某車型塑料格柵注塑成型設計案例分析

摘要：散熱器格柵是表達設計語言的重要零部件，散熱器格柵的設計要綜合考慮造型表達、性能要求、成本三方面因素，需要從原材料、生產工藝、造型三方面進行設計方案制定。給出了塑料格柵、拖鉤蓋板在原材料選擇上的建議，以及注塑件常見的表面質量問題解決方案，通過對零部件結構和模具結構的優化設計來消除零部件表面縮痕、凹坑和熔接痕等問題。研究結論可對同領域注塑件的設計提供參考。

關鍵詞：塑料格柵；縮痕；熔接痕；結構優化

中文分類號：U462" 收稿日期：2023-09-26

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.12.009

1 前言

散熱器格柵是為汽車冷卻系統設置的開放部件，一般位于保險杠的中央部位，如圖1所示。散熱器格柵一般采用塑料注塑成型加工工藝，根據具體情況還包含噴漆、電鍍、燙印等其他工藝。

在設計散熱器格柵時，要同時滿足以下三點要求：

a.進風量的要求。

b.造型的要求。

c.自身結構強度的要求。

格柵網格盡量采用雙壁厚結構，無進風量的區域盡量封堵，既保證強度，又可防止格柵內側零件外露［1］。

散熱器格柵是一個表現造型設計語言的重要零部件。一般而言，格柵聚集了多種不同的色彩紋理定義，對于噴漆件，需要校核噴漆角度是否滿足要求，造型面對涂料是否容易產生流掛，是否容易返工處理等［2］。對于格柵上的電鍍零件，應檢查零件是否存在發黃、應力集中等工藝缺陷。如果是燙印格柵，則應考慮格柵的燙印區域是否滿足燙印的相關工藝要求。對于格柵上的皮紋零件，則應考慮脫模角是否能滿足表面皮紋角度要求。應該基于不同工藝進行分析，從而達到造型、工藝可行性以及成本三方面的平衡。

2 格柵常用材料和工藝

a.格柵本體。格柵需要根據外飾效果進行選擇，其中高光注塑外觀零件在選材時，一般使用ASA或其混合物，不同的材質高光注塑的光澤、色調有所不同，需要和設計師充分溝通，以便使造型外觀和材質匹配。使用電鍍工藝時，考慮到電鍍層的附著力和成本，一般選用ABS；如果對強度和耐沖擊性有特別需求的，或者工藝過程中產品形狀保持力比較差的，可以選用PC+ABS。

b.拖車鉤蓋板。若拖車鉤蓋板是噴漆件，一般選用PC+ABS，它有更好的機械強度（尤其對按壓式蓋板而言）和小圓角處涂料附著力。若拖車鉤蓋板是皮紋件，則要考慮到不同基材和色彩匹配較為困難，一般選用和蓋板周邊零件相同的材質，如ASA或者PP+EPDM-Tx［3］。

3 某車型格柵設計案例分析

3.1 格柵及其問題

案例車型格柵為噴漆件，表面為大平面結構，開孔較深，翻邊厚，如圖2所示。

此格柵結構強度較容易保證，格柵本體噴面漆，表面需盡可能平整、光潔，避免縮水和變形，初定材質為ABS。

可以通過合理的膠口布置、保壓以及模溫等因素來減少零件表面的熔接痕、縮痕、氣孔和變形等問題。此格柵配合的拖車鉤蓋板尺寸較大，表面為面漆光面，中間開近似六邊形孔洞，并且翻邊較高，如圖3所示。

由于拖車鉤蓋板與格柵通過卡扣連接，商用車拖車鉤相比轎車使用頻次較高，所以拖車鉤蓋板需具備多次拆卸且卡扣不損壞的要求，而傳統的ABS、ASA材料韌性較差，所以此處材料推薦為PP+EPDM+TD20［4］。

