保险杠快速成型的解决方案_袁昊博_new.doc

保险杠的快速成型的解决方案本文以广州本田汽车保险杠的注塑成型为例，从设备、工艺、材料、产品设计、模具等方面进行分析，提出了快速成型保险杠的解决方案。 广州本田汽车有限公司 袁昊博当今塑料与我们的生活有着密切的关系，已深入到日用品、汽车、家电制品、其它衣食住等所有的生活领域，塑料在各种场合已经无处不在。随着汽车工业的发展，保险杠作为一种重要的汽车安全装置，也在不断进行汽车保险杠走向了革新的道路。轿车的前后保险杠除了要保持原有的保护功能外，还要追求外观与车体造型的和谐与统一，以及追求实现本身的轻量化。为了达到这种目的，目前，轿车的前后保险杠均采用了塑料材料。不论是生产最高端轿车，还是普通经济型车，本田公司本田公司每一根保险杠的材料都具有是相同的性能的（采用改性聚丙烯）。，这一点与其他公司不同其中，。广州本田的保险杠的注塑成型周期仅为45s，达到了世界先进水平，保险杠成型周期约45s，并且由于在；产品设计时采用了肉厚渐变技术，可以节省15的材料。下面就以广州本田的保险杠成型为例，从设备、工艺、材料、产品设计、模具等方面，介绍以广州本田保险杠为例的快速成型的解决方案。注塑机介绍如图1所示，注塑机大致由射出机构、锁模机构、动力装置和电动控制装置构成，如图1所示。广州本田所采用的注塑机为三菱重工的3000MM-470和海天公司的HTF3000X，均为双方合作开发的保险杠、仪表台专用注塑机。该机器的运转周期（也称为干周期）比一般的注塑机的周期要短30，如其开合模速度是一般注塑机的1.3倍，注塑速度是一般注塑机的1.3倍，计量与开合模的动作重叠，模具顶出机构的速度也比一般注塑机要更快。下面以三菱注塑机为例，简单介绍该注塑机的主要组成部分在快速成型方面的技术特色：。图1 注塑机结构1、射出机构射出机构是注塑机中对通过料斗提供的成型材料（粒料）熔融后，制成型的均质的熔融体，承担主要负责粒料移送、熔融之责的部分。，熔融的热量主要来自由料筒的电加热器加热，便也有部分来自附加螺杆旋转使粒料间生成的机械摩擦热引起的加热熔融，当。熔融原则上是由外部加热器进行的，但提高螺杆转速，数会因摩磨擦作用加强，就会产生更多的生热量去参与树脂的熔融。三菱重工业根据多长年的经验，对已有技术重新进行改良，开发了的“UB螺杆”（2条螺纹型螺杆），使得树脂熔体能够以在均一的温度下充填到模具内，达到了有尺寸精度稳定化的效果。2、MM锁模方式MM锁模结构是在动模板和定模板内构成锁模部的新型复合锁模结构（参照如图2、图3所示），该结构最大的优点是该结构是可以使注塑机达到在“同等能力下长度世界最短的注塑机”。其锁模的动作按下列例顺序进行：。（1）、在模具完全打开的状态下，不能对任何一个油缸注油。（2）、模闭高速：将液压油送入模开合油缸的A内。（3）、模闭低速（模具保护）：与（2）相同，但油量少，且油压要降低。（4）、开合螺母闭：向A部加高压油，再向开合螺母动作油缸的C加辅助液压油，合上螺母，使螺母的螺纹与拉杆的螺纹咬合。（5）、升压：合上开合螺母，将油压送入锁模机构的E部。定模板模具动模板D图2 模开结束时（6）、开合螺母开：在锁模的状态下，将辅助液压油送入D部，并打开螺母。（7）、降压：开合螺母后退后，排出E部的液压油。（8）、离模：将液压油送入模开关机筒的B部。（9）、模开高速：向B部送入液压油。（10）、模开低速：向B部送入小流量的液压油。其中（1）（5）为模闭，（6）（10）为模开。