基于Moldflow的汽车前置薄壁防撞梁注塑工艺研究及模具设计

胡邓平　赵利平

摘 要： 针对汽车薄壁防撞梁注塑工艺中出现的问题，先结合模流软件Moldflow进行数据分析，采用了内分型技术和SVG技术（顺序阀热流道浇口控制技术），温度控制系统采用了“直通式冷却水管+倾斜式冷却水管+冷却水井”的形式、导向定位系统设计和脱模系统设计采用了直顶与顶针顶出，解决了塑件复杂部位的侧向抽芯、大型薄壁塑件的脱模力大和推件复位难等问题，达到塑件外观美观和缓冲的效果，这对汽车薄壁注塑件行业具有指导意义。

关键词： 汽车薄壁防撞梁；内分型技术；SVG技术；侧向抽芯

中图分类号： TQ320 文献标识码： A 文章编号： 2095-8153（2016）05-0109-04

发生碰撞时汽车前置薄壁防撞梁会发生形变，起到缓冲效果。美国福特汽车公司率先采用塑料注塑成型代替金属，满足汽车外观协调与一致，减少汽车的重量，节省了材料，因为薄壁防撞梁是外观件，需要达到一定的表面质量。综合国内外的研究，在注塑件表面质量的一些研究工作中，胡邓平等[1-3]在塑件表面缩痕缺陷机理与表观质量等方面做了很多研究工作。辛勇等[4]在高光注塑成型领域做了相关研究。FAN等[5]运用仿真软件对圆形光盘材料的成型工艺进行了仿真分析与实验研究。为了综合考虑模具设计过程中的问题，本研究结合模流软件Moldflow进行数据分析，参考相关资料[6-9]，最后设计了全套模具。

1 塑件结构分析

汽车前置防撞梁的结构尺称是：长×宽×高为1856×565.3×734.1 mm，尺寸很大，形状类似于马鞍形，加强筋较多，熔融在型腔中流动阻力大，难填充，塑件碰穿、插穿孔较多，塑件倒扣复杂，侧向抽芯不易。注塑模具选材的依据包括模具的寿命、塑料的特性、模具零件的作用与功能，综合考虑选择注塑件材料为PP+EPDM-T20，收缩率取1.0095，密度小强度硬，符合生产工艺要求。

如图1为汽车防撞梁的二维结构图，如图2为汽车防撞梁的三维图。

2 注塑工艺仿真分析

因为为大型薄壁注塑件，故而采用一模一腔，应保证各型腔末端在同一时间内填满，这样既可以保证塑件的成型质量，又可以使注塑周期最短。从模流分析结果可以看出，熔体流动稳定，表面无熔接痕，塑件质量好，因此保证了模具的使用寿命和产品合格率。塑件产品充填均匀，无短射，但是产品局部胶厚处体积收缩较大，建议减胶。图3是汽车前保险杆采用热流道顺序阀浇口进胶的模拟数据图。

3 模具结构分析及各系统设计

3.1 模具结构的设计

根据塑件的外形结构，设计模具的具体结构如图4所示。

3.2 成型零件设计

模具设计的第一步就是设计成型零件，要充分考虑塑料的收缩率、流动性、腐蚀性、脱模特性、制造与维修的工艺特点，保证外观美观，采用了先进的内分型面技术。对于大尺寸型腔，主要问题是刚度的不足，应防止溢料，保证塑件的精度，保证塑件顺利脱模，组合式镶件的刚性不及整体式镶件，所以本模具采用整体式镶件。在碰穿处设计了排气槽与避空槽，对于大型塑件，排气槽对塑件的品质影响较大，保证型腔中的气体可以顺利排出，从而不易产生飞边，延长了模具寿命。成型零件采用预硬注塑模具钢P20，可以降低模具制造成本。同时保证模具的强度、刚度和耐磨性，从而达到模具既定的生产寿命。具体如图5所示。

