金志剛、余敏霞、陳傳端

（中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 528404)

0 引言

本篇文章著重利用華塑 CAE 軟件從充模時(shí)間、V/P 轉(zhuǎn)換壓力、氣穴及熔接痕等方面，研究華塑 CAE 軟件對(duì)乘用車安全氣囊蓋的注塑成型工藝，從而進(jìn)一步探索最具優(yōu)勢(shì)的模具澆注系統(tǒng)方案。

1 塑件工藝分析

本文中介紹的乘用車安全氣囊蓋的三維實(shí)體外形尺寸為164.6 mm×164.8 mm×85.9 mm，平均厚度為2.0 mm，最大厚度為4.7 mm，最小厚度為0.5 mm。為考慮到該件用于外觀，所以要求塑件外觀完好、表面光滑、無接痕及無氣泡，同時(shí)塑件周向殼體對(duì)稱分布有3個(gè)側(cè)孔、12個(gè)卡爪及12個(gè)側(cè)向凸起。為了保證其實(shí)用性，還需要設(shè)置側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，形狀復(fù)雜，對(duì)精度要求頗高。制件材料選用Cousin-Tessier公司的熱塑性彈性體(TPE)，型號(hào)為Tefabloc TOSI 76837D。具體三維模型圖和成型工藝參數(shù)如表1所示。

表1 TPE成型工藝參數(shù)表

2 澆口優(yōu)化設(shè)計(jì)

澆口設(shè)計(jì)包括澆口類型、數(shù)量和位置的設(shè)計(jì)。通過澆口3方面參數(shù)優(yōu)化組合，可為塑料熔體提供1個(gè)最優(yōu)化充模方案。充模方案不僅要求熔體充滿模腔各個(gè)角落的時(shí)間一致，還要保證熔體的流動(dòng)均勻、穩(wěn)定和快速，同時(shí)還要盡量控制溶體的流動(dòng)方向，保證方向一致，從而避免出現(xiàn)滯留及噴射現(xiàn)象[1]。

為了確保模擬的準(zhǔn)確性，我們根據(jù)安全氣囊蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了2個(gè)充模方案，利用目前模擬效果極為出色的華塑CAE軟件對(duì)2個(gè)初選方案進(jìn)行充模分析，以此來判斷2個(gè)充模方案的優(yōu)劣。方案一采用冷流道，在氣囊蓋正面設(shè)置2個(gè)點(diǎn)澆口（圖1）；方案二采用熱流道，在氣囊蓋正面中間設(shè)置1 個(gè)點(diǎn)澆口，在6點(diǎn)鐘方向設(shè)置2個(gè)補(bǔ)充牛角澆口，同時(shí)增加順序閥（圖2）。

圖1 第一套充模方案

圖2 第二套充模方案

3 模擬結(jié)果分析

3.1 填充分析

填充時(shí)間是從模具合模后，注塑機(jī)螺桿快速前移，將塑料熔體通過澆注系統(tǒng)注入模腔算起，到塑料熔體充滿模腔體積達(dá)95%左右為止。填充時(shí)間越短，成型效率越高。但在實(shí)際生產(chǎn)中，填充時(shí)間會(huì)受到諸多因素影響，所以在時(shí)間的計(jì)算上需要綜合考慮。此次填充分析，主要是研究同樣參數(shù)下，不同塑料熔體的充模情況，根據(jù)充模時(shí)間的長短，來判斷2種充模方案的合理性。如圖3所示的2種模型數(shù)據(jù)顯示，方案a的填充時(shí)間為0.65 s，方案b的填充時(shí)間為0.52 s，從時(shí)間上來看，2個(gè)方案相差不大，而且填充較為完整均勻，內(nèi)部溶體流向平穩(wěn)、無短射。

3.2 保壓切換壓力分析

當(dāng)注塑即將充滿腔體時(shí)，螺桿會(huì)從原來的流動(dòng)速率控制轉(zhuǎn)換為壓力控制[2]，這個(gè)轉(zhuǎn)化時(shí)間點(diǎn)稱之為保壓切換控制點(diǎn)，也就是V/P轉(zhuǎn)換點(diǎn)。轉(zhuǎn)壓點(diǎn)的設(shè)定和控制是影響注塑工藝是否成功的直接因素，設(shè)定過早，有可能熔體填充完全，設(shè)定太遲，則容易出現(xiàn)飛邊和內(nèi)應(yīng)力過高等情況。如圖3所示，a方案的V/P轉(zhuǎn)換時(shí)間0.65 s，當(dāng)產(chǎn)品填充至95%時(shí)，壓力直接切換為51.21 MPa；b方案的V/P轉(zhuǎn)換時(shí)間0.52 s，產(chǎn)品填充填至95%時(shí)，壓力切換為29.65 MPa。由此可見，b方案的切換壓力明顯遠(yuǎn)小于a方案，說明b方案在充模過程中，6點(diǎn)鐘方向的2個(gè)牛角澆口發(fā)揮了作用，讓其具有更好的流動(dòng)平衡性。

