实现汽车保险杠快速化注塑成型的研究与应用

1、实现汽车保险杠快速化注塑成型的研究与应用赵理 罗毅 黄冬东风本田汽车有限公司合成树脂科【摘 要】目前汽车保险杠的生产主要采用PP（聚丙烯）树脂，通过成型机与模具一次注塑成型。本文通过详细研究保险杠成型各道工序与工艺条件，提出了缩短注塑成型周期的具体方法，采用模具开合，制品顶出与退回，取出机夹取制品三个步骤最大化重叠实现节拍快速化，并成功应用于实际生产。【关键词】汽车保险杠 注塑成型 工艺优化1 汽车保险杠加工工艺简介1.1汽车保险杠历史沿革20世纪70年代以前汽车的前后保险杠都还是以金属材料为主，用厚度为3毫米以上的钢板冲压成U形槽钢，表面处理镀铬，与车架纵梁铆接或焊接在一起，与车身有一段较大

2、地间隙，像是一件附加上去的部件。车与树脂的关系开始于1926年福特distributor汽车使用的保护罩，HONDA于1958年开始使用树脂材料成型摩托车的保护罩，并且在内外装部品上也使用了树脂材料。但是树脂材料在汽车中的普及还只是处于起步阶段。随着工业技术的发展，汽车保险杠作为一种重要的安全装置也走向了革新的道路，特别是以小轿车为主的小型汽车和微型汽车，前后保险杠除了保持原有的保护功能以外，还要追求与车体造型的和谐和统一，追求本身轻量化。而塑料被用做汽车保险杠就容易实现以上诸多要求，塑料的结构特性使其具有缓冲性好，重量轻，比金属材料更易加工制造等。同时，塑料保险杠具有成本低、耐腐蚀、成设计自

3、由度大等优点。经过多年的发展，汽车保险杠目前形成了以PP（聚丙烯）材料为主材，并加入一定比例的橡胶或弹性体材料、无机填料（滑石粉为主）、色母粒、助剂等，通过注塑成型进行生产的模式。1.2保险杠注塑成型简介注塑成型是将粒状或粉状塑料加入注塑成型机机料筒，经过加热融化呈流动状态，然后在注塑机的移动螺杆快速而又连续的压力下，从料筒前端喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入闭合的模具内，经冷却固化后，开模得到与模具型腔相应的制品。注塑成型机基本结构如图1。图1 成型机结构成型机主要由材料供给料筒、塑化以及射出螺杆、模具（包括动模和定模）、顶出机构、锁模机构和驱动机构组成，依驱动机构不同又分为油压型成型机和

4、电动型成型机。油压型成型机的动作主要由油缸驱动，而电动型成型机的动作主要由电动马达驱动。依锁模能力不同可以分为小型、中型、大型注射成型机。1.3注塑成型工艺分析料斗是颗粒状塑料进入成型机内部的入口，塑料通过料斗进入料筒，料筒内部中心部分为螺杆，螺杆表面是经过特别设计的螺纹。塑料进入料桶后，通过螺杆的旋转，螺纹状边缘对塑料进行剪切塑化，同时料桶内部加热装置维持200左右的高温状态，将固体状的塑料颗粒变成熔融状态。剪切塑化完成后，螺杆往前移动，将熔融的塑料注射入模具型腔内，并保持一定压力，最后经过冷却的塑料将形成与模具型腔一致的形状，取出后得到的就是汽车保险杠喷涂前的保险杠素材。注塑成型的主要过程

5、可以概括为合模注射保压冷却开模取出。详细的时序图如图2（以三菱3000MM-470型成型机成型CR-V某款保险杠为例，以下同）。图2注塑成型全过程时序图注：深色部分称之为成型湿周期，浅色部分为成型干周期2 提高注塑成型速度的研究2.1注塑成型过程分析为了保证保险杠成型出来的品质，成型过程的注射、保压和冷却三个工序的时间必须得到保证，不能轻易变动，这三道工序被称之为注塑成型的湿周期。其他部分属于机械装置的动作工序，称为注塑成型的干周期，理论上可以通过努力进行缩减。因此，缩短成型周期的研究应该主要集中在干周期上。2.2改进成型工艺，缩短周期的研究如果将型芯复位视作注射成型开始的话，注射前的那部分动