3.3 浇注系统设计

模具浇注系统采用整体式热流道系统，该系统装拆方便，精度易控制，产生漏胶风险会降低，此外，维护成本低，无需重复拆装，方便维护和安装。为了保证前置防撞梁外观美观，且表面不允许有熔接痕，本模具采用8点顺序阀热流道浇口控制技术，即SVG技术[10]。相比传统的热流道浇口技术，SVG技术有很多优点，可以保证熔体流动稳定，提高尺寸精度以及强度。它通过汽缸驱动来控制8个热喷嘴的关闭和开启，可以达成塑件表面无熔接痕的理想效果。

3.4 侧向抽芯机构设计

塑件上存在与开模方向不一致的凸凹结构，不能有脱模斜度的外侧面，塑件尺寸大，所以采用侧向抽芯结构设计。在推出的过程中，镶件做斜向运动，斜向运动分解成一个垂直运动和一个侧向运动，其中的侧向运动即实现侧向抽芯，保证复位可靠，斜顶的倾斜角度不能过大，否则，在推行过程中斜顶会受到很大的扭矩作用，从而导致斜顶变形，一般角度3°～10°，这一角度越小越好。

斜顶的设计要点，抽芯结构简单、斜顶靠近型腔一端、斜顶上端面应比动模镶件低0.05～0.1 mm，保证推出时不损坏塑件，移动时不能与塑件内的其他结构发生干涉，斜顶与模架接触处避空，增加斜顶的强度和刚度。内分型防撞梁定模侧孔要设计定模弹针结构抽芯，见图4中E处放大图，可知与一般的注塑模相比，内分型防撞梁注塑模设计不一样。

3.5 温度控制系统设计

较大程度影响模具的成型周期与产品质量的是模具温度控制系统设计。由于塑件和模具结构的复杂性，应努力使模具温度尽量均衡，不能有局部过热、过冷现象，要控制进出口处冷却水的温差，所以根据塑件结构和特征，采用的形式为“直通式冷却水管+倾斜式冷却水管+冷却水井”的形式。本模具的冷却水道的设计要点如下：

（1）冷却水的作用是将熔体传给内模镶件的热量带走，动模镶件结构复杂，热量集中，冷却水管到型腔的距离B以10～15 mm为宜。

（2）冷却水管的布置应尽量避开塑件易产生熔接痕的部位，以避免形成熔接痕。

（3）定模镶件冷却水尽量靠近型腔，动模镶件冷却水尽量布置在外圈，内模型芯较大，必须通冷却水。

（4）对于大型模具，水路较长，设计时要了解钻头的长度。

3.6 导向定位系统设计

对于大型薄壁注塑模，所有运动的零件都必须得到准确的导向和定位，反复开、合模的过程中，零件活动较多，为了保证成型零件配合精度，每次开、合模都需要精确的导向和定位，模具需要承受高压、高温条件，所以直接影响模具的寿命和塑件的精度主要因素是导向定位系统设计的好坏。定位系统的作用主要是保证动、定模在合模和注射成型时精确定位。为了便于塑件取出，采用了方导柱与精定位导向定位，动模板较厚及大型模具，增加模具强度，其中动模侧方导柱规格为80×60×700（mm），当模具动模部分有推板时，导柱必须装在后模B板内，导柱导套部分的长度保证推板在推出塑件时，自始至终不能离开导柱。动、定模之间方导柱规格为180×80×580（mm），设计如图4和图5所示。

3.7 脱模系统设计

该模具中间位置采用直顶与圆推杆顶出，圆推杆与推杆孔都易于加工，被作为标准件广泛应用。圆推杆优点：制造和加工方便，成本低、阻力小、维修方便。但是缺点是推出位置有一定的局限性，所以尽量少采用圆推杆。液压油缸可根据脱模力的大小和抽芯距离的长短来选液压装备。尺寸L是需要延迟的距离，液压缸活塞杆的行程至少大于塑件应抽芯的长度的5～10 mm。

