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:互聯網
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。
隨著汽車工業的發展,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(經典)
一、保險杠工藝性分析
圖1:產品動模側平面
保險杠作為汽車的外飾件產品,根據車型的不同,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。本產品實際生產中材料選用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時,既要保證型腔充滿,又要減少因系統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,根據產品形狀和注塑工藝,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模具溫度,因此極大地縮短了冷卻時間和生產周期,提高了生產效率。
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品質量的目的;產品冷卻相對均勻。
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)產品頂出采用頂塊頂出,防止頂白、頂傷等缺陷;
(8)分析產品幾何結構,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
(2)模具定位導向系統如圖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,發現熔結線明顯,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:汽車用工程塑料實例分享(收藏)
六、結語
汽車的更新換代越來越快,對汽車生產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周期越來越短。無論是在技術水平還是產品質量方面對模具制造都提出了越來越高的要求,這也給模具工業帶來了很大的挑戰。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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