AB模具开合油缸锁模油缸开合螺母CE图3 2 锁模升压时定模板模具动模板D图3 模开结束时3、动力装置该注射成型机中，多数动作是通过液压方式进行的，液压驱动的方式进行的，即是：由用电动机驱动液压泵，再通过各种阀门控制液压油的流动压力、方向、和流量，来控制、锁模、注射、及其它各油缸和液压马达，形成给予往返运动或旋转运动。作为能量源传递的媒介体，液压油一般为使用的是具有润滑性、防锈性等诸性质的石油系液压油液压油，以确保泵、阀和机筒等的能一直持续润滑动作。与其他注塑机相比，如果本装置没有独特之处可考虑删除本段。或者在本小节最后用一句话概括4、电动控制装置若区分注射成型机的电路，可分为：驱动液压泵的马达，能熔融塑料材料的加热器类的动力电路，控制锁模、注射等机械动作的的程序、以及控制这些与温度的控制电路。同p15、辅助设备与主机相配套的辅助设备包括产品取出机械手、自动换模台车、材料自动投入装置、液压油冷却系统、模具温度调节机、冷冻设备、车间空调等。广州本田采用的通过机械手自动将保险杠取出，使用的是来自STAR公司的机械手，型号为TW-2000FMV-3，用于自动取出保险杠。由于需要与，对应产品取件相对应，机械手制品臂的上下行程由标准的2000mm改为2500mm，从而实现了高速取出。注塑机的模具交换是通过自动换模台车完成的进行模具交换，换模具交换的时间约3min（不包括辅助时间）。同时，广州本田通过采用松井或川田的材料输送装置，将材料自动投入注塑机；。为了实现注塑机的高速运转，还配置了液压油冷却系统。此外，。为了降低模具的表面温度，广州本田配置了模具温度调节机，控制温度在大约1820；。为了保证注塑品质，车间长年开动空调系统，将车间温度控制到25左右，湿度控制在60左右。注塑工艺介绍1、注塑的基本原理注塑原理是利用塑料的热塑性，将塑料剪切、加热成可以流动的熔体，在螺杆或柱塞产生的压力作用下流动，通过热流道与热喷嘴注入闭合的型腔，冷却定型后取出，得到形状稳定、形态各异的产品。一般的注塑机在塑化过程时中是不能进行卸压和开模动作的，到而且塑化完成后才进行卸压等动作。，如图4所示，注塑过程包括合模：是指模具的动模和定模闭合。、升压、：是指动、定模合上后需经模板增加压力防治树脂注射后漏树脂（如型号为3000T的意思是最大升压锁模力为3000t）。注射：熔融的塑料具有流体的特性，在螺杆压力的作用下快速通过流道与喷嘴，进而充满型腔。、保压：也称二次注射，主要作用是在熔体充满型腔后防止熔体倒流并向模具内进行补料以补偿因冷却收缩造成的体积收缩，保压的同时水口固化。、冷却（：是指产品注射到模腔后经保压后PP材料由熔融状态降低到约60的阶段）、。塑化：螺杆旋转，利用剪切力和加热使塑料颗粒熔融成易于流动的熔体。、卸压：是指注塑材料在型腔降温后，定、动模具直接压力下降的阶段。及取出（：是指产品从模腔中被取出的过程，广州本田是用机械手取件）等动作过程，如图4所示。图4 一般注塑过程2、广州本田注塑过程以雅阁后保险杠为例，的介绍保险杠的注塑成型过程为例，所。用材料是使用改性的聚丙烯PP材料，制品重量约3.9kg，开闭模的行程为1200mm，冷却时间为15s。其产品周期可以达到44.6s，其中机器周期（干周期）为16.5s，成型周期（湿周期）为28.1s。，具体成型周期如见图5所示。：与普通注塑机的产品周期不太一样不同，该产品周期其中有不少多个阶段是重叠的，这样因而使可以节省成型周期缩短。