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探析汽车门内板注塑模具设计

时间:2020-01-08 来源:内燃机与配件 作者:谢江怀 本文字数:3812字

  摘要:随着国家经济和科技的飞速发展,我国在汽车制造工程上已经取得了长足进步,并且汽车门内板制作技术仍然在持续的发展之中。只有门内板的质量得到保证,消费者的汽车才能安全、高效地运行。在汽车门内板制作过程中,注塑工艺技术及其模具设计是考验门内板整体质量的重要部分,对于汽车的安全性能有着重要影响。因此,做好汽车门内板注塑工艺技术及模具设计对于汽车门内板质量控制至关重要。基于此,本文从汽车门内板制作工艺着手,首先阐述了汽车门内板注塑工艺及其特点,随后简要分析了优化汽车门内板注塑工艺的有效策略,最后笔者探析了汽车门内板注塑模具设计。以此来供相关人士交流参考。

  关键词:汽车; 门内板; 注塑工艺; 模具设计;

  0 引言

  纵观近些年来我国汽车制造工程的发展,在汽车门内板制作工艺技术上已经初步成熟,基本能够满足当前阶段各类汽车制造工程的汽车质量要求。我国的汽车行业近些年来也依托着经济和科技逐渐繁荣起来,加上国民用车需求不断上升,带动着汽车塑料制品的生产量大大增加。日益上升的汽车塑料制品应用需求也为汽车门内板的注塑工艺给出了发展契机。当前阶段我国汽车行业对于汽车门内板的注塑工艺还有待优化。从长远来看,我国的汽车门内板质量要想登上一个新的台阶,在注塑工艺技术及模具设计上必须大下工夫,不断提高汽车门内板的质量,从而保证汽车质量及其安全性能的提高。

汽车门内板注塑

  1 汽车门内板注塑工艺及其特点

  汽车门内板是保证汽车外部安全性能的重要部件,对于汽车的安全运行有着至关重要的作用。汽车门内板采用塑料进行加工,比重轻、工艺性能好,而且可设计性较强,拥有较高的耐腐蚀抗力。注塑工艺是汽车零部件加工制造过程中比较常用的成型工艺,注塑成型是在一定的温度条件下,通过将塑料粒子放入上料机进行螺旋搅拌,塑料粒子与机器的螺杆接触在受力和机械剪切力的作用下被塑化,完全熔融,从而得到成型品[1].当前阶段,我国汽车门内板注塑工艺和加工制造程序已经相对比较完善,但还有优化的空间。

  2 优化汽车门内板注塑工艺的有效策略

  2.1 通过正交试验法优化注塑工艺

  汽车门内板的模具设计和加工制造过程中,产品材料、结构设计、模具方案确定之后,要想更大程度地提高汽车门内板产品的质量和安全系数,对于汽车门内板注塑工艺必须进行优化。正交试验法能够处理汽车门内板塑料制件产生翘曲变形和收缩质量缺陷等问题,能够更加精确把握塑料制件的尺寸和精度。

  通过正交试验法来优化汽车门内板注塑工艺,应当根据实际生产过程中的经验,将模具温度、熔体温度、冷却时间、保压时间以及保压压力五个因素作为正交试验的分析参数,可以利用Moldflow软件对塑料制件的填充、保压、冷却以及翘曲过程进行详细分析,通过正交表的因素组合来进行科学模拟,从而对汽车门内板五个工艺参数对其质量影响进行极差分析、方差分析。在多次正交试验之后,汇总、分析数据结果,可以得到汽车门内板质量影响因素中模具温度和保压时间对于产品的翘曲变形问题作用最为显著,熔体温度和保压压力对于产品的体积收缩率影响最为显著。

  2.2 通过多目标灰色关联分析法优化注塑工艺

  通过正交试验法优化汽车门内板的注塑工艺,分析正交试验结果,对于塑料制件不同方向的优化目标,实验结果受到多种因素水平的影响。正交试验法优化分析确定的塑料制件的工艺组合,汽车门内板最小翘曲值下体积收缩率较大,最优体积收缩率下汽车门内板产品翘曲变形严重,二者难以兼顾。因此,通过多目标灰色关联分析法来优化汽车门内板注塑工艺,能够良好处理塑料制件多目标优化问题。多目标灰色关联分析法能够实现多目标问题归一化,从而提高汽车门内板注塑工艺的整体提高。

  利用灰色系统的多目标灰色关联分析法来进行工艺优化试验,需要对于汽车门内板工艺参数参考序列进行灰色关联度计算[2].设定系统特征行为x0,其相关的因素水平数量为m,序列中因素数量为n,可以对汽车门内板产品进行翘曲量和体积收缩率对应各序列的初值像xi′进行计算,然后利用灰色关联度理论计算灰色关联度y(x0,xi),最后对多目标灰色关联度进行极差和方差分析,可以计算不同因素下灰色关联度均值。将多目标灰色关联分析法和正交试验法相结合,能够更好地对汽车门内板注塑工艺进行优化。

  2.3 通过二阶响应面设计法优化注塑工艺

  通过二阶响应面设计法来优化汽车门内板的注塑工艺,首先要建立相应的二阶响应面模型,及对于优化目标塑料制件翘曲变形量和顶出时体积收缩率建立二阶响应面模型,然后针对模型进行方差分析和显著性检验。通过等值线图叠加最优解可以得到汽车门内板翘曲变形量和顶出时体积收缩率的最佳参数组合,从而优化汽车门内板注塑工艺[3].

