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富恒汽车注塑件典型缺陷分析

2016-08-06 admin

随着汽车工业的快速发展,汽车中塑料部件的使用变得更加普遍。从保险杠,裙子和挡泥板等外部零件到仪表板,门板和支柱等内饰零件,再到发动机周边零件,如前端框架,盖板和进气歧管,塑料随处可见。据有关资料显示,在德国,美国和日本等发达国家,每辆车的平均塑料消耗量已达到汽车本身重量的10%-15%。汽车塑料部件的应用在减轻车辆重量,燃料经济性,环境保护和再循环方面具有显着优势。大多数汽车塑料部件都是注塑成型的,成型周期短,生产效率高,制造成本低。然而,注塑可能产生更多缺陷,例如虎皮,表面复制不良,凹痕,焊缝和翘曲,这些是汽车注塑件的常见缺陷。这些缺陷不仅与材料有关,而且与结构设计有关。模具设计和成型工艺与它有很大关系。

1虎皮纹

虎纹图案经常出现在大型汽车注塑件上,如保险杠,仪表板,门板和立柱。它们是波浪状条纹的表面缺陷。条纹垂直于熔体流动方向并在工件表面上形成。光泽的不同印记看起来像虎皮上的图案,通常称为虎皮,如图1所示。

图1汽车仪表板上的虎皮图案

虎皮纹易于在壁厚薄,流量大的部件上生产。它具有以下特点:(1)在注塑件表面周期性出现交替的细条纹和深条纹; (2)条纹基本垂直于熔体(3)条纹分为亮区和暗区,亮区光泽高,暗区光泽差; (4)如果部件的外观是明亮区域,则背面是暗区,两个交替出现,如图2所示。

图2虎皮纹的特征

材料中增韧系统越多,虎皮纹就越有可能出现[1]。在注塑过程中,增韧体系经受拉伸和剪切,导致轻微变形,导致熔体不稳定的流动,导致虎皮的形成。在虎皮中很少见到韧性差的材料,例如增强材料,非增韧尼龙和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。汽车注塑件中使用的PP材料需要具有高抗冲击性,并且需要添加易于产生虎皮缺陷的增韧组分,例如弹性体。

部件的壁厚越薄,或者填充流动距离越远,流动长度比越大,并且在填充过程中熔体越容易流动,因此更可能产生虎皮。适当增加部件的壁厚或缩短单个浇口的填充距离可以降低模具填充阻力,确保熔体流动的稳定性,并有助于消除虎皮。然而,在当今日益苛刻的汽车轻量化要求中,薄壁是汽车注塑件的发展趋势,因此通过增加壁厚来消除虎皮图案是不现实的。

在模具设计中,增加流道的直径和扩大浇口的厚度和宽度是消除虎皮纹的有效措施[2]。栅极的厚度优选为0.7-0.8倍。壁厚的8倍。其目的是减少流道和浇口中熔体的压力损失,并降低进入模腔时模头膨胀的影响。某型号的仪表板侧面有严重的虎皮纹。分析表明,门的尺寸太小。在增加浇口厚度和宽度后,消除了虎皮图案,如图3所示。此外,在模具设计中,应尽可能使用浇口,侧浇口和风扇浇口的梯度过渡,以避免使用具有较窄横截面积的潜在门和点门。实践证明,潜伏的大门,点门或小侧门都容易出现虎皮。

(a)改良前的虎皮纹(b)门设计(c)改善虎皮颗粒的去除

图3门尺寸对虎皮纹理的影响

在注塑工艺方面,熔体温度,模具温度和注射速度是影响虎皮的几个重要参数。通常,提高熔体温度和模具温度,调节注射速度,有利于消除虎皮。通常,使用较低的火速有助于消除虎皮,因为熔体流动在低速时更稳定。图4显示了汽车零件在不同燃烧速率下零件的外观。虎皮纹严重,火速为50%,火焰率降至15%,虎皮纹消失。

(a)虎皮颗粒出现率为50%(b)老虎皮颗粒在15%火灾后消失

图4火速对虎皮模式的影响

2表面复制不良

表面复制不良意味着注塑部件在模塑过程中不能精确地复制模腔表面,这表现在部件表面上的不均匀光泽。

许多汽车注塑件表面都有皮革纹理,颗粒效果越细,在注塑过程中复制就越困难。另外,皮肤纹理的形状非常规则,并且当它们彼此不连接时,由于气体污染而容易导致表面复制不良。图5是某种类型车辆的前门上板的皮肤纹理。皮肤纹理规则,腔未连接。在模塑过程中,表面容易出现斑点缺陷,但由于空气滞留,表面复制不良。在产品设计中应谨慎使用此类皮肤纹理。

