石 鑫,楊洪濤,倪驍驊,翟豪瑞,吳 松

(1. 安徽理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 安徽淮南 232001；2. 鹽城工學(xué)院 汽車工程學(xué)院， 江蘇鹽城 224501)

0 前言

汽車儀表盤后蓋件是一種具有美觀性的，需要承載汽車各種電子顯示器安裝的外飾件，在加工工程中工藝難度較大[1]。由于在使用過程中該產(chǎn)品暴露在陽光下的時(shí)間長，也會(huì)被用來擺放香水或者尖銳物，因此，不僅要注重該產(chǎn)品的裝飾性，還更應(yīng)注重其耐劃傷性、耐腐蝕性、抗氧化性和外觀光澤度等問題。

1 產(chǎn)品模型

某汽車儀表盤后蓋件產(chǎn)品模型見圖1，產(chǎn)品尺寸為292.317 mm×126.380 mm×31.468 mm，塑件的平均肉厚為2.5 mm，單一模穴體積為197.253 cm3。

(a) 產(chǎn)品尺寸

(b) 肉厚分布

該塑件成型采用的是一模兩穴的模具設(shè)計(jì)，可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。塑件選取的是聚丙烯(PP)材料，其中添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的滑石粉(礦物質(zhì))，彌補(bǔ)PP材料自身低光澤度、低剛性等缺陷。共聚物PP材料的熱變形溫度偏低，抗沖擊強(qiáng)度會(huì)隨著丙烯含量的增大而增大[2]?；谟邢拊Ａ鞣治黾夹g(shù)，在產(chǎn)品出現(xiàn)問題之前可以進(jìn)行預(yù)判，科盛公司的Moldex模流分析軟件可以為模流分析的準(zhǔn)確性提供可靠的分析支持[3]。

2 初始設(shè)計(jì)

2.1 初始澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

初始澆注系統(tǒng)采用的是一模兩穴的模具設(shè)計(jì)，由于塑件本身體積與流道尺寸所生產(chǎn)的網(wǎng)格數(shù)量過大，分析時(shí)間較長，對(duì)電腦配置要求高，由于是對(duì)稱模穴，為了節(jié)省分析時(shí)間，對(duì)單一模穴進(jìn)行分析處理[4]。該儀表盤后蓋形狀外形呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此選定的澆口位置也需要做到對(duì)稱結(jié)構(gòu)，該塑件肉厚均勻，為薄壁塑件，所以采用四澆口側(cè)進(jìn)澆方式(見圖2)。該進(jìn)澆方式是冷流道澆注，澆口數(shù)量多，可以減少充填時(shí)間，使保壓壓力分布均勻且保壓時(shí)間短，表面不會(huì)有明顯的脫模澆口痕跡，可以保證塑件的外觀色澤。

2.2 初始分析結(jié)果

四澆口側(cè)進(jìn)澆方的充填結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出:(1)充填體積分?jǐn)?shù)至35%時(shí)，塑件X軸方向的中間位置兩股熔膠匯合形成X方向上的縫合線；(2)充填體積分?jǐn)?shù)至50%時(shí)，X軸方向上的兩股熔膠已經(jīng)匯合結(jié)束，沿Y軸方向流動(dòng)；(3)充填體積分?jǐn)?shù)至75%時(shí)，沿Y軸方向的兩股溶膠剛開始匯合形成Y軸方向上的縫合線；(4)充填完畢后，充填末端處應(yīng)注意排氣，以免有氣穴產(chǎn)生。

圖2 四澆口側(cè)進(jìn)澆

(a) 充填35%(b) 充填50%

(c) 充填75%(d) 充填100%

圖3充填結(jié)果

圖4為充填結(jié)果中縫合線分布。

圖4 縫合線

由圖4可以看出：縫合線的位置分布于X、Y軸方向呈“田”字狀分布且長度長，其產(chǎn)生的原因是由于較多的澆口導(dǎo)致的，因此需要減少澆口數(shù)目?？p合線對(duì)于產(chǎn)品的外觀和硬度有著非常大的影響，容易造成產(chǎn)品外觀上有“線”狀分布且不夠美觀，在安裝過程中縫合線處易發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。

圖5為翹曲變形圖[5]，其中，正負(fù)值代表翹曲變形所趨方向。根據(jù)色桿數(shù)值可知，在X方向、Y方向上翹曲變形量較大：在圖5(a)中，色桿顯示X方向上數(shù)值為-1.065～+1.057 mm；在圖5(b)中，色桿顯示Y方向數(shù)值為-0.773～+0.777 mm；造成的總翹曲數(shù)值為-0.210～+1.126 mm。造成翹曲變形的原因可能是由于不均勻收縮或者是流動(dòng)導(dǎo)致的殘留應(yīng)力，所以對(duì)于其主要造成翹曲變形的因素還不確定，需要再次對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。