具体过程如下：（1）、材料在塑化的过程中同时进行冷却和开模动作；（2）、在冷却的后半段锁模力提前降压；（3）、抽芯机构在高速开模过程中进行后退；（4）、顶出机构在模具打开及取出工件时同时进行动作；（5）、在低速开模的后半段机械手进入取件区。另外同时，该注塑过程中各动作速度要比一般的注塑机快，因此根据不同动作需求，设定了合理的参数，具体如下：（1）、模具打开和闭合时速度分为低速和高速段，使得模具开合的时间可以缩短，同时使设备振震动较小；（2）、能实现分段注射，并可根据部品件的品质需要调整注射状态。（3）、根据需要进行分段保压，选择合适的保压时间和保压压力。（4）、通过V-P转换，实现注射到保压的转换。，该转换主要采用位置控制，对注射时间、成型周期和、部品件品质具有直接的影响。图5 快速成型材料选择广州本田所材料是选用的材料是中山三井公司提供的改性聚丙烯（PP），成分大致如下为：PP（约60）、橡胶（交联）约30、填料（滑石粉）约9、助剂（抗氧化剂、防腐剂、成核剂、抗紫外线剂等）1PP（约60）、Rubber（Engage）约30、Filler（Talcum Powder）约9、Additive（antioxidant；anticorrosive；nucleation；anti-UV；etc）1。该材料具有耐低温冲击性（在-30下，IZOD冲击强度为6.0kgcm/cm，IZOD冲击）、；材料的流动性较高；，并且具有较高的涂装密着性高（对应E-10），而其他公司的产品规格要求中无该此要求。另外，该材料的外观品质好，如能够满足熔溶合纹细、表面张力好以及、A级面无熔溶合纹等要求。材料为可循环使用，并可进行100%进行回收。产品设计方面保险杠要实现快速成型，和产品设计密不可分的。在，产品设计阶段常用MOLDFLOW软件对设计进行CAE分析，以需进行进行生产技术性检证确认，常用MOLDFLOW软件进行CAE分析。该，分析包括：进胶点位置、进胶点尺寸、产品重量、锁模力、产品填充模拟、流动前沿温度、充填压力、剪切应力、收缩率、困气位置、熔接线、翘曲量、冷却液温度以及、制件最高温度等。通过CAE分析，可以在设计阶段对预防多种产品不良情况进行调整预防，保证产品成型的顺利进行。值得一提的是，本田的保险杠的肉厚不是等肉厚设计的，而是一般是根据产品的不同部位需要进行肉厚变化，变化范围从2.63.4mm。大致的原则为：中间属于厚肉区，胶口远端为薄肉区；，产品合流部分为薄肉区。通过产品肉厚渐变技术，可以实现以下作用：（1）、注塑胶口较少：一般为24水口（，如图6所示部位），。这样模具简单，造价成本相对较低。图6 注塑胶口位置图（2）、可以实现快速成型：由于胶口远端为薄肉区，容易实现产品填充；。（3）、可以节省注塑材料：通过计算，等肉厚的保险杠和肉厚渐变的保险杠重量相差约15%，对于石油资源原料日益紧张的今天，该改技术所带来的收益是显而易见的。模具介绍模具的主要可按下列部分包括区分：供（1）、通熔融树脂通过的主流道、分流道、注料口、模腔部分；，用于（2）、模具温度调节的用的冷却回路；，（3）、从注塑机取出成型品的凸出装置（动模），。（4）、在成型机上安装的模具部分（定模），。（5）、除了以上部分以及，构成模具本身的模压基础部分。由于模具相对复杂，下面简略淡淡和快速成型相关的部分：（1）、模具内部需足够冷却能力的冷却水，一般可以通过公式进行计算。，广州本田的模具的冷却方式为通入1822的冷水进行冷却，流量约120150L/min。（2）、树脂在进入模腔过程中，需经过带加热装置的热流