汽车电镀饰条模具三维设计及工艺特点

莫先培　刘华官　何叶春　梁贵东　倪明勤　韦柳棉

摘 要：电镀注塑产品是在日常生活中较为常见的一类塑料产品，有良好的金属质感、外观装饰性及耐腐蚀性，对塑料件的强度也有明显改善，被广泛的应用到汽车、家电及其它日常生活用品领域。电镀产品模具型腔要求硬度高，抛光与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钢料硬度较高，故模具加工和研配周期比较长。电镀（Electroplating）是利用电解原理在某些制品表面镀上一薄层金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺。本文针对汽车电镀饰条的前期产品分析和模具设计进行了详细的介绍。并对注塑模具满足电镀所需要的常见工艺问题作了简单的介绍。希望对电镀模具设计制造者及相关生产厂家提高产品质量和生产效率有所帮助。

关键词：缺陷放大；电镀保护脚；断裂式浇口

1 引言

汽车电镀饰条是外观性能关注度比较高的产品，产品表面不能有收缩印、顶块印、杂质、不平、流痕等缺陷。电镀层是以离子状态附着到产品表面上的，镀层的厚度很薄只有几微米。电镀后产品光亮效果变好，原先的缺陷从视觉角度看变得更加明显。产品边界和尖角位置电镀过程中电力线发生扭曲，电解液向电极（产品）的边界集中，边界位置电流变大，镀层厚度远远大于其他位置（即边缘效应）。对产品的使用性能和外观性能影响有很大影响，避免边缘效应模具设计时，在产品尖角位置设计一段工艺流道（即电镀保护脚），把原来得产品边缘转移到工艺流道上，产品电镀完成后把工艺流道修剪掉从而得到镀层均匀的优良产品。断裂式浇口是顶出过程中浇口受力从产品上分离下来的一类进胶口形式，通常的作用隐藏浇口，避免因为浇口外漏影响产品美观。

2 产品开模合理性分析

2.1 材料分析

电镀件材料要满足电镀要求，常见的电镀塑料材料有丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS） 、聚苯乙烯、尼龙、聚碳酸酯聚丙烯等其中ABS电镀应用最为广泛，我们今天介绍的汽车电镀饰条的材质也是丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS）。

2.2 表面缺陷分析

电镀饰条是汽车上很重要的装饰件，产品的外观关注度很高，开模之前对于影响产品外观的特征进行优化。前模外观面避免开模时拉伤影响外观，调整产品外观面脱模斜度做到3°以上，并使用UG软件进行校核以避免遗漏，具体步骤为使用〖分析〗→〖形状〗→〖斜率〗命令进行脱模斜度分析，设置开模方向作为分析矢量，指定分析角度区间为-3°至正3°，最后选择需要分析的产品外观面，分析效果如下图。合理的脱模斜度能有效的避免拉伤问题（如1图示）。

产品背面结构较多存在缩水风险。产品主壁厚2.8mm，在产品设计初期工程师为了保证产品强度将外观面背面的筋位厚度做到了1.2mm，产品外观面存在缩水的风险，重新分析评估了产品筋位厚度做到0.8mm也是可以满足产品强度和性能要求的，0.8mm的筋位是可以完全避免缩印风险的。产品翻边位置由于外观面限制无法做等壁厚结构，存在缩水的风险，与对手件结合分析发现装配侧被对手件遮挡可见度差，属于次级外观面。调整产品翻边侧壁厚度做到1.5mm，保证主外观的没有缩水，把缩水风险放在次级外观面。产品外观面存在尖角，翻边结构按等壁厚设计，尖角位置材料积聚形成一个大疙瘩，缩水非常明显，调整翻边壁厚避免材料凝聚可以有效的避免缩水（如2图示）。产品拉伤、缩水电镀后缺陷放大，影响产品美观因此需要避免产品存在这些缺陷。全面系统的表面分析能减少模具调试次数和维修的周期，降低模具制造成本。

3 汽车电镀饰条模具的具体结构设计

3.1 模架外围结构介绍

模具尺寸2100mm（长）*900mm（宽）*1100mm（高），重量为10吨，是一套中型模具。方便模具研配和加工，模板都设计了吊环孔，模具较大考虑到在注塑机上安装时的安全性和便捷性，模具设计了吊模块，通过调节吊模块可实现前后模单独起吊平衡和前后模整体起吊平衡，平衡误差控制在3°以内。模具采用方导柱导向来保证模具的导向精度，在方导柱摩擦位置设计高丽黄铜+石墨自润滑材料的嵌件，提高方导柱的使用寿命。设计顶出时考虑到顶出的平衡性，设计了平衡性比较好的油缸顶出，柱形油缸通过镙丝固定在顶出板上，油缸活塞杆设计了快换接头固定在模具的安装板上。通过注塑机液压系统提供的推动力顶出板运动实现顶出。