(a) X方向翹曲(b) Y方向翹曲

(c) Z方向翹曲(d) 總翹曲

圖5翹曲變形

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

此次優(yōu)化設(shè)計(jì)將澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)成熱流道[6]單澆口進(jìn)澆方式，位置選擇偏于塑件的中心附近(見圖6)。

圖6 熱流道單澆口進(jìn)澆

同樣是一模兩穴設(shè)計(jì)對(duì)其單一模穴進(jìn)行分析，由于熱流道的特殊性，其流道中的塑膠一直處在熔融狀態(tài)，澆口直徑可以偏大一些以便于塑膠更容易進(jìn)入模腔，確保其可以短時(shí)間內(nèi)充滿模腔，減少產(chǎn)品的成型周期。

3.2 優(yōu)化分析結(jié)果

由圖7充填結(jié)果可以看出：相比于四澆口側(cè)進(jìn)澆方式，單澆口中并沒有熔膠的匯合，冷流道系統(tǒng)中單澆口進(jìn)澆會(huì)因?yàn)樽⑺軌毫Σ蛔銓?dǎo)致其流動(dòng)遲滯或者短射現(xiàn)象，而熱流道系統(tǒng)中進(jìn)澆面處壓力與澆口壓力幾乎沒有壓力損失，其注射壓力得以保證。

(a) 充填25%(b) 充填50%

(c) 充填75%(d) 充填100%

圖7充填結(jié)果

由圖8縫合線可以看出：四澆口側(cè)進(jìn)澆方式產(chǎn)生的縫合線較長且較多，單澆口進(jìn)澆方式產(chǎn)生的縫合線明顯減少，且大部分的縫合線產(chǎn)生在孔處，原因是孔分割溶膠造成的。由于該產(chǎn)品的孔大部分為通風(fēng)孔且面積均不大，所以形成的縫合線長度較短，對(duì)于塑件的強(qiáng)度、質(zhì)量等影響不大。

(a) 四澆口側(cè)進(jìn)澆(b) 單澆口進(jìn)澆

圖8縫合線

將翹曲變形數(shù)值大的X方向和Y方向進(jìn)行對(duì)比(見圖9，其中左圖代表四澆口側(cè)進(jìn)澆，右圖代表單澆口進(jìn)澆)，可以看出：四澆口側(cè)進(jìn)澆方式X方向翹曲數(shù)值為-1.065～1.057 mm，單澆口進(jìn)澆方式數(shù)值為-1.171～1.207 mm；四澆口側(cè)進(jìn)澆方式Y(jié)方向翹曲數(shù)值為-0.773～0.777 mm，單澆口進(jìn)澆方式Y(jié)方向翹曲數(shù)值-0.857～0.845 mm，四澆口側(cè)進(jìn)澆方式總翹曲數(shù)值為-0.210～1.126 mm，單澆口進(jìn)澆方式總翹曲數(shù)值為0.005～1.219 mm，并沒有得到很明顯的改善，翹曲量的數(shù)值相近。

綜上所述，影響該塑件翹曲變形的原因是由于溫度差異導(dǎo)致模腔內(nèi)塑膠不均勻收縮，并不是流動(dòng)中殘留應(yīng)力所致。對(duì)于不均勻收縮導(dǎo)致的翹曲變形，可以通過一些工藝手段進(jìn)行改善，但是效果并不明顯，同時(shí)還無形中增加了生產(chǎn)成本。

將上述各個(gè)條件歸納進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見表1。

4 模具圖

熱流道單澆口較于冷流道四澆口側(cè)進(jìn)澆能更好地解決塑件所產(chǎn)生的問題，模具圖設(shè)計(jì)見圖10。

表1 對(duì)比分析表

1-頂板；2-熱流道板；3-定模板；4-型腔；5-型芯；6-動(dòng)模座板；7-熱流道；8-模仁固定板；9-噴嘴；10-推板；11-動(dòng)模板

圖10模具圖

5 結(jié)語

兩種不同的進(jìn)澆系統(tǒng)對(duì)于充填結(jié)果均無短射和流動(dòng)遲滯現(xiàn)象；四澆口側(cè)進(jìn)澆的縫合線明顯多于單澆口進(jìn)澆,且長度長，容易造成塑件剛度等質(zhì)量問題；翹曲變形上兩種進(jìn)澆系統(tǒng)沒有明顯的差異，導(dǎo)致翹曲變形的主要因素是塑膠在塑件內(nèi)的不均勻收縮。

基于計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)分析，可以在試模之前對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生問題進(jìn)行模擬分析，并對(duì)其產(chǎn)生的問題進(jìn)行優(yōu)化，降低產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的不合格率，避免不必要的浪費(fèi)，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高收益。