此方案的首版樣件有以下問題：a.表面縮痕嚴重；b.熔接痕明顯。此兩項問題對零件外觀影響較大，通過以下方法逐一解決。

3.2 表面縮痕問題的解決

樣件存在表面縮痕問題，即樣件最大注射壓力為20 MPa，表面明顯可見凹坑和收縮，如圖4所示。

下面對問題進行原因分析：

a.零部件空的翻邊處壁厚過大，零件本體料厚不均勻，翻邊處堆料較多，導致縮痕明顯。

b.注射阻力大，注射壓力略小，零件表面不平整，出現凹坑。

解決方案如下：

a.周邊縮痕解決方案。優化產品結構，減小翻邊尺寸，如圖5所示，PP類材料，根據實際生產經驗，骨位的厚度小于本體厚底1/3時，表面縮痕最小，即此處骨位厚度建議厚度為0.8 mm，圓角大于1.5 mm，圓角若太小，邊緣縮痕效應很難解決。

b.開孔處縮痕解決方案。較小開孔翻邊厚度，如圖6所示，將翻邊改為均勻的1.2 mm，同時將翻邊根部做減料處理［5］，如圖7所示。

c.表面凹坑解決方案，增大注射壓力。

經過以上三種措施，已基本解決了表面凹坑和縮痕問題，如圖8所示。

通過優化結構，增大注射壓力解決了縮痕和凹坑的問題，但熔接痕凸出的問題卻無法解決。

3.3 熔接痕明顯問題的解決

再次對模具進行分析，結合模流分析，初步判斷熔接痕產生的原因為進膠口布置不合理，原方案進膠口位置在開孔的大尺寸方向，如圖9所示。

進膠口在開孔尺寸大的一側，繞過開孔時不通暢，阻力大，溫度降低，低溫熔料的分流匯合性能較差，形成熔接痕。

解決方案如下：

模具澆注系統的結構參數對流料的熔接狀況有很大的影響，因為熔接不良主要產生于熔料分流匯合。應盡量采用分流少的膠口形式，并合理選擇膠口位置，盡量避免充模速率不一致及沖模料流中斷。因此需要更改膠口位置，移至開孔小尺寸處，如圖10所示。

通過模流分析發現，熔料流通更加通暢，熔接痕明顯減少，僅在膠口遠端處還有一條熔接痕，如圖11所示。

由于此處距離膠口較遠，受限材料特性限制，消除此處熔接痕需要進一步優化模具方案。

遠端熔接痕解決方案如下：

可以通過“搭橋”的方式引導熔料的流通，消除此處熔接痕，具體方案如圖12所示。

在開孔兩側順熔料流通方向搭橋，讓熔料可以通過孔中央流至孔對側。此方案缺點為：需要手工切除“橋”，增加人工成本。

通過更改膠口位置和搭橋兩個方案，筆者成功地解決了拖車鉤蓋板熔接痕凸出的表面問題，成品效果達到了設計要求。

4 結語

a.零部件設計時，要根據各個材料的理化性能和工藝性能來約束具體的造型和結構設計，盡量避免厚度不均勻、圓角過于尖銳等問題。

b.可以充分利用各個材料的優勢，通過巧妙的造型或者結構設計弱化它的劣勢，最終達到成本、性能以及造型效果三者的平衡，達到效益的最大化。比如，對外觀要求較低或者尺寸精度不高的零部件優先選擇PP類材料，表面涂漆的外觀件可以選用成本較低的ABS替代ASA，間隙配合處采取巧妙的搭接關系來設計，可以有效降低配合精度，進而降低零部件成本等。

c.模具設計直接影響零部件產品的的最終質量，膠口的布置、流道的設計、注射壓力、保壓時間等都會對零部件的成形質量起到關鍵影響。

參考文獻：

［1］邱國華，俞梅.汽車內外飾設計［M］.北京：機械工業出版社，2021.

［2］曹渡，蘇忠.汽車內外飾設計與實戰手冊［M］.北京：人民交通出版社，2017.

［3］田亞梅.汽車非金屬材料輕量化應用指南［M］.北京：機械工業出版社，2019.

［4］周達飛，吳張永.汽車用塑料-塑料在汽車中的應用［M］.北京：化學工業出版社，2003.

［5］朱春東，虞煒華，朱洪艷.成型工藝參數對薄殼塑料件翹曲變形影響的數值模擬［J］.模具工業，2007（9）：50-53.

作者簡介：

趙燦，男，1990年生，工程師，研究方向為汽車外飾件設計、汽車結構設計。