3.2 成型定位结构介绍

锁紧定位结构是这套模具的一个亮点，首先模具前模钢料价格较高，且前模成型位置的材料需要淬火加工，钢料太大模具成本高且淬火调制比较困难，前模成型位置设计镶块结构降低了模具成本缩短了模具加工周期及淬火的难度，后模产品没有外观面模具材料不需要淬火，后模设计整体钢料。模具在设计锁紧定位时，前模镶块单独定位到后模模板上，前模模板单独定位到后模模板上，定位累积工差相对较小，定位精度高且稳定性良好（如3图示）。

开模方向的限位（承压），模具设计了镶拼的嵌件（承压板）均匀的排布在模具的开模面上，镶拼的嵌件硬度為HRC48-52，合模时撑住前后模避免合模力太大压塌分型面，合理的设计嵌件面积和位置能够有效的提高模具寿命（如4图示）。

产品倒扣脱模结构优先设计稳定性较好的滑块结构，避免ABS料长期生产时产生料屑，影响产品外观。

3.3 浇注系统的介绍

电镀饰条的形状通常都是细长条且产品材料流动性比较差，避免产品表面出现熔接痕大都采用顺序阀热流道进胶，注塑填充时热嘴通过油缸及阀针控制依次打开，更好的保证产品的外观性能和尺寸要求（如5图示）。

由于电镀件的外观关注度比较高，避免浇口位置产生缩印和浇口外漏等问题，进胶形式采用滑块进胶，这里特别说明一下进胶的方式还有一种斜顶进胶，相比滑块进胶斜顶进胶需要的模具空间更小一些，流道也会短一些，因此很多模具设计制造者较为倾向使用斜顶进胶。但是斜顶相对于滑块更容易产生料屑，产生料屑对于电镀件模具是一个致命的缺点，所以从大批量生产的角度考虑还是优先选用滑块进胶，避免冷料屑冲到产品外观面上。还有就是ABS材料比较脆而且粘性差浇口断裂时容易产生料屑，模具设计时不能使用断裂式浇口，如潜伏式浇口和香蕉式浇口。料屑产生以后，下一模注塑生产时冷料屑被冲到产品表面，电镀时就会形成颗粒状的外观缺陷，电镀后的产品无法修整外观面，产品只能报废，造成很大的资源浪费。

3.4 顶出系统

电镀饰条模具顶出设计除了要考虑常规的顶出问题，还要考虑产品材料抱紧力大，产品顶出时会跟着斜顶等顶出机构产生偏移，影响机械手取件。防止产品产生偏移模具上需要设计定位顶针，斜顶退出方向设计时尽量对称设计以均衡脱模力产生的偏移。还有就是ABS材料在大批量生产时容易产生料屑，下一模注塑生产时料屑冲到产品表面产生外观缺陷。避免或减少模具产生料屑，在设计顶出时应避免设计尖角，顶块形状不易设计的太复杂，顶杆设计依从大而少得原则。顶杆孔径加工精度做到+0.02m/0，同时保证顶出孔的光洁度。

3.5 电镀工艺排液口及电镀工艺保护脚

电镀时需要把零件放在多个溶液池里进行处理，每个溶液池里的溶液都是不一样的，避免上一道工序的溶液被产品带到下一道工序的溶液池里，产品不能有流动死角，常见的流动死角有产品“狗窝”结构和拐角位置的筋位结构，需要设计工艺排液口以保证电解溶液不会残留在产品上带入下一工序的溶液池里（如6图示）。

电镀边缘尖角位置由于电镀容易形成边缘效应，在阴极（即产品）尖角或边缘位置电力线比较集中，电流密度大，镀层附着在产品表面厚度不均匀，影响产品外观质量。需要设计电镀工艺保护脚，工艺保护脚的位置应放在产品的尖角位置，距离产品5-10mm。电镀保护脚的位置比较难控制，模具设计时要注意预留空间，以便后期增加工艺保护脚（如7图示）。电镀时需要用工装夹住产品放到电解溶液里进行电镀，所以模具设计时要与电镀工艺工程师确认好夹持位置或者产品上增加夹持结构。

4 结语

冷却系统设计比较常规这里没有介绍，表面缺陷分析和成型定位架构介绍是本文的亮点。希望模具设计工作者可以参考本文内容，减少设计问题遗漏，提高工作效率。为模具制造企业缩短模具制造周期，提高生产效率，减低模具成本。

参考文献：

[1]周强，向良明.汽车内饰模具结构及工艺概论[M]，北京：人民交通出版社，2014，10ISBN 978-7-114-11730-5.

[2]张维合，等.注塑模具设计实用教程. 北京：化学工业出版社，2011.

[3].刘昌祺，等.注塑模具设计[M]. 北京：机械工业出版社，1998.