劉金鐵，羅繼剛

（1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院機械工程學(xué)院，武漢 430205； 2.武漢汽車齒輪廠，武漢 430050）

發(fā)動機缸蓋罩殼注塑模調(diào)試對策的分析與應(yīng)用*

劉金鐵1，羅繼剛2

（1.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院機械工程學(xué)院，武漢 430205； 2.武漢汽車齒輪廠，武漢 430050）

為了提高注塑模具修正與調(diào)試效率，擴大調(diào)試工藝方案的使用范圍，結(jié)合工程實際經(jīng)驗建立了層次分析法，使用專用夾具對塑料件的重要尺寸進行測量并分析，縮短了模具的生產(chǎn)周期，強化了注塑模具設(shè)計過程中修正對策的快速響應(yīng)效率。

缸蓋罩殼；注塑模；調(diào)試修正；測量分析

現(xiàn)在越來越多的汽車金屬零部件已經(jīng)逐漸被高性能新型工程塑料替代，這樣不僅降低了汽車零部件和整機的質(zhì)量，也在發(fā)動機的節(jié)能和降低油耗等方面發(fā)揮了較大的作用［1-2］。工程塑料的應(yīng)用使得汽車兼具良好的動力性與燃油經(jīng)濟性，研發(fā)輕質(zhì)高性能的新型材料來代替部分金屬部件已成為實現(xiàn)汽車輕量化的一項重要途徑［3-5］。汽車發(fā)動機缸蓋罩殼包含了凸輪軸相位傳感器、油氣分離器和各種線束的固定裝置，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，若要實現(xiàn)集成設(shè)計，往往需要一些后續(xù)加工才能夠滿足精度的要求，這對鋁制缸蓋罩殼難以實現(xiàn)，然而塑料缸蓋罩殼具備較好的適用性，注塑出來的罩殼無需進行后期的處理和加工，在實現(xiàn)輕量化的同時還降低了生產(chǎn)費用，并滿足了高精度和結(jié)構(gòu)強度要求［6］。注塑模內(nèi)部凹凸不平，塑料件成型的方式多變，所以很難保證注塑模具的制造一次性成功，因此要根據(jù)罩殼的技術(shù)要求對注塑模進行修正和調(diào)試［7-8］。以科學(xué)合理的調(diào)試方案來提高模具的成型質(zhì)量成為了塑料件成型之前的核心工作，許多工程設(shè)計和研究人員都有著豐富的經(jīng)驗，但缺乏統(tǒng)一的調(diào)試和修正標(biāo)準(zhǔn)。為加強調(diào)試工藝方案的使用范圍，結(jié)合工程實際經(jīng)驗，特建立了層次分析調(diào)試法，并對汽車發(fā)動機缸蓋罩殼典型部位進行了測量調(diào)試分析，以期在模具優(yōu)化設(shè)計的過程中根據(jù)特定的情況快速建立調(diào)試的響應(yīng)對策。

1　塑料缸蓋罩殼實體

缸蓋罩殼是汽車發(fā)動機上的重要零部件，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它需要承受發(fā)動機在運行過程中的惡劣環(huán)境條件。塑料缸蓋罩殼集成了油霧分離裝置和曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)，需要具有良好的密封性和可制造性。由于汽車發(fā)動機缸蓋罩殼是一種結(jié)構(gòu)較大的塑料件，并且有許多的大平面，而這種大平面是有效的噪聲輻射源，因此在設(shè)計時需要避免此缺點。塑料缸蓋罩殼選用尼龍（PA）66/玻璃纖維（GF）復(fù)合材料，該復(fù)合材料優(yōu)異的耐熱性和力學(xué)性能有利于承受較大載荷，其性能在190℃環(huán)境中可保持長期穩(wěn)定，而且在復(fù)合材料熱老化后仍具有高壽命周期，這些特點使該復(fù)合材料可以很好地適應(yīng)發(fā)動機周圍高溫、振動、高負(fù)荷的嚴(yán)苛工作環(huán)境。根據(jù)汽車發(fā)動機缸蓋罩殼的使用環(huán)境和工況要求，結(jié)合發(fā)動機缸蓋罩殼苛刻的公差標(biāo)準(zhǔn)，塑料件外形圖如圖1所示。長475.9 mm，寬242.6 mm，高89.4 mm，塑料件的體積為792 cm3，屬于長形件。塑料件中間有個火花塞孔，位置度要求為0.5 mm，罩殼周圈和中間4個火花塞孔排布密封圈槽，密封圈槽輪廓度要求1.0 mm，同時平面度要求裝夾狀態(tài)時在0.5 mm以內(nèi)，塑料件的周圈和中間還排布15個螺栓孔，螺栓孔的位置要求1.0 mm以內(nèi)。為了進一步降低罩殼質(zhì)量，降低原材料成本，結(jié)構(gòu)主體采用2 mm壁厚設(shè)計。

