改善RIM注塑模具工艺缺陷的技术方法研究

马正伟

摘 要：为了实现商用车顶流罩的轻量化，本文采用了PDCPD（聚双环戊而烯）作为轻量化新材料，并采用RIM（反应注射成型）作为导流罩的成型新工艺。为解决因RIM工艺技术的不成熟导致出现的样件打不满、飞边等严重零件缺陷，本文通过调整模具进胶点位、进胶距离、溢料槽设计和产品结构等手段来改善RIM工艺的注塑缺陷。结果表明，利用本文的技术方法，导流罩出件的废品率由18%降到了4%以下，证实了改方法的有效性，为导流罩的成型稳定性提供了保障。

关键词：RIM PDCPD 模具 工艺改善

1 引言

节能、环保、轻量化已经成为了未来汽车的主流发展趋势。PDCPD（聚双环戊二烯）作为一种新兴材料，常用于汽车的减重应用上。该材料相比于传统的玻璃钢材料，有着机械性能平衡性好、耐腐蚀性及环保性好、低温特性好、涂饰性卓越等优点。但这也对PDCPD所用的RIM工艺提出了更高的工艺技术要求。国外在PDCPD工艺上的技术较为成熟，已经在各领域得到了大范围的使用，但在国内PDCPD材料在工程机械应用比较多，在商用车领域应用仍然比较少，尤其是大型覆盖件上的应用，因为遇到的工艺问题较为棘手。对于RIM工艺常见的缺陷[1]（零件飞边、混合不良、接缝与裂痕），前人提出了了相应的改善措施[2]（改善分型面、改善密封结构、改善排气孔）。本文对PDCPD在商用车顶流罩制造过程中所出现的工艺缺陷进行分析，结合前人研究成果，提出了针对性的改善措施和整改流程，有效地降低了顶流罩的废品率，提升了PDCPD的材料利用率与零件成型的稳定性。文章对商用车 PDCPD顶盖设计及制造关键技术作简要论述，旨在为行业提供参考，指导PDCPD在车顶导流罩上的应用。

2 PDCPD应用优势及导流罩工艺缺陷分析

2.1 PDCPD应用优势

为了实现商用车的轻量化，本文选择顶导流罩作为首个试点零件，通过PDCPD顶导流罩结构设计、PDCDP模具开发、样件试装及可靠性试验等，验证采用PDCPD材料RIM工艺的可行性，待工艺成型性稳定后，则可逐步推广PDCPD材料工艺到其他外饰件（如：侧导流罩、侧护裙、顶盖等）上应用。按照QCD原则，PDCPD相比于车顶导流罩现生产的所用的SMC玻璃钢和手糊玻璃钢的优势如表1所示。可以看出，PDCPD在物理性能、成本和工艺生产周期上都有相应的亮点。但是在实际出件中，用PDCPD材料制作的车顶导流罩出现了缺料、飞边和反应不良等现象。

2.2 导流罩工艺缺陷分析

车顶导流罩主要由导流罩本体与骨架1与骨架2组成，如图1所示。本文针对实际生产过程中PDCPD可能出现的成型不稳定的风险，在11套制件（共33件）中选取了有工艺缺陷的零件进行分析，如图2所示，发现了有6个零件在不同程度上出现了BOSS柱缺胶、车顶导流罩骨架边缘打不满和部分边缘出现飞边、困气等现象，废品率达18%。在图2（a）中，用RIM工艺成型车顶导流罩零件的飞边由下往上，厚度逐渐增加，由0.5mm的厚度增加到2.5mm。我们抽取了问题件研究，其中本体怕平均飞边重量0.5kg，占本体净重的10%，内骨架1平均飞边重量为0.5kg，占产品净重50%，内骨架2平均飞边重量约0.3kg，占产品净重43%。可以看出，飞边问题严重影响材料的有效利用率，而且飞边问题主要发生骨架。此外，通过调查发现，零件打不满的现象都是出现在骨架零件上，文章通过骨架模具数模对所产生的工艺缺陷进行了逆向推理。

