典型的汽車注塑件缺陷分析及其解決方法

虎皮紋經(jīng)常出現(xiàn)在保險杠、儀表板、門板和立柱等面積較大的汽車注塑件上,是一種波浪形條紋的表面缺陷,條紋大約垂直于熔體流動方向,在注塑件表面上形成光澤不同的刻印,看起來就像老虎皮上的花紋一樣,俗稱虎皮紋。

虎皮紋容易產(chǎn)生在壁厚較薄、流程較大的注塑件上,它具有以下特征:(1) 注塑件表面出現(xiàn)呈周期性變化的明暗交替的條紋;(2) 條紋大致垂直于熔體的流動方向;(3) 條紋分為亮區(qū)和暗區(qū),亮區(qū)的光澤度高,暗區(qū)的光澤度差;(4) 如果注塑件的外觀面是亮區(qū),則背面是暗區(qū),兩者交替出現(xiàn)。

原因:

1.材料中的增韌材料越多,虎皮紋現(xiàn)象越容易出現(xiàn)。增韌材料在注塑過程中受到拉伸和剪切作用,產(chǎn)生微量形變,使熔體產(chǎn)生不穩(wěn)定流動,從而導(dǎo)致虎皮紋產(chǎn)生。韌性差的材料就很少出現(xiàn)虎皮紋現(xiàn)象,如增強材料、非增韌尼龍、聚對苯二甲酸丁二酯等材料,在成型過程中很少有虎皮紋產(chǎn)生。應(yīng)用于汽車注塑件的聚丙烯(PP),由于要求有較高的抗沖擊性能,添加了彈性體等增韌成分,非常容易出現(xiàn)虎皮紋缺陷。

2.注塑件的壁厚越薄,或充填流動距離越遠(yuǎn),流長比越大,熔體在充模過程中越容易產(chǎn)生不穩(wěn)定流動,越容易產(chǎn)生虎皮紋。適當(dāng)增加注塑件的壁厚,或縮短單一澆口的充填距離,可降低熔體的充模阻力,保證熔體流動的穩(wěn)定性,有利于消除虎皮紋。但在汽車輕量化要求越來越高的今天,薄壁化是汽車注塑件的發(fā)展趨勢,因此通過增加壁厚消除虎皮紋不太現(xiàn)實。

解決方法:

• 在模具設(shè)計方面,增加流道直徑,擴(kuò)大澆口的厚度和寬度是消除虎皮紋的有效措施。澆口厚度最好達(dá)到壁厚的0.7-0.8 倍。此舉的目的是降低熔體在流道和澆口中的壓力損失,減小進(jìn)入型腔時的出模膨脹效應(yīng)。

  
  

• 在模具設(shè)計上,應(yīng)盡量采用漸變過渡的直澆口、側(cè)澆口和扇形澆口,避免使用截面積逐漸縮小的潛伏澆口和點澆口。實踐證明,潛伏澆口、點澆口或很小的側(cè)澆口都很容易產(chǎn)生虎皮紋。

  
  

• 在注塑工藝方面,熔體溫度、模具溫度和注射速度是影響虎皮紋的幾個重要參數(shù)。一般來說,提高熔體溫度和模具溫度,調(diào)整注射速度,有利于消除虎皮紋。采用較低的注射速度有利于消除虎皮紋,因為低速下熔體流動更加穩(wěn)定。

表面復(fù)制不良是指注塑件在成型過程中不能精確復(fù)制模具型腔表面,表現(xiàn)為注塑件表面光澤不均。

成因:

1.很多汽車注塑件表面設(shè)計有皮紋,皮紋效果越細(xì)膩,注塑成型時就越難復(fù)制。

2.皮紋形狀很規(guī)則,相互之間不連通時,很容易因皮紋困氣而導(dǎo)致表面復(fù)制不良。

3.型腔壓力不足。此種情況下,設(shè)置的注塑工藝應(yīng)能保證熔體在型腔中有足夠的壓力復(fù)制模具表面。

解決方案:

• 一般來說,高溫、高速和高壓( 簡稱三高工藝)有利于減小熔體壓力損失,使注塑件表面更好地復(fù)制模具表面。

  
  

• 避免困氣。當(dāng)模具的排氣效果不好,或皮紋深度較大時,或注射速度過快使得型腔內(nèi)的氣體來不及排出時,就會產(chǎn)生困氣,導(dǎo)致表面復(fù)制不良。

縮痕產(chǎn)生在注塑件的表面,是指在注塑件表面形成的局部凹陷?？s痕通常產(chǎn)生在注塑件局部厚壁的位置,或產(chǎn)生在加強筋、螺絲柱等突起物的背面。在汽車注塑件上,螺絲柱、加強筋或卡扣等結(jié)構(gòu)的背面容易出現(xiàn)縮痕。