圖1　塑料缸蓋罩殼

2　注塑模調(diào)試方案與缺陷位置層次分析

模具在設(shè)計與加工時可能會存在誤差，這樣就會導(dǎo)致注塑模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理以及存在缺陷等問題，所以提高模具的生產(chǎn)能力和適應(yīng)能力必須要經(jīng)過試模這一環(huán)節(jié)，試?？梢愿鶕?jù)罩殼的質(zhì)量找出模具存在的問題并修正模具和優(yōu)化模具［9］。由于汽車發(fā)動機缸蓋罩殼注塑模零部件繁多，型腔尺寸多變，所以可以將模具調(diào)試的工藝方案分解成：調(diào)試問題、誤差原因、調(diào)試方法和輔助方式。調(diào)試問題需要在試模結(jié)束后對模具或塑料件缺陷位置進行標(biāo)定，并闡述問題的重要性等，此時也可以在模具圖紙上對工藝位置進行標(biāo)明敘述；誤差原因的記載為進一步的解決問題提供了可能性；解決方法的內(nèi)容包括針對具體零部件的工藝方法和調(diào)試參數(shù)；輔助信息的內(nèi)容包含模具的幾何結(jié)構(gòu)和公差級數(shù)等對調(diào)試方案的影響因素［10-11］。根據(jù)方案特征層的表述內(nèi)容，可以將這4大要素更加具體化，這樣有利于調(diào)試方案的規(guī)范化，提高工作的響應(yīng)效率，如圖2所示模具調(diào)試方案層次分析。

在調(diào)試的過程中除了要注意調(diào)試的方案以外，還需要對實際生產(chǎn)過程中存在的問題進行工況分析。為了更加精準(zhǔn)的進行點對點的調(diào)試工作，筆者根據(jù)注塑模具的實際使用情況進行了數(shù)理統(tǒng)計，并根據(jù)修模難易程度將問題進行了分類。圖3為注塑模具問題分層。對存在問題的分類，在第一層中塑料件的位置和流道的位置成為分析的主要工作，其次就是隨著具體的成型方案進行展開。如果缺陷位置在試模的塑料件上，排除表面位置的缺陷后對特定位置進行考慮，進一步對紋路處、動作位、特征位置等進行判別，最后再判斷缺陷出現(xiàn)的詳細(xì)部位，如螺紋位、孔位、柱位等，這樣隨著判別記載層次的深人，問題位置特征就被明確描述了，使得解決方法的針對性更強、效率更高。以此類推，工程人員和研究人員的修模任務(wù)可以按照此規(guī)則進行分析研究。

圖2　模具調(diào)試方案層次分析

圖3　注塑模具問題分層

3　塑料缸蓋罩殼尺寸測量夾具

汽車發(fā)動機缸蓋罩殼的塑料件是一個多維的幾何結(jié)構(gòu)件，必須使用專門的工裝夾具才能完成測量工作，圖4為缸蓋檢測夾具。檢測復(fù)雜工件的專用夾具主要包括基座、支撐機構(gòu)、限位機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)、測量機構(gòu)以及其它輔助機構(gòu)。該夾具的主要功能就是能夠?qū)?fù)雜幾何結(jié)構(gòu)件進行幾何測量，但在工程應(yīng)用中除了發(fā)揮它的測量作用以外，更大的是能夠?qū)y得的數(shù)據(jù)進行分析，從而對模具的成型部件進行優(yōu)化和改進。因為被測量件幾何復(fù)雜，所以夾具的測量精度必須要保證，測量汽車零件的量具和夾具誤差都需要控制在15%以內(nèi)，只有這樣才能更加精確地完成對模具的修復(fù)工作。

圖4　缸蓋檢測夾具

為了滿足設(shè)計需求，該汽車缸蓋的夾具有如下幾個特點：該檢測夾具與一般的量具使用沒有太大差別，工程人員通過便攜式檢測裝置就可以精確地完成對缸蓋的測量工作；該夾具設(shè)計全面，能夠滿足工程應(yīng)用，并能夠?qū)Ω咨w內(nèi)部的任何孔洞和曲面位置進行測量，并不造成對罩殼的損傷；能夠完成零件與夾具之間的合理性配合，在不影響測量結(jié)果的前提下完成配合與裝夾，圖5示出罩殼壓緊狀態(tài)的測量夾具。