 

 

                        (a)皮纹       (b)表面复制后的皮纹效果

图5常规和未连接的谷物表面复制效果

表面复制不良的原因之一是腔压不足。在这种情况下,应建立注塑工艺以确保熔体在模腔中具有足够的压力以复制模具表面。通常,高温,高速和高压(称为三高工艺)有利于降低熔体压力损失,使得部件的表面可以更好地复制模具表面。图6是汽车的组合仪表板,显示出不均匀的表面光泽,如图6(a)所示;工艺调整,材料温度从210°C到240°C,提高注射压力和速度,最后消除外观缺陷如图6(b)所示。

(a)改进前部件的外观(b)成品部件的外观

图6注塑工艺对表面复制效应的影响

表面复制不良的另一个原因是困倦。当模具的通风效果不好,或者皮纹的深度很大,或者注射速度太快时,腔体内的气体太晚不能排出,导致气体被困,导致表面不良复制。图7是汽车的除霜格栅,其侧面具有不均匀的光泽,并且工件的表皮深度大,并且通过降低注射速度成功地消除了表面缺陷。

 

                   (a)部分(b)原始工艺表面再现效果

(c)原始过程(d)改进过程

(没有合适的改进图片,所以没有给出,作者注意到!)

图7火速对表面复制的影响

3收缩标记

在制品表面上产生收缩痕迹,指的是在制品表面上形成的局部凹陷。凹痕是由于在冷却过程中零件的局部位置没有得到有效保持而引起的[3]。凹痕通常在突起的部分或背面上的部分厚壁上产生,例如肋和螺钉柱。在汽车零件上,诸如螺柱,肋条或按扣等结构的背面易于下沉痕迹。

对于螺旋柱背面的凹痕,常见的改进是在螺旋柱的根部添加一个凹坑结构,如图8所示。增加凹坑使得等效的壁厚位于螺旋柱的根部。螺旋柱(即,内切圆直径2R)小,从而可以有效地改善凹痕,如图4所示。通常,等效壁厚越小,部件表面产生凹痕的可能性越小。当螺杆柱的等效壁厚接近零件的壁厚T时,该零件没有下沉的危险。

图8典型的火山口设计

(a)添加火山口前的等效壁厚(b)添加火山口后的等效壁厚

图9防止凹痕的火山口原理

汽车注塑件通常使用改性PP材料。与工程塑料相比,改性PP具有较低的模量,因此抗变形能力较低,这需要更大的结构强度以确保零件的强度。一种常见的方法是在产品设计中添加加强筋。肋的厚度选择与工件表面是否具有凹痕有关。对于结晶聚合物,由于结晶的后收缩,加强肋的根部的厚度应该适当地更薄。建议不要超过壁厚的1/3,否则很容易在背面形成凹痕;对于无定形聚合物,由于后收缩较小,肋的根部厚度可以适当地更厚,但是建议不超过壁厚的1/2。当肋尺寸设计不合理时,很容易在背面形成凹痕,如图10(a)所示。如果可能,肋条设计在两个平面的过渡表面后面。即使有轻微的凹痕,由于面部的遮蔽效果,也可以巧妙地隐藏折痕,如图10(b)所示。 。

(a)原始肋设计(b)改进肋设计

图10如何通过设计隐藏接收标记

汽车保险杠对外观要求严格,即使零件上有轻微凹痕,涂漆后也会非常明显,对结构设计提出了很高的要求。图11(a)是汽车保险杠定位扣的设计,扣件背面的肋条是明显的,无论如何调整材料和注塑工艺,都不能完全解决下沉问题;图11(b)是巧妙的定位扣设计用于放置在两个面的交叉处,隐藏水槽标记,留下设计窗口,宽大的材料和注塑工艺。

(a)不合理的设计(b)合理的设计

图11保险杠定位扣设计

由于汽车注塑件的装配需求,通常在设计表面后设计更多的带扣。带扣的尺寸设计非常重要。如果壁厚较薄,则扣环的强度不足,注塑过程中可能会缺少胶水;较厚的壁厚会引起凹痕。最好的解决方案是减小扣环的壁厚,如图12(b)所示,这不仅解决了扣环强度的问题,而且避免了凹痕,并且还确保了平滑的注塑成型。另一方面,图12(a)中的带扣的根部未经过减薄处理,并且在注射成型时可能发生下沉。

