搜索資深工程師：教你如何制造汽車保險杠
2016-11-30 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
摘要:本文通過對保險杠工藝及模流分析,介紹了保險杠模具設計、制造中的難點及注意點。軟件工具的應用為模具設計與制造提供了很大的幫助。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,汽車保險杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路。今天的轎車前后保險杠除了保持原有的保護功能外,還要追求與車體造型的和諧與統(tǒng)一以及追求本身的輕量化。為了達到這種目的,保險杠大多采用了塑料。本文主要闡述保險杠的注塑工藝分析、模流分析及模具設計和制造中的難點。推薦閱讀:汽車塑料保險杠材料與模具設計(經(jīng)典)
一、保險杠工藝性分析
圖1:產(chǎn)品動模側平面
保險杠作為汽車的外飾件產(chǎn)品,根據(jù)車型的不同,尺寸大小有所不同。圖1所示為長城汽車某車型前保險杠,產(chǎn)品最大尺寸為1675mm×626mm×605mm,結構復雜,兩側倒扣采用外拉結構出模,其中霧燈安裝點共6個、大燈安裝點共4個,全部采用斜頂結構出模。本產(chǎn)品實際生產(chǎn)中材料選用PP-EPDM-TD10,收縮率為1.1%,平均厚度為3.0mm,采用2 800 t注塑機注射成形。
二、模流分析
圖2:熱流道澆口位置
在設計大型塑件模具澆注系統(tǒng)時,既要保證型腔充滿,又要減少因系統(tǒng)設計不當給制品帶來的缺陷。我們采用MOLDFLOW對其注塑工藝性進行仿真分析,根據(jù)產(chǎn)品形狀和注塑工藝,模具采用4點大水口設計、針閥式順序射膠,流道采用梯形,中間一側采用大流道寬度120mm,其余一側采用小流道寬度20mm,澆口詳細位置如圖2所示。回復“模具”查看更多
圖3:冷卻水路
冷卻系統(tǒng)方面,冷卻水路(見圖3)采用直通和水塔式設計,定模水路直徑設置為19mm、水塔為30mm,動模水路設置為15mm、水塔為24mm,熱嘴附近分布水路以增強模具冷卻效果并調節(jié)模具溫度,因此極大地縮短了冷卻時間和生產(chǎn)周期,提高了生產(chǎn)效率。
三、通過軟件模擬分析,我們得到了如下結果:
圖4:填充效果
1. 如圖4顯示為填充時間圖,圖中藍色處代表填充開始,紅色處代表填充末端,分析結果顯示產(chǎn)品所需填充時間為4.759s,填充比較良好。
圖5:流動波前溫度分布
2.從波前溫度(見圖5)可以看出,最高溫度為230℃,最低溫度在210℃,說明填充效果合理,沒有存在流動過慢和遲滯現(xiàn)象。
圖6:注射壓力
3.圖6可以看出注射壓力最大為81.07MPa,稍微有點大,后期可從注塑工藝上調整。回復“注塑”查看更多
圖7:剪切速率
4.分析結果顯示的溶膠最大剪切速率如圖7所示。
圖8:熔結線分布
5.從最終得到的產(chǎn)品熔結線分布圖(見圖8)上,可以看出熔接線只有一條稍微長,在可接受范圍內,因此模具設計時必須加強排氣能力,并對溫度加以控制。推薦閱讀:汽車保險杠為什么用塑料做?原來是這個原因
綜上所述,得出如下結論:料的流動效果比較理想,在可控范圍內;通過采取延遲不同澆口開啟時間的方法,可控制各澆口注塑熔體前鋒面的溫度、粘度、流動速度和此時的注塑壓力等,對熔接痕的形成位置實施動態(tài)控制,提高熔體匯合時的熔合質量或使熔接痕處于外觀不明顯位置,達到提高注保險杠產(chǎn)品質量的目的;產(chǎn)品冷卻相對均勻。
四、模具設計特點及模具結構
1.模具設計理念和特點
(1)動定模固定板采用鑄造模座,材質為QT500,動定模為整體,材料為P20,以減少材料節(jié)約成本;