4 模具工作过程

因为薄壁防撞梁注塑模采用了内分型技术，模具工作过程分为注射充模、冷却固化、开模合模这四部分：

（1） 注射充模：注塑机料筒内的熔体通过模具一级热喷嘴5中的主流道和二级热喷嘴8中间的分流道，经侧浇口高速进入模具型腔。

（2） 冷却固化：熔体充满型腔后保压、冷却和固化。

（3） 开模：当成型塑件固化至足够刚性后，注塑机拉动动模开模。

预先施加压力给液压油缸，推杆板12和斜顶22、28压回复位，确保顶出系统同步打开，定模A板和推杆固定板11首先同步打开60 mm，塑件和横小斜顶脱22、28脱离定模A板的倒扣面。

定模A板继续开模，动模内推杆固定板11保持60 mm的顶出状态不变，以达到定模A板与直顶25、26分离的作用。

定模打开到所需的空间后，动模内推杆固定板11继续推出合理位置，此时的横向小斜顶22、28导杆到达导轨的变换角度的拐点处，塑件倒扣面脱离模具。

如果此时塑件有粘小斜顶的现象，直接用手将塑件拉出模具，反之，则推杆固定板11继续推出至最后位置，完成脱模后取下塑件。

合模：注塑机推动动模合模，模具接着下一次注射成型。

5 结论

（1）采用了Moldflow模拟仿真软件，模拟仿真了塑件浇注成型的全过程。在模具设计前能够及早发现注塑问题。

（2）本模具采用了内分型技术，能够维护塑件的外观质量，降低模具损坏的风险；应用“复合斜顶”的二次抽芯结构，解决塑件复杂结构抽芯困难的问题，保证推出时不损坏塑件，延长了模具的使用寿命。

（3）采用了SGV技术，消除熔接痕，达到理想效果；应用液压油缸动力脱模，解决了塑件脱模难、模具复位难的问题。

[参考文献]

[1]胡邓平，文泽军，吴爱华，刘 湛. 基于缩痕最小的空调面框注塑成型工艺参数优化[J]. 工程塑料应用，2015（06）：54-57.

[2]胡邓平，张维合. 高光注射成型工艺中注射参数对空调面框缩痕指数的影响[J]. 模具制造，2016（01）：49-52.

[3]胡邓平. 空调面框缩痕缺陷形成机理分析及注塑工艺参数优化[D].湖南科技大学，2015：14-18.

[4]辛 勇，刘东雷，伍晓宇. 高光注塑成型工艺控制试验[J]. 高分子材料科学与工程，2010，26（6）：114-118.

[5]FAN B，KAZMER D，BUSHKO C.A biref ringence prediction of optical media[J]. Polymer Engineering and Science，2004，44（4）：814-824.

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[7]叶久新，王 群.塑料成型工艺及模具设计[M].北京：机械工业出版社，2007：38-39.

[8]胡邓平，陈裕和，李 炳，等. 基于MoldFlow的薄壁风扇叶注射工艺分析及流道设计[J]. 模具制造，2016，16（8）： 50-53.

[9]谢 英，郑国强，周应国，等. 塑件翘曲变形分析CAE在注射模冷却系统设计中的应用[J]. 模具工业，2008（09）：29-32.

[10]官正强.SVG技术及其应用[J].制造业自动化，2010，32（10）：206-207.

Abstract： In view of the problems arising from the auto thin-wall anti-collision beam injection molding process，Moldflow software is used for data analysis，adopting the classification and SVG technology（sequence valve hot runner gate control technology），and temperature control using the “straight through cooling water pipe， tilting cooling water pipe and cooling water” for system，using the top and the thimble ejection in the form of guide positioning system design and demoulding system design，the complex parts of the side core-pulling and ejection force of large thin wall plastic parts and solving some problems，so that the parts surface is beautiful and buffer effect can be obtained，It provides guiding significance for the thin-wall plastic car industry.

Key words： car thin-wall anti-collision beam； parting technology；SVG technology；lateral core pulling