汽車電鍍飾條模具三維設(shè)計(jì)及工藝特點(diǎn)

莫先培　劉華官　何葉春　梁貴東　倪明勤　韋柳棉

摘 要：電鍍注塑產(chǎn)品是在日常生活中較為常見的一類塑料產(chǎn)品，有良好的金屬質(zhì)感、外觀裝飾性及耐腐蝕性，對塑料件的強(qiáng)度也有明顯改善，被廣泛的應(yīng)用到汽車、家電及其它日常生活用品領(lǐng)域。電鍍產(chǎn)品模具型腔要求硬度高，拋光與模具加工精度要求高，材料需要淬火，由于需要多次加工且淬火后鋼料硬度較高，故模具加工和研配周期比較長。電鍍（Electroplating）是利用電解原理在某些制品表面鍍上一薄層金屬或合金的過程，是利用電解作用使金屬或其它材料制件的表面附著一層金屬膜的工藝。本文針對汽車電鍍飾條的前期產(chǎn)品分析和模具設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。并對注塑模具滿足電鍍所需要的常見工藝問題作了簡單的介紹。希望對電鍍模具設(shè)計(jì)制造者及相關(guān)生產(chǎn)廠家提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有所幫助。

關(guān)鍵詞：缺陷放大；電鍍保護(hù)腳；斷裂式澆口

1 引言

汽車電鍍飾條是外觀性能關(guān)注度比較高的產(chǎn)品，產(chǎn)品表面不能有收縮印、頂塊印、雜質(zhì)、不平、流痕等缺陷。電鍍層是以離子狀態(tài)附著到產(chǎn)品表面上的，鍍層的厚度很薄只有幾微米。電鍍后產(chǎn)品光亮效果變好，原先的缺陷從視覺角度看變得更加明顯。產(chǎn)品邊界和尖角位置電鍍過程中電力線發(fā)生扭曲，電解液向電極（產(chǎn)品）的邊界集中，邊界位置電流變大，鍍層厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他位置（即邊緣效應(yīng)）。對產(chǎn)品的使用性能和外觀性能影響有很大影響，避免邊緣效應(yīng)模具設(shè)計(jì)時(shí)，在產(chǎn)品尖角位置設(shè)計(jì)一段工藝流道（即電鍍保護(hù)腳），把原來得產(chǎn)品邊緣轉(zhuǎn)移到工藝流道上，產(chǎn)品電鍍完成后把工藝流道修剪掉從而得到鍍層均勻的優(yōu)良產(chǎn)品。斷裂式澆口是頂出過程中澆口受力從產(chǎn)品上分離下來的一類進(jìn)膠口形式，通常的作用隱藏澆口，避免因?yàn)闈部谕饴┯绊懏a(chǎn)品美觀。

2 產(chǎn)品開模合理性分析

2.1 材料分析

電鍍件材料要滿足電鍍要求，常見的電鍍塑料材料有丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS） 、聚苯乙烯、尼龍、聚碳酸酯聚丙烯等其中ABS電鍍應(yīng)用最為廣泛，我們今天介紹的汽車電鍍飾條的材質(zhì)也是丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS）。

2.2 表面缺陷分析

電鍍飾條是汽車上很重要的裝飾件，產(chǎn)品的外觀關(guān)注度很高，開模之前對于影響產(chǎn)品外觀的特征進(jìn)行優(yōu)化。前模外觀面避免開模時(shí)拉傷影響外觀，調(diào)整產(chǎn)品外觀面脫模斜度做到3°以上，并使用UG軟件進(jìn)行校核以避免遺漏，具體步驟為使用〖分析〗→〖形狀〗→〖斜率〗命令進(jìn)行脫模斜度分析，設(shè)置開模方向作為分析矢量，指定分析角度區(qū)間為-3°至正3°，最后選擇需要分析的產(chǎn)品外觀面，分析效果如下圖。合理的脫模斜度能有效的避免拉傷問題（如1圖示）。