圖5　罩殼壓緊狀態(tài)的測量夾具

4　塑料缸蓋罩殼典型部位修正與調(diào)試

由于模具的偏差可能會導(dǎo)致制品產(chǎn)生不同類型的凹凸邊、特別是有的地方產(chǎn)生氣泡，更嚴(yán)重的是產(chǎn)生尺寸的變化，這些缺陷主要還是與模具的設(shè)計有關(guān)，也有可能受工程人員的操作技術(shù)和環(huán)境條件所限制。在注塑的過程中，模具的精度一次難以達(dá)到，可能會存在各種各樣的缺陷，所以在試模后一般都會根據(jù)制品的偏差對模具的關(guān)鍵位置或者是關(guān)鍵點進行加工修正，從而滿足產(chǎn)品的設(shè)計要求［12-14］。應(yīng)用模具調(diào)試方案層次法對模具缺陷和問題部位進行分析并做好記錄，根據(jù)測量結(jié)果找出特征位置后調(diào)試修正。

4.1孔位置度測量與分析

螺紋副連接是汽車、內(nèi)燃機、壓縮機等眾多機械行業(yè)裝配作業(yè)所廣泛采用的一種方法，為確保裝配的質(zhì)量，必須對螺紋孔位置度和平面度進行控制［15］。圖6為塑料缸蓋罩殼內(nèi)螺紋孔和火花塞孔的位置分布圖。編號1～15為塑料缸蓋罩殼上用于鎖緊的螺紋孔，SP1～SP4為火花塞孔，根據(jù)工藝要求，螺紋孔的位置要求在1.0 mm以內(nèi)，火花塞孔位置要求在0.5 mm以內(nèi)。由于塑料件上螺紋孔較多，所以選擇了較為典型的幾種誤差情況，圖7為部分標(biāo)記孔的位置偏差分析，圖中還顯示了各測量孔測量值與基準(zhǔn)的相對偏差，其中菱形表示塑料件在自由狀態(tài)下的測量結(jié)果，方框表示在裝夾狀態(tài)下的測量結(jié)果，圓點表示基準(zhǔn)孔。對每一位置進行兩次測量，結(jié)果取平均值，孔1需要向Y軸方向移動0.5 mm；孔2需要向X軸方向移動0.3 mm；孔6需要向X軸方向移動0.4 mm、向Y軸方向移動0.5 mm；孔13位置尺寸無需調(diào)試。圖8為火花塞孔的SP1號孔、SP2號孔、SP3號孔、SP4號孔的偏差均在允許范圍之內(nèi)，其余孔位皆須要進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

圖6　螺紋安裝孔的位置

圖7　部分螺紋孔位置分析

解決塑料成型性能與缺陷中的尺寸穩(wěn)定性問題主要方法是對保壓壓力、注射時間、熔體溫度、保壓時間和模具溫度的工藝參數(shù)進行調(diào)整。根據(jù)模具調(diào)試方案層次分析法，將孔位置度的測量結(jié)果進行誤差分析，依次考慮供料量→模具溫度→注射時間→注塑壓力→物料溫度→注射速度→澆道與澆口的尺寸，最后對解決缺陷的方法進行總結(jié)，缺陷的原因是罩殼在模具中的冷卻時間不長，需要在不影響成本的情況下增加冷卻時間。

圖8　火花塞孔的位置分析

4.2平面度測量與分析

塑料缸蓋罩殼端面關(guān)鍵位置的平面度關(guān)系到安裝的密封性，而罩殼在自由狀態(tài)下的平面度和裝機模擬狀態(tài)的平面度是不同的，為更加契合實際工況和安裝工藝，筆者對試模得到的塑料缸蓋罩殼進行了兩種工況下的平面度分析，圖9為缸蓋罩殼平面度上監(jiān)測點分布情況。表1為以1，13，21作為基準(zhǔn)點全體平面度位移偏差數(shù)據(jù)，技術(shù)要求兩種狀態(tài)下的全體平面度均在1.0 mm以內(nèi)，數(shù)據(jù)表明全體平面度滿足要求。

圖9　平面度測量點

表2為以1，13，21，33作為基準(zhǔn)點各邊平面度位移偏差數(shù)據(jù)，技術(shù)要求長邊平面度在1.0 mm以內(nèi)，短邊平面度在0.7 mm以內(nèi)。將檢測數(shù)據(jù)分為4段，第1段為1號檢測點至13號檢測點內(nèi)的長邊平面度，偏差最大時為0.8 mm；第2段為13號檢測點至21號檢測點內(nèi)的短邊平面度數(shù)據(jù)，可以看出塑料件在裝夾狀態(tài)下的偏差與自由狀態(tài)下的偏差明顯不同，但仍在偏差允許范圍內(nèi)；第3段為21號檢測點至33號檢測點內(nèi)的長邊平面度數(shù)據(jù)，雖然檢測點分布與對邊對稱，但偏差波動更??；第4段為33號檢測點至40號檢測點內(nèi)的短邊平面度數(shù)據(jù)，偏差在允許范圍內(nèi)。