6、作可以当作第一段，共6道左右，分别为A型芯复位、M型芯复位、合模、半合螺母关、升压、截流阀开。其中型芯复位之间以及与型芯复位和合模之间在机械结构上有干涉，必须先完成前者模具才能顺利闭合。半合螺母的作用是模具闭合后以及升压时锁住模具，防止模具闭合不紧，注射时出现飞边。因此前5个动作不能通过动作重叠来缩短时间。与这5个动作不同的是，截流阀不属于模具关联机构，与前5道工序比较具有较高的独立性。在这里将保压之后的三个动作视作注射成型的第二段，分别为反吸，截流阀关和计量。这三个动作大部分在湿周期的保压阶段完成，只有计量的时间超过保压时间。但是计量是属于料筒机构，只要能在下一周期的截流阀开之前完成就不会对

7、整个注射成型产生影响。因此注射成型第二段，也就是这三个动作不需要考虑重叠。成型出来的保险杠在冷却后迎来最后一个阶段。此阶段共7个动作，分别为开模、M型芯打开、A型芯打开、顶针前进、顶针保持、顶针复位和工件取出。开模与型芯打开在机械上并不干涉，因此可以考虑工序重叠，让两个步骤同时进行。但是应该注意的是M型芯与A型芯不能同时动作。开模时间一般为4-7秒左右，型芯打开时间一般为0.1-0.2秒，因此可以继续考虑开模与顶针前进的重叠。通过以上步骤的同时进行，可以实现顶针保持的提前开始。缩短成型时间达到2秒以上。工件取出分为三个阶段，分别为取出机落下，取出机保持，取出。只要保证开模达到足够的安全距离，取

8、出机就可以落下夹取工件。以往取出机落下设置在顶针前进开始，然后顶针保持等待取出机夹取工件。事实上通过对生产现场的观察研究，取出机在开模达到一定宽度后就可以落下，不用等待顶针前进开始，由此可以缩短顶针保持等待取出机落下的时间。3 成型工艺改进的应用与效果3.1工艺改进后成型周期缩短效果通过前文的分析，基本可以确定工艺改进可以采取的措施。应该注意的是调整工艺必须以保证品质为前提。结合实际生产，工艺调整措施如下：M型芯调整至开模过程中打开，取图3.改进工艺后的成型时序图出机落下调整至A型芯打开后。其他工序暂不做调整，实测成型时序如图3 由图3可以看出，通过将M型芯打开设置，将取出机落下设置在A型芯打

9、开后，顶针前进开始前，成型总周期缩短了4秒以上。3.2工艺改进后的总体评价以上的研究是基于CR-V某款保险杠，并以三菱3000MM-470型成型机作为成型设备进行实验得到的效果，取得了成型总周期缩短4秒左右的成绩。经过在东风本田汽车有限公司合成树脂科成型车间的推广，保险杠的成型周期整体得到了缩减，效果显著。结束语汽车保险杠的注塑成型由多道工序组成，每道工序之间相互紧密衔接。部分工序行成连锁，遵循严格的先后顺序，部分工序相对比较独立，可以通过调整动作位置和时间来做到同时进行。本文通过对生产现场的研究与实践，讨论了注塑成型的全过程，寻找了缩短成型周期的可行方法，对从事注塑成型工作的同行具有借鉴意义。本研究是基于实际生产研究分析得到的成果，在此过程中得到了东风本田合成树脂科常志强科长的大力支持，在此表示诚挚的感谢。同时，本课题在研究过程中得到了罗毅系长的悉心指导与帮助，在这里表示我真诚的谢意。还有，也要感谢合成树脂科黄冬的密切配合，使此课题得以顺利如期完成。参考文献 注塑成型手册 作者：奥斯瓦德；特恩格；格尔曼 翻译：吴其晔等 北京：化学工业出版社，2005实现汽车保险杠快速化注塑成型的研究与应用东风本田汽车有限公司合成树脂科 赵理 2010年7月目录摘要 1关键词 1正文 11汽车保险杠