產(chǎn)品背面結(jié)構(gòu)較多存在縮水風(fēng)險(xiǎn)。產(chǎn)品主壁厚2.8mm，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期工程師為了保證產(chǎn)品強(qiáng)度將外觀面背面的筋位厚度做到了1.2mm，產(chǎn)品外觀面存在縮水的風(fēng)險(xiǎn)，重新分析評(píng)估了產(chǎn)品筋位厚度做到0.8mm也是可以滿足產(chǎn)品強(qiáng)度和性能要求的，0.8mm的筋位是可以完全避免縮印風(fēng)險(xiǎn)的。產(chǎn)品翻邊位置由于外觀面限制無法做等壁厚結(jié)構(gòu)，存在縮水的風(fēng)險(xiǎn)，與對手件結(jié)合分析發(fā)現(xiàn)裝配側(cè)被對手件遮擋可見度差，屬于次級(jí)外觀面。調(diào)整產(chǎn)品翻邊側(cè)壁厚度做到1.5mm，保證主外觀的沒有縮水，把縮水風(fēng)險(xiǎn)放在次級(jí)外觀面。產(chǎn)品外觀面存在尖角，翻邊結(jié)構(gòu)按等壁厚設(shè)計(jì)，尖角位置材料積聚形成一個(gè)大疙瘩，縮水非常明顯，調(diào)整翻邊壁厚避免材料凝聚可以有效的避免縮水（如2圖示）。產(chǎn)品拉傷、縮水電鍍后缺陷放大，影響產(chǎn)品美觀因此需要避免產(chǎn)品存在這些缺陷。全面系統(tǒng)的表面分析能減少模具調(diào)試次數(shù)和維修的周期，降低模具制造成本。

3 汽車電鍍飾條模具的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 模架外圍結(jié)構(gòu)介紹

模具尺寸2100mm（長）*900mm（寬）*1100mm（高），重量為10噸，是一套中型模具。方便模具研配和加工，模板都設(shè)計(jì)了吊環(huán)孔，模具較大考慮到在注塑機(jī)上安裝時(shí)的安全性和便捷性，模具設(shè)計(jì)了吊模塊，通過調(diào)節(jié)吊模塊可實(shí)現(xiàn)前后模單獨(dú)起吊平衡和前后模整體起吊平衡，平衡誤差控制在3°以內(nèi)。模具采用方導(dǎo)柱導(dǎo)向來保證模具的導(dǎo)向精度，在方導(dǎo)柱摩擦位置設(shè)計(jì)高麗黃銅+石墨自潤滑材料的嵌件，提高方導(dǎo)柱的使用壽命。設(shè)計(jì)頂出時(shí)考慮到頂出的平衡性，設(shè)計(jì)了平衡性比較好的油缸頂出，柱形油缸通過鏍絲固定在頂出板上，油缸活塞桿設(shè)計(jì)了快換接頭固定在模具的安裝板上。通過注塑機(jī)液壓系統(tǒng)提供的推動(dòng)力頂出板運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)頂出。

3.2 成型定位結(jié)構(gòu)介紹

鎖緊定位結(jié)構(gòu)是這套模具的一個(gè)亮點(diǎn)，首先模具前模鋼料價(jià)格較高，且前模成型位置的材料需要淬火加工，鋼料太大模具成本高且淬火調(diào)制比較困難，前模成型位置設(shè)計(jì)鑲塊結(jié)構(gòu)降低了模具成本縮短了模具加工周期及淬火的難度，后模產(chǎn)品沒有外觀面模具材料不需要淬火，后模設(shè)計(jì)整體鋼料。模具在設(shè)計(jì)鎖緊定位時(shí)，前模鑲塊單獨(dú)定位到后模模板上，前模模板單獨(dú)定位到后模模板上，定位累積工差相對較小，定位精度高且穩(wěn)定性良好（如3圖示）。

開模方向的限位（承壓），模具設(shè)計(jì)了鑲拼的嵌件（承壓板）均勻的排布在模具的開模面上，鑲拼的嵌件硬度為HRC48-52，合模時(shí)撐住前后模避免合模力太大壓塌分型面，合理的設(shè)計(jì)嵌件面積和位置能夠有效的提高模具壽命（如4圖示）。

產(chǎn)品倒扣脫模結(jié)構(gòu)優(yōu)先設(shè)計(jì)穩(wěn)定性較好的滑塊結(jié)構(gòu)，避免ABS料長期生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生料屑，影響產(chǎn)品外觀。

3.3 澆注系統(tǒng)的介紹

電鍍飾條的形狀通常都是細(xì)長條且產(chǎn)品材料流動(dòng)性比較差，避免產(chǎn)品表面出現(xiàn)熔接痕大都采用順序閥熱流道進(jìn)膠，注塑填充時(shí)熱嘴通過油缸及閥針控制依次打開，更好的保證產(chǎn)品的外觀性能和尺寸要求（如5圖示）。