(a)不合理的按扣设计(b)合理的按扣设计

图12扣设计

如果在注塑成型后需要对部件进行涂漆,则对凹痕的要求更严格,即使有轻微的凹痕,涂漆后也会明显。图13显示了某种型号的裙扣设计。虽然采用了扣环根部减薄的设计,但垂直于流动方向的一侧的背面仍有划痕,涂漆后很明显,顾客不能接受。图14中其他型号的裙扣采用巧妙的设计,在垂直流动方向的边缘处具有间歇点接触。由于接触面积小,很难看到工件的正面。为了确保带扣的强度,侧面的接触部分在平行流动方向上设计为较短的加强肋。这种搭扣设计不仅解决了凹痕问题,还确保了强度。

图13不合理的卡扣设计

(a)左视图(b)右视图

图14合理的裙边按扣设计

4焊丝

当两股流相遇时,在零件上形成焊接线。此时,熔体前沿的切线有一个角度,即焊缝的会聚角,如图15所示。汇流角的大小对焊缝的强度和清晰度有重要影响[ 4]。根据Moldflow的分析标准,当汇流角> 135°时,焊缝肉眼看不见,强度高;当汇流角<135°但大于75°时,焊缝清晰,但强度仍然很高。通过处理,可以覆盖涂料;当会聚角<75°时,即使焊接线被处理,涂料也不能被覆盖,强度也很差。

图15焊缝的收敛角

对于汽车注塑保险杠,仪表板,门板,裙板和其他大型注塑件,通常使用带顺序阀的热流道来消除焊接线。通常,当熔体前沿流过下一个时,中间针阀首先打开。当使用针阀时,针阀打开,从而在填充过程中在工件上形成更多的焊接线。

然而,即使使用针式热流道,孔周围的焊接线也难以消除,但有一些方法可以削弱结构设计。通常,在孔周围添加诸如凹槽的结构以干扰焊接线的形成,从而减小焊接线的影响。图17显示了保险杠的设计。在雾灯中,由于存在孔而产生焊接线。在设计中巧妙地设计了一个凹槽,可以用作装饰或干扰焊接线的产生,有效地稀释。焊接线。

图17:弱化焊缝槽的设计

在设计模具时,应防止浇口面向孔,否则难以调整成形的焊接线。图18是汽车的前保险杠。在人字形标记的中间有许多冲孔,并且在标记的两侧打开门。当熔体流过冲孔时,形成清晰的焊接线,并且焊接线的末端易于分开。叉子,焊接线在严重的情况下起皱,砂纸仍然看到痕迹,缺陷率很高。在注射成型工艺中,较低的注射速度会削弱焊接线,但是当加工温度或材料熔体流动速率略微波动时需要调节注射成型工艺,这在生产中造成一定的困难。相比之下,另一个相似型号的前保险杠的设计在这个位置更加微妙,如图19所示,门设计在人字形徽标的中间,减少了穿孔,留下了注射窗口成型工艺。它非常宽,不需要与特定的射速相匹配。焊缝的外观非常好。

图18焊缝外观不良的浇口设计

图19改善焊缝外观的浇口设计

5翘曲变形

翘曲变形是指部件的形状与设计的形状之间的较大差异,其通常是凸的或凹的。汽车部件的设计通常由PP材料制成。与工程塑料相比,模量相对较低,因此抗变形能力较弱。这需要结构强度以确保零件的强度。

汽车仪表板的前缘也是容易变形的部分。图20是某种类型车辆上的仪表板。 (a)该图显示了标记变形的部分。背面没有肋或其他加强结构,整个仪表板很长。这种结构难以确保不变形。许多尝试更换材料配方仍然无法解决变形问题。图21的仪表板的前面板更合理,肋结构在后侧每隔一定距离设置,以加强和防止变形。

(a)仪表板前缘的整体结构(b)变形部分的后部结构

图20仪表板不合理的前面板设计

(a)仪表板前缘的整体结构(b)后部结构

图21仪表板的合理前面板设计

肋通常可以增加部件的强度并改善部件的变形而不增加壁厚。然而,当肋的设计不合理时,会增加部件的变形。图22是某汽车的前柱上体,工件的中间部分凸出变形,变形部分刚设置有更多的加强肋。根据Moldflow的体积温度分析结果,肋的壁厚比主体的厚度薄,体积温度迅速下降。冷却和成形后,约束侧向内自由变形,使部件在该部分凸出变形,如图23所示。

图22上柱上体的变形状态

图23分析前柱上体变形的原因

6结论

通过以上分析,产品结构,模具设计,注塑工艺和材料(涉及材料?虎皮纹中的一些材料,其他没有,作者注)对汽车注塑件的缺陷有重要影响。 。遇到问题时,有必要综合考虑这些方面提出改进措施,但产品结构和模具设计是主要原因,有必要重点分析。其次,它与注塑工艺和材料相协调,彻底解决了问题。

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