表1　全體平面度位移偏差數(shù)據(jù)（基準(zhǔn)點為1，13，21）

表2　各邊平面度位移偏差數(shù)據(jù)（基準(zhǔn)點為1，13，21，33）

5　結(jié)論

以汽車發(fā)動機塑料缸蓋罩殼試模制件為例，針對注塑模具在開發(fā)過程中的調(diào)試修正這一重要環(huán)節(jié)，提出使用科學(xué)合理的調(diào)試方案來提高模具的成型質(zhì)量，形成模具開發(fā)過程中的統(tǒng)一調(diào)試和修正標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合生產(chǎn)實際通過建立層次分析法，設(shè)計專用夾具對汽車發(fā)動機塑料缸蓋罩殼的典型部位的位置度和平面度進行測量與分析，根據(jù)罩殼的幾何誤差對模具成型工藝參數(shù)調(diào)試，強調(diào)在模具優(yōu)化設(shè)計的過程中根據(jù)特定的情況快速建立調(diào)試的響應(yīng)對策，總結(jié)調(diào)試經(jīng)驗，形成一套適用性較廣與針對性較強的調(diào)試工藝方法，減少勞動強度，提高生產(chǎn)效率。

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超低密度聚乙烯專用料指標(biāo)在國內(nèi)同行業(yè)樹立新標(biāo)桿

2016年8月24日，52 t TJVL-084Z超低密度聚乙烯專用料在天津石化12萬t/a聚乙烯裝置成功下線。該產(chǎn)品以熔體流動速率（MFR）為3.5～4.4 g/10 min、密度小于0.91 g /cm3的指標(biāo)在國內(nèi)同行業(yè)樹立起新標(biāo)桿。

烯烴部副經(jīng)理吳文清介紹，這是目前國內(nèi)低溫柔軟性最好的產(chǎn)品，完全能滿足下游企業(yè)增韌、摻混的需求。

超低密度聚乙烯產(chǎn)品主要應(yīng)用于改性聚丙烯性能領(lǐng)域，并在汽車保險杠、儀表盤等方面有廣闊的應(yīng)用前景，而受技術(shù)能力限制，國內(nèi)大多依賴進口，且每噸售價高出通用料近1 000元。

天津石化烯烴部充分發(fā)揮自身技術(shù)優(yōu)勢，在超低密度聚乙烯產(chǎn)品研發(fā)方面大膽嘗試。近2年，先后成功開發(fā)生產(chǎn)出TJVL-1210，TJVL-0505兩種新產(chǎn)品。為滿足下游用戶提出的提高產(chǎn)品MFR指標(biāo)的新要求，他們再次挑戰(zhàn)更高難度，著手高MFR、超低密度聚乙烯新產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)。

與此前生產(chǎn)的兩個超低密度聚乙烯產(chǎn)品相比，新產(chǎn)品MFR從1.0 g/10 min提高到3.5 g/10 min，峰值最高達(dá)4.4 g/10 min.由于產(chǎn)品黏度高，聚合過程中極易產(chǎn)生結(jié)塊，對工藝控制要求極為苛刻。在前期周密準(zhǔn)備下，天津石化聚乙烯裝置試產(chǎn)過程中切換順暢、各系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

超低密度聚乙烯新產(chǎn)品TJVL-084Z試產(chǎn)成功，加快了天津石化超低密度產(chǎn)品系列化、高端化步伐，標(biāo)志國內(nèi)線型聚乙烯生產(chǎn)加工技術(shù)水平邁上新臺階。

（工程塑料網(wǎng)）

Analysis and Application of Engine Cylinder Head Cover Injection Mould Debugging Strategy

Liu Jintie1， Luo Jigang2
（1. Wuhan Vocational College of Software and Engineering， School of Mechanical Engineering， Wuhan 430205， China； 2. Wuhan Automobile Gear Factory， Wuhan 430050， China）

In order to improve the efficiency of injection mould modification and debugging，and expand the scope of application of the debugging technology scheme，the analytic hierarchy process method is established which combine with the practical engineering experience，the important dimension of plastic parts are measured and analyzed by special fixture，the mould production cycle is shorten and the correct countermeasure quick response efficiency of injection mold design is strengthened.

cylinder head cover；injection mould；debugging correction；measurement and analysis

TG76

A

1001-3539（2016）10-0081-05

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.10.017

*武漢市市屬高等學(xué)校教學(xué)研究項目（2015032）

聯(lián)系人：劉金鐵，工程師，從事注塑模具設(shè)計與開發(fā)研究工作

2016-07-27