由于電鍍件的外觀關(guān)注度比較高，避免澆口位置產(chǎn)生縮印和澆口外漏等問題，進(jìn)膠形式采用滑塊進(jìn)膠，這里特別說明一下進(jìn)膠的方式還有一種斜頂進(jìn)膠，相比滑塊進(jìn)膠斜頂進(jìn)膠需要的模具空間更小一些，流道也會(huì)短一些，因此很多模具設(shè)計(jì)制造者較為傾向使用斜頂進(jìn)膠。但是斜頂相對于滑塊更容易產(chǎn)生料屑，產(chǎn)生料屑對于電鍍件模具是一個(gè)致命的缺點(diǎn)，所以從大批量生產(chǎn)的角度考慮還是優(yōu)先選用滑塊進(jìn)膠，避免冷料屑沖到產(chǎn)品外觀面上。還有就是ABS材料比較脆而且粘性差澆口斷裂時(shí)容易產(chǎn)生料屑，模具設(shè)計(jì)時(shí)不能使用斷裂式澆口，如潛伏式澆口和香蕉式澆口。料屑產(chǎn)生以后，下一模注塑生產(chǎn)時(shí)冷料屑被沖到產(chǎn)品表面，電鍍時(shí)就會(huì)形成顆粒狀的外觀缺陷，電鍍后的產(chǎn)品無法修整外觀面，產(chǎn)品只能報(bào)廢，造成很大的資源浪費(fèi)。

3.4 頂出系統(tǒng)

電鍍飾條模具頂出設(shè)計(jì)除了要考慮常規(guī)的頂出問題，還要考慮產(chǎn)品材料抱緊力大，產(chǎn)品頂出時(shí)會(huì)跟著斜頂?shù)软敵鰴C(jī)構(gòu)產(chǎn)生偏移，影響機(jī)械手取件。防止產(chǎn)品產(chǎn)生偏移模具上需要設(shè)計(jì)定位頂針，斜頂退出方向設(shè)計(jì)時(shí)盡量對稱設(shè)計(jì)以均衡脫模力產(chǎn)生的偏移。還有就是ABS材料在大批量生產(chǎn)時(shí)容易產(chǎn)生料屑，下一模注塑生產(chǎn)時(shí)料屑沖到產(chǎn)品表面產(chǎn)生外觀缺陷。避免或減少模具產(chǎn)生料屑，在設(shè)計(jì)頂出時(shí)應(yīng)避免設(shè)計(jì)尖角，頂塊形狀不易設(shè)計(jì)的太復(fù)雜，頂桿設(shè)計(jì)依從大而少得原則。頂桿孔徑加工精度做到+0.02m/0，同時(shí)保證頂出孔的光潔度。

3.5 電鍍工藝排液口及電鍍工藝保護(hù)腳

電鍍時(shí)需要把零件放在多個(gè)溶液池里進(jìn)行處理，每個(gè)溶液池里的溶液都是不一樣的，避免上一道工序的溶液被產(chǎn)品帶到下一道工序的溶液池里，產(chǎn)品不能有流動(dòng)死角，常見的流動(dòng)死角有產(chǎn)品“狗窩”結(jié)構(gòu)和拐角位置的筋位結(jié)構(gòu)，需要設(shè)計(jì)工藝排液口以保證電解溶液不會(huì)殘留在產(chǎn)品上帶入下一工序的溶液池里（如6圖示）。

電鍍邊緣尖角位置由于電鍍?nèi)菀仔纬蛇吘壭?yīng)，在陰極（即產(chǎn)品）尖角或邊緣位置電力線比較集中，電流密度大，鍍層附著在產(chǎn)品表面厚度不均勻，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量。需要設(shè)計(jì)電鍍工藝保護(hù)腳，工藝保護(hù)腳的位置應(yīng)放在產(chǎn)品的尖角位置，距離產(chǎn)品5-10mm。電鍍保護(hù)腳的位置比較難控制，模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意預(yù)留空間，以便后期增加工藝保護(hù)腳（如7圖示）。電鍍時(shí)需要用工裝夾住產(chǎn)品放到電解溶液里進(jìn)行電鍍，所以模具設(shè)計(jì)時(shí)要與電鍍工藝工程師確認(rèn)好夾持位置或者產(chǎn)品上增加夾持結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較常規(guī)這里沒有介紹，表面缺陷分析和成型定位架構(gòu)介紹是本文的亮點(diǎn)。希望模具設(shè)計(jì)工作者可以參考本文內(nèi)容，減少設(shè)計(jì)問題遺漏，提高工作效率。為模具制造企業(yè)縮短模具制造周期，提高生產(chǎn)效率，減低模具成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]周強(qiáng)，向良明.汽車內(nèi)飾模具結(jié)構(gòu)及工藝概論[M]，北京：人民交通出版社，2014，10ISBN 978-7-114-11730-5.

[2]張維合，等.注塑模具設(shè)計(jì)實(shí)用教程. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3].劉昌祺，等.注塑模具設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.