通过数模结构分析（图3），可以看出，内骨架1和内骨架2出在一个型腔上，骨架1从浇口到零件的末端几乎没有拐角，而骨架2的形状并没有骨架1形状平顺，从进胶位开始，经过了两次拐角，材料才流到零件末端，能量损失大，PDCPD料在没有充满型腔的过程中就已经开始发生了固化，这是骨架2零件打不满的要因。此外，通过测量数模零件壁厚的尺寸发现，整体壁厚为1.5mm，过窄的壁厚导致原料填充困难，增加的流动阻力，这也是导致BOSS柱缺料、骨架填充不满的要因之一。

为了解决零件飞边问题，研究对模具PL面情况、注射压力参数、锁模结构、合模动作分别进行了筛查[3]，最后将工艺缺陷产生的原因定位到溢料槽的设计上。由图2可以看出，溢料槽的密封胶条（零件周围蓝色线条）距离零件的边缘有48mm，距离过远，这导致了飞边的尺寸过大，降低了材料利用率。

3 工艺技术改进与结果

3.1 工艺技术改进

为了保证RIM工艺的成型稳定性，本文对上述工艺缺陷进行了相应的改善。对于骨架2打不满的现象，试验通过改变骨架2进胶路线的长度，将原来410mm的进胶长度改为与骨架1一致的进胶长度（225mm），即把进胶位上提了185mm，并将零件1.5mm的壁厚改为3mm，用两种方法共同达成减少进胶的压力损失的目标，并将原来的进胶位置进行封堵与烧焊；对于骨架零件飞边严重，利用率低的现象，研究将原来离产品48mm的溢料槽改为距离零件10mm，并把两个零件分别应用的两个单独闭环的密封胶条改为一个整体，即如图4中所示的蓝色线条改为红色的线条，防止飞边尺寸过大，也满足零件对溢料槽的最小距离要求。针对BOSS柱缺胶问题，本文通过增加加强筋与将原来BOSS柱的加强筋加宽加厚，以增加排气量，避免困气导致的BOSS柱缺胶。

3.2 改进结果

经过上述改善措施，试验对改善后的模具再次进行打件验证，为了保证一致性，本次验证也打了11套制件（共33个零件），分别检查车顶导流罩、骨架1和骨架2的工艺缺陷情况，与之前18%的废品率相比，本次只在首件因机台参数没到位出现了1个废品，废品率下降到了3%，有了明显的改善，其中之前出现的缺料、飞边、BOSS柱缺胶现象都已不存在，其改善结果如表2所示。

4 总结

本文通过改变溢料槽、密封胶条的位置，优化进胶点位置、改变零件结构等方法，改善了RIM工艺上出现的飞边、打不满、BOSS柱缺胶等工艺缺陷，让PDCPD材料能稳定在顶流罩系统上使用。相对于以前车顶导流罩所使用SMC材料，使用PDCPD材料优化后的车顶导流罩重量为6.6kg，重量减轻了25.8%，同时相比与SMC材料制造的车顶导流罩的工装的投资可以减少50%-70%[4]，为往后PDCPD在其他零件上的应用和应用中出现的工艺缺陷提供了解决的思路，有助于商用车零部件产业转型和新车型的环保、轻量化的再升级。

参考文献：

[1]王华山.塑料注塑成型中的故障与排除.北京：化学工业出版社，2006.

[2]周殿明.注射成型中的故障與排除.北京：化学工业出版社，2007.

[3]龙治帆. 塑料件注塑工艺及缺陷解决方法[J]. 现代制造技术与装备，2017，No.244（03）：138+140.

[4]孙晓林，陈晶，聂琪林等.商用车PDCPD顶盖开发关键技术研究[J].汽车实用技术，2020，45（16）：66-67.