成因:縮痕是注塑件局部位置在冷卻過程中得不到有效的保壓補縮造成的。

解決方案:

• 對于螺絲柱背面產(chǎn)生的縮痕,常用的改善措施是在螺絲柱根部添加火山口結(jié)構(gòu)。降低等效壁厚。等效壁厚越小,注塑件表面就越不容易產(chǎn)生縮痕,當(dāng)螺絲柱根部的等效壁厚接近注塑件壁厚T 時,注塑件基本沒有產(chǎn)生縮痕的風(fēng)險。

  
  

• 汽車注塑件一般選用改性PP材料。與工程塑料相比,改性PP的彈性模量較低,抵抗變形的能力也低,需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證注塑件的強度。常用的辦法是在產(chǎn)品設(shè)計中添加加強筋。加強筋的厚度選擇關(guān)系到注塑件表面是否產(chǎn)生縮痕。對結(jié)晶聚合物,由于結(jié)晶會產(chǎn)生后收縮,加強筋根部的厚度要適當(dāng)薄些,建議不超過壁厚的1/3,否則容易在背面形成縮痕;而對于非晶聚合物,由于后收縮較小,加強筋根部的厚度可適當(dāng)厚些,但建議不超過壁厚的1/2。加強筋尺寸設(shè)計不合理時,容易在背面形成縮痕。在允許的情況下將加強筋設(shè)計在兩個平面交接的過渡曲面背后,即使有輕微縮痕,由于護(hù)面的掩飾作用,也可以巧妙地將縮痕隱藏。

  
  

• 合理的結(jié)構(gòu)件設(shè)計。汽車保險杠對外觀有嚴(yán)格的要求,即使注塑件上有輕微的縮痕,在噴漆后也會非常明顯地顯現(xiàn),這就對結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出了更高的要求。汽車注塑件由于裝配的需要,常在外觀面的背后設(shè)計較多的卡扣?？鄣某叽缭O(shè)計很重要,壁厚較薄則卡扣的強度不足,且在注塑時容易產(chǎn)生缺膠;壁厚較厚則會產(chǎn)生縮痕。最佳的解決措施是將卡扣根部壁厚減薄,既解決了卡扣的強度問題,又避免了縮痕,同時還保證順利注塑成型。而卡扣根部沒有進(jìn)行減薄處理,注塑成型時容易產(chǎn)生縮痕。

兩股料流相遇時,注塑件上就會形成熔接線。此時,熔體前沿的切線有一個夾角,這就是熔接線的匯合角,如下圖所示。匯合角的大小對熔接線的強度和清晰度有重要影響。根據(jù)Moldflow的分析準(zhǔn)則,當(dāng)匯合角>135°時,熔接線肉眼看不到,而且強度很高;當(dāng)75°<匯合角<135° 時,熔接線比較清晰,但強度仍很高,通過處理,噴漆可以遮蓋熔接線;當(dāng)匯合角<75°時,熔接線即使經(jīng)過處理,噴漆仍無法遮蓋,而且強度較差。

解決方案:

對于汽車保險杠、儀表板、門板、裙邊等體積較大的注塑件,通常采用含有順序閥的熱流道來消除熔接線,一般是中間的針閥先打開,當(dāng)熔體前鋒流過下一個針閥時,該針閥開啟,這樣就可以避免填充時在注塑件上形成較多的熔接線。即使采用針閥式熱流道,孔周圍的熔接線也難以消除,但在結(jié)構(gòu)設(shè)計上也可以弱化。通常在孔的周圍增加凹槽等結(jié)構(gòu),擾亂熔接線的生成,從而起到淡化熔接線的效果。

在模具設(shè)計時,應(yīng)避免澆口面對著孔,否則形成的熔接線難以調(diào)整。在注塑工藝上,該段采用較低的注射速度可以弱化熔接線,但加工溫度或材料熔體流動速率稍有波動時,注塑工藝就需要調(diào)整,這給生產(chǎn)造成了一定的困難。

翹曲變形是指注塑件的形狀與設(shè)計的形狀出現(xiàn)比較大的差異,通常為凸出或凹陷。

成因:汽車注塑件的設(shè)計常采用PP材料,與工程塑料相比,其彈性模量相對較低,因而抵抗變形的能力較弱,這就需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證注塑件的強度。汽車儀表板前沿是容易變形的部位。

解決方案:在不增加壁厚的情況下,加強筋通?？梢栽黾幼⑺芗膹姸?改善注塑件的變形。但是,當(dāng)加強筋設(shè)計不合理時,反而會增加注塑件的變形。