年产量1万件qq汽车用pp前保险杠注射成型工艺设计.docx
《年产量1万件qq汽车用pp前保险杠注射成型工艺设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产量1万件qq汽车用pp前保险杠注射成型工艺设计.docx（51页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
年产量1万件qq汽车用pp前保险杠注射成型工艺设计
年产量1万件QQ汽车用PP前保险杠注射成型工艺设计
摘要
20世纪90年代以来，世界汽车工业，特别是中国汽车工业不断发展，汽车产量持续增长。
随着汽车普及率迅速提高，减轻车身质量、节能降耗及降低成本已成为汽车工业发展的主要目标之一。
奇瑞汽车作为民族品牌率先推出自主QQ系列微型车，其中QQ3最为成功。
因其外型时尚以及市场保有量、市场需求量比较大，更重要的是享受国家节能环保补贴的自主品牌，所以价格上有很大优势，生产前景比较好。
本设计注射工艺产品为奇瑞QQ3前保险杠，针对该产品的选材、设计原理、生产工艺、生产设备选择、以及工厂运作有详细介绍。
本设计选用聚丙烯（PP）为主要原料，注射设备为宁波海达公司生产HDX−2500T型号，以及与之配套的辅机，设计了年产量为1万件奇瑞QQ3汽车用PP前保险杠注射成型工艺。
主要研究内容包括：
汽车保险杠的作用，材质的种类及选择，聚丙烯材料的性能及在保险杠上的应用，工艺流程的物料计算及热量衡算，及辅助设备，车间、厂房的布局、水电管路的排列，企业经济效益核算等。
关键词：
聚丙烯，工艺，性能，物料衡算
10000/yearPPfrontBumperofQQInjectionMoldingProcessDesign
ABSTRACT
Sincethe1990s,theworld'sautomotiveindustrywereever-accelerated,esp.inChina,theautooutputhadasustainedgrowthoflateyears.Alongwiththerapidincreaseinpenetrationrelievebodyquality,savingenergyandreducingconsumption,andreducecosthasbecomeoneofthemaingoalsofautomotiveindustrydevelopment.CheryautomobileasanationalbrandtolaunchQQminiseries,oneofmostsuccessfulQQ3.Becauseofitsappearancefashionandmarketownership,marketdemandisbigger,itismoreimportanttoenjoythenationalenergyconservationandenvironmentalprotectionsubsidiespricehastheverybigadvantage,sotheproductionoutlookisbetteThedesignprocessforthecheryQQ3frontbumper,fortheproductselection,designprinciple,selection,productiontechnology,productionequipmentandplantoperationshasintroducedindetail.r.Thisdesignchoosepolypropylene（PP）asthemainrawmaterial,injectionequipmentforningbohaidacompanyproductionHDX−2500tmodels,designedannualoutputto10000cheryQQ3PPfrontbumpercarsuseinjectionmoldingprocess.Mainresearchcontentsinclude:
theroleofcarbumper,materialtypeandoptions,theperformanceofthepolypropylenematerialandtheapplicationinbumper,processengineeringmaterialcalculationandheatbalance,andancillaryequipment,thearrangementofthelayoutoftheworkshop,workshop,waterandelectricitypiping,enterpriseeconomicbenefitcalculation,etc