圖3 充模時(shí)間分析

3.3 氣穴分析

所謂氣穴，是指熔體在流動(dòng)過程中形成在塑件內(nèi)部的氣泡。氣泡的產(chǎn)生極易造成塑件內(nèi)部填充不完全和保壓不充分，最終在塑件表面形成缺陷。情況嚴(yán)重時(shí)，內(nèi)部氣泡還有可能出現(xiàn)壓縮，從而形成熱量，最后造成焦痕，影響安全氣囊蓋的質(zhì)量和美觀度。如圖4所示，圖中黃色小圓球代表產(chǎn)生氣穴區(qū)域，a方案的安全氣囊蓋面板標(biāo)牌區(qū)域及標(biāo)牌區(qū)域周邊就有較多的氣泡，尤其是標(biāo)牌區(qū)域更為明顯，分布也比較分散，對(duì)塑件表面質(zhì)量和美觀度都有極嚴(yán)重的影響；b方案中的氣泡數(shù)目明顯較少，氣泡主要集中在側(cè)壁和標(biāo)牌區(qū)域周邊，而側(cè)壁上的氣穴可通過分型面及頂桿與模具配合的間隙排除，或設(shè)置專門的排氣槽加以解決，對(duì)塑件的外觀和質(zhì)量影響并不大。

3.4 熔接痕分析

熔接痕是產(chǎn)品注射過程中，多股流體匯集而形成的如同線狀的缺陷，澆口的數(shù)目及位置也是熔接痕形成的主要原因。熔接痕的存在不僅影響塑件的美觀度和質(zhì)量，對(duì)氣囊蓋的點(diǎn)爆性能、機(jī)械性能以及安全性都有不同程度的影響。圖4中紅色線條代表產(chǎn)生的熔接痕，a方案在標(biāo)牌區(qū)域中間及兩側(cè)都有熔接痕，對(duì)整體的美觀度和質(zhì)量都影響較大；b方案的熔接痕數(shù)目明顯少于a方案，而且長度較短，熔接痕主要分布在側(cè)壁和底面，標(biāo)牌區(qū)域幾乎沒有熔接痕，并不影響外觀，表面質(zhì)量更好。

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過充模時(shí)間、轉(zhuǎn)換壓力、氣穴及熔接痕等注塑成型工藝分析，得出采用方案2澆注系統(tǒng)方案即熱流道與3澆口相組合的方式，其中1個(gè)點(diǎn)澆口位于氣囊蓋中間位置，2個(gè)牛角澆口設(shè)置在在氣囊蓋側(cè)面6點(diǎn)鐘方位。該澆口的組合設(shè)置方式可以有效去除氣囊蓋標(biāo)牌位置的熔接痕。根據(jù)氣穴分析，設(shè)置分型面如圖5、6所示，該分型面可將大部分氣體排掉。在動(dòng)模中，由于塑件尺寸較大，故該模具型芯做成鑲塊式，由鑲塊組合而成，便于加工。部分鑲塊磨損后，只需單獨(dú)更換即可。沿圓周分布的12個(gè)卡爪、12個(gè)側(cè)向突起和3個(gè)側(cè)孔可通過6個(gè)斜頂機(jī)構(gòu)成型（圖7）。

圖4 氣穴分析

圖5 安全氣囊蓋注射模定模部分

圖6 安全氣囊蓋注射模動(dòng)模部分

圖7 安全氣囊蓋注塑?？傃b圖

5 結(jié)束語

本文利用模流分析軟件華塑CAE，對(duì)乘用車安全氣囊蓋注塑模的模具注塑成型過程進(jìn)行了注塑成型模擬分析。針對(duì)注塑過程中可能產(chǎn)生的充模不滿、氣穴及熔接痕較多等問題給出了最佳的澆注系統(tǒng)方案，優(yōu)化了模具結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了模具研發(fā)流程。目前，該模具已投入生產(chǎn)，實(shí)踐表明，該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)的塑件精度高，沒有熔接痕、變形和氣穴等問題，表面質(zhì)量好，完全達(dá)到了產(chǎn)品的使用要求。