎上，分別確定注塑溫度、模具溫度、注塑時間、保壓時間、冷卻時間、注塑壓力、保壓壓力和鎖模力的參數取值范圍，制作因素位級表，開始進行正交試驗。

（二）工藝參數優化

從單因素影響試驗結果來看，模具溫度對于注塑件翹曲量的影響較小，雖然提高模具溫度能夠在一定上減少翹曲變形量，但是減少效果不顯著。這主要是由于溫度提升后其冷卻時間也會延長，而且會導致生產效率下降。從溶體溫度對其翹曲變形量的影響來看，溶體溫度高容易造成體積收縮，但對體積收縮率影響不大，在260℃時可以獲得最小的翹曲變形量。流動充模時間對塑料平板的翹曲變形量影響也較小，在充模時間為0.7s時，出現最大翹曲變形量。對翹曲變形問題影響較大的參數是保壓壓力，隨著壓力增加，注塑件的翹曲變形量先出現緩慢下降，達到一定值后，開始緩慢增加，在壓力為110MPa時獲得最小的翹曲變形量。這主要是由于保壓時間的增加，具有補縮作用，能夠讓更多溶體進入型腔，彌補收縮過程中產生的空隙。在保壓時間開始增加時，制品密度會隨之增加，但到一定值后，會停止增加，此時繼續增加保壓時間則會引起相反效果。此外，冷卻時間也對汽車薄壁塑件的翹曲變形量有較大影響，冷卻時間較短時，產品收縮較為嚴重，增加冷卻時間，則可以降低翹曲變形發生幾率。

（三）仿真試驗結果

從正交試驗結果來看，影響汽車薄殼注塑件翹曲變形問題的關鍵因子為保壓壓力，其次為溶體溫度和冷卻時間，經過試驗確定，保壓時間和模具溫度對汽車薄殼注塑件的翹曲變形影響較小。由試驗確定的最佳工藝參數為模具溫度70℃，保壓壓力100MPa，溶體溫度260℃、冷卻時間16s，保壓時間1.5s，流動充模時間0.1s。按照該方案對各項參數進行優化，可以使存在翹曲變形問題的廢品率明顯下降，產品通過率從87.5%提升至97.0%，不需要對制品進行二次加工。

結束語：

綜上所述，翹曲變形是汽車薄壁注塑件注塑加工過程中容易出現的質量問題。通過對其生產工藝及影響因素進行分析，并采用正交試驗方法對注塑工藝進行優化，合理確定各項工藝參數，能夠有效降低翹曲變形問題的發生幾率，從而提升產品合格率，滿足汽車薄壁注塑件的使用要求。

參考文獻

[1]蘇慧祎.汽車進氣歧管下殼注塑模設計及加工工藝[J].工程塑料應用，2015，43（10）：75-78.

[2]王戈. 汽車后視鏡注塑成型工藝優化研究[D].昆明理工大學，2014.

（作者單位：浙江世紀華通車業有限公司）