KEYWORDS:
PP，Technology，Performance，Materialbalance
前 言
伴随着社会的发展,人们的安全意识不断加强，汽车作为一种与人们息息相关的交通工具，因此人们对其安全性能要求愈严格。
汽车保险杠作为一种汽车重要的安全装置，同时也是重要的安全饰件，因此要求它不仅仅具有保护功能,而且还要追求和车辆本身的造型保持协调，保证减少车辆本身的重量，伴随注塑工艺的发展，塑料保险杠成了各大汽车公司的首选，当今汽车市场上车辆高中端型轿车均采用塑料保险杠。
塑料保险杠的组成由塑料保险杠壳体（本体）、缓冲材料和铝合金加强横梁三部分组成。
其中塑料保险杠壳体和缓冲材料所用的材料为高分子材料，铝合金保险杆加强横梁用1.5毫米厚的冷轧薄板冲压Ｕ形槽。
塑料保险杠本体与缓冲材料在横梁上附着，铝合金横梁拆卸比较方便。
汽车保险杠本体采用的材料大多为EPDM与PP共混改性材料，通过注射工艺生产。
例如标致405轿车的保险杠，使用的注射成型方法为反应注射模成型。
另外还有直接采用聚丙烯材料注塑成型的如天津的夏利、桑塔纳、等车型的保险杠。
国外有一个新的注塑工艺-合金注塑工艺，就是把聚碳酯塑料与合金混合后注射成型方法,通过这样工艺加工出来的保险杠具有较高的刚度与强度,涂层性能好，焊接比较方便，这种工艺在汽车的应用越来越多[1]。
本设计工艺为汽车保险杠注塑成型工艺，分八个章节对该工艺进行说明。
从塑料保险杠的发展作为切入点，引出本次设计产品，根据产品，本设计重点从材料性能与材料的选择、成型工艺的选择、注塑工艺、物料衡算、热料衡算、设备的选择以及车间厂房的布置与管理做了详细的说明。
第一章介绍pp汽车保险杠的发展以及奇瑞QQ3的市场调查及分析，其目的是确定本设计实际可实行性，同时也对产品进行了介绍。
第二章详细介绍了本设计所用的原材料的性能，各组分的性能对产品质量的影响，以及保险杠材料标准的确定。
第三章重点介绍本设计工艺流程既制品工艺流程：
成型前准备→加料→塑化→注射充模→补缩保压→冷却定型→开模取制件→清模→去流道处理→制件后处理→修边退火→调湿处理→检测合格→烤漆及烘干→检验→包装→入库。
第四章为物料衡算与热量衡算，利用质量守恒定律惊醒物料衡算，对物料进行前后以及操作后物料损失情况进行计算。
本设计工厂年实际工作时间为260天，因为本工厂自身定位为代工厂，所以针对本设计产品分配的时间为11天，平且根据工艺中的设备进行了物料衡算。
第五章主要对设备的选型进行详细的说明。
本设计通过已知年产量、产品合格率反推所需要物料为31610.54kg，根据锁模力和注射量以及吨位进行计算。
由产品尺寸v=3296.7cm3、质量m=3kg合格率95%,对注塑机的规格进行选择，所选注塑机的理论注塑量为28495，可以满足本设计产品顺利生产，本设计所选择的注塑机宁波海达公司生产的型号为HDX-2500T型，台数为两台，所选注塑机的理论注塑量为28495,可以满足本设计产品顺利生产，在选择注塑时应考虑：
1.车间年产量2.机器开机率（85%）3.设备最佳功率（2/3W最大+1/3W最小）第六章陈建管理与生产，本张对车间管理项目，职能、管理方法做了详细的概述，第七章进行经济核算工厂概算本设计厂房、设备等固定资产总计2152.65万元，本厂年利润约2021.45万元，投资回收期为2.07年。
第1章PP汽车保险杠
1.1保险杠的发展及奇瑞QQ3市场调查
1.1.1保险杠的发展
汽车保险杠是吸收缓和外界冲击力，防护车身前后部的安全装置。
在八十年代年，金属保险杠普遍被各大轿车所用，那个“硬碰硬”的错误思想使人们用大于3毫米的钢板冲压成槽钢，表面镀铬处理，与车架纵梁焊接或铆接在一起，但金属保险杠与车身仍有一段间隙，仿佛一件附加上去的部件。
伴随科技的发展,汽车工业也随之有了很大的发展，作为汽车车身重要的安全装置，汽车保险杠在不断地革新与发展。
如今的轿车保险杠除了保有保护功能外，力求轿车车体线条和谐与统一，追求车身轻量化.为达到这种目的，轿车前后保险杠所用金属材料被塑料所取代，人们称为塑料保险杠[2]。
塑料保险杠具有强度、刚性和装饰性，从安全上看，汽车发生碰撞事故时能起到缓冲作用，保护前后车体。
从外观上看，可以很自然的与车体结合在一块，浑然成一体，具有很好的装饰性，成为装饰轿车外型的重要部件。
1.1.2奇瑞QQ3市场调查
奇瑞QQ作为地地道道的自主品牌，奇瑞在很长一段时间都扮演着在这个领域的领军人物，如果将奇瑞作为一个王朝，那么QQ系列则必将是它的开疆扩土的先锋，曾几何时QQ牢牢占据国内微型车销售冠军。
QQ3作为奇瑞推出的高排量的微型车不仅在安全性能有很大的提高，在外形上更可爱时尚，因为价格和配置的优势使得QQ3该系列市场保有量很大，深受广大80、90后青年喜爱，市场前景很广。