(2)充分考慮冷卻效果,水路盡可能多地布置,且直徑要大;
(3)頂出安全、合理,頂出采用注塑機頂棍頂出,頂出平衡;
(4)分型面設置合理,方便加工和配模;
(5)外拉滑塊設計時注意安裝孔位的拔模角要足夠大,避免拉傷;
(6)配模時注意外拉滑塊和定模板要整體拋光處理,消除A面飛邊及斷差;
(7)產(chǎn)品頂出采用頂塊頂出,防止頂白、頂傷等缺陷;
(8)分析產(chǎn)品幾何結構,選擇好分型面,分型面的設計要便于加工和研配。
2.模具結構設計
圖9:模具基本外觀構造
(1)模具基本外觀構造如圖9所示,模具尺寸為2800 mm×1750 mm×1510mm,質量為29t。模具基本外觀構造包括:動定模座、定位圈、鎖模塊、水路、水路集水塊以及導柱等。
模具基本要求如下:導柱比型面最高點高出30~50mm,在安裝時起保護作用;在操作者側明顯位置要裝有水路銘牌、模具銘牌、動作銘牌及熱流道銘牌;模具動定模冷卻水采用集水塊一進一出,進水為公接頭,出水為母接頭,型號為PT1;保證模具天側至少4個吊裝孔。
圖10:模具定位導向系統(tǒng)
(2)模具定位導向系統(tǒng)如圖10所示,四周有8°錐度配合,起整體模具定位和防漲模作用。定位面全部貼耐磨板,其中有兩塊0°耐磨板作為研配時基準,導向采用4個圓導柱導向。回復“模具”查看更多
圖11:模具頂塊布置
(3)頂塊布置如圖11所示,定模板、動模板間設置18塊均勻分布的承壓板,材料使用9CrWMn并熱處理;直頂塊布置要均勻,在陡峭曲面做皮紋,防止頂出時打滑;霧燈安裝螺絲孔采用鑲針,鑲針采用標準頂針改制。
(4)斜頂頂出 斜頂桿的角度設計為12°,斜頂座采用MISUMI標準件,導向、潤滑效果好。斜頂桿直徑常設置成25mm以上,否則極易折斷;斜頂角度大于斜頂桿角度2°~3°。斜頂復位時,起保護斜頂作用,同時彌補加工角度誤差;斜頂材料常用718H或者2738,原則上不能和模仁同材料;斜頂桿和動模板導向采用自潤滑式導套的,防止在頂出過程中卡死現(xiàn)象。
(5)支撐柱、行程開關和復位設置 支撐柱盡量在模具中心附加和碰穿孔周邊,數(shù)量盡可能多、直徑做大;滑塊全部安裝行程開關,采用進退雙保險;復位采用氮氣彈簧和6個復位桿復位。推薦閱讀:巴斯夫為寶馬i3電動車提供了哪些塑料?
五、模具工作過程
模具開啟時,動、定模分開,澆注系統(tǒng)凝料由拉料桿拉住,與塑件一起隨動模移動,開模一段距離后,動模停止運動,注塑機頂桿推動推板,推板帶動斜頂,推桿推出塑件,合模時推出機構在氮氣彈簧和復位桿強制復位作用下復位。
模具設計、制造中的重點和難點在于:
1.保險杠模具屬于大型模具,制作周期基本為3個月,須提前完成模具結構設計和模具動定模、板類材料的訂購工作。這給設計定購帶來壓力,必須有豐富的經(jīng)驗累積,將采購工作提前;
2.由于保險杠屬于外觀件,所以對產(chǎn)品質量要求很嚴格,對加工精度提出了很高的要求;
3.熔結線的消除。模具試作后,發(fā)現(xiàn)熔結線明顯,通過改善澆口位置、加強排氣及調整注塑工藝等措施予以解決;
4.兩側外來滑塊處表面飛邊和斷差不好保證,產(chǎn)品安裝孔拉傷不好解決;
5.動模板斜頂孔深孔加工偏差較大,加工工藝有帶改善,以保證裝配同心度;
6.模具較重,搬運、周轉不便。推薦閱讀:國內某知名企業(yè):汽車用工程塑料實例分享(收藏)
六、結語
汽車的更新?lián)Q代越來越快,對汽車生產(chǎn)商來說時間就是金錢,所以也要求模具制造周期和單件生產(chǎn)周期越來越短。無論是在技術水平還是產(chǎn)品質量方面對模具制造都提出了越來越高的要求,這也給模具工業(yè)帶來了很大的挑戰(zhàn)。我們通過不斷努力在保險杠模具制造方面取得了較大的成績,希望與同行分享。
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