  3 汽车门内板注塑模具设计探析

  3.1 科学设计注塑模

  汽车门内板注塑模具设计过程中,影响模具设计的因素有很多,其中主要影响因素是塑件结构和注塑机类型。对于注塑模进行结构分析,其主要可以分为成型零件、滑块、浇注系统、冷却系统、抽芯结构和顶出系统等。汽车门内板注塑模具的塑料粒子的加热和塑化过程需要利用高温桶来进行,模具和合成之后需要在型腔内注入塑料粒子加工后得到的熔体材料,然后结合生产加工过程中应用到的具体材料来合理选择工艺条件。注塑模的成型部分包括公模、母模以及镶件,这因素相互影响,共同决定汽车门内板塑料制件的塑件尺寸和结构特征。一般情况下,汽车门内板塑料制件的产品内表面由公模来决定,而产品外表面由母模来决定,因此,在科学设计注塑模的过程中,应当采取一模一腔的布置方式。汽车门内板注塑模具适应性较强,产生效率高。

  3.2 合理选择注塑机

  汽车门内板注塑工艺的加工用到的最重要的设备是注塑机,因此,在优化汽车门内板注塑工艺及其模具设计过程中,合理选择注塑机至关重要。注塑机是将加工原料注入模具来加工成各种需要的塑料制件。注塑机的主要结构包括注射、合模、液压以及电气系统等部分。根据合模结构的特征大致可以分为四种主要类型:

  (1)机械式。机械式是相对比较早期的合模结构形式,通过机械传动来提供合模力。

  (2)液压式。液压式比较常应用在大中型的注塑机中,其通过气压油缸来提供合模力,调节压力和移模速度相对比较方便。

  (3)机械液压式。机械液压式是结合机械式和液压式合模结构的优势而产生的,其运行原理是通过液压缸来提供初始动力,然后机械传动调节到稳定状态。

  (4)电动式。电动式是科技发展过程中的新兴产物,与前三类合模结构形式相比精度更高,机械噪音和投入成本大大降低,相对来说技术水平上升到了更高的层次,对于精密注塑件更加的生产加工更加适用,其是通过交流电来伺服电动机来提供动力。

  3.3 设计门内板模具浇注系统

  汽车门内板的注塑工艺技术的提高及其模具设计过程中,浇注系统的设计对于加工工艺的影响也是十分重要的[4].门内板模具浇注系统有主流道和热流道,流道的形式对于门内板塑料制件的质量影响深远。除此之外,汽车门内板模具的浇注过程中,充填过程、保压过程与塑料制件的质量也有密切关系。因此,在设计门内板模具浇注系统的过程中,对于汽车门内板的塑料制件尺寸和结构必须进行科学合理的考量,结合汽车门内板产品的不同生产加工需求来确定浇注系统的适宜流道类型和布局方式。

  在浇筑系统实际方案设计时,主要所需考量因素包括以下几个方面:

  (1)浇口。浇口作为浇注系统流道与型腔的连接结构,半圆形、圆形、矩形以及梯形等不同种类的截面选择应当根据实际生产加工需求而定。由于汽车门内板塑料制件模具加工成型后需要与浇口进行分离,浇注系统的浇口尺寸和截面形状对于塑料制件表面质量具有重要影响。

  (2)流道。汽车门内板模具浇筑系统的流道形式一般采用热流道,热流道能够提高生产效率和产品质量。根据实际塑料制件加工生产过程中的需求,热流道附近还可以选择附加冷流道。

  3.4 设计门内板模具抽芯结构和顶出系统

  汽车门内板的注塑工艺优化及其模具设计过程中,要想得到质量上乘的塑料制件产品,必须设计合理的模具抽芯结构和顶出系统。抽芯结构决定塑料制件整体的开模方向。顶出系统主要由顶出单元、复位单元以及导向单元结构组成。设计门内板模具顶出系统时,顶出单元要保证塑料制件的外观质量,防止产品出现变形或者拉伤问题,顶出复位单元要提高模具之间的配合精度,保证顶出系统在工作过程中能够准确复位。除此之外,顶出系统的设计需要考量产品在模具中成型时产生的各种状况,满足产品生产加工过程中的质量要求。

  4 结束语

  综上所述,在汽车制造工程中,汽车门内板的注塑工艺技术的提高及其模具设计是汽车门内板质量控制的重中之重。门内板注塑工艺及其模具设计质量的好坏对于汽车的运行安全与否影响深远。为了做好汽车门内板质量控制,一方面,对于汽车门内板的注塑工艺要积极通过各种先进技术进行优化,另一方面,在汽车门内板注塑模具设计上应当确保科学性、合理性,以提高汽车门内板产品的生产质量。除此之外,汽车门内板生产制造相关技术人员要加强产品制作工艺的提升,为汽车的安全性能提供强有力的保障。

  参考文献
  [1]刘晓晶,陈晓桐,张晓华,等。铝合金车门内板成形工艺数值模拟及模具设计[J].哈尔滨理工大学学报,2018,23(04):122-125.
  [2]洪慎章。汽车车门把手臂注塑工艺及模具设计[J].橡塑技术与装备,2019,45(08):44-46.
  [3]王海玲,陈世涛,崔礼春。汽车车门内板冲压工艺方案及修边整形模设计[J].锻压技术,2019,44(01):98-103,123.
  [4]伍家梅。基于CAE技术的汽车内饰板成型工艺分析与模具设计[J].塑料工业,2018,46(07):77-80.

    谢江怀.汽车门内板注塑工艺优化与模具设计[J].内燃机与配件,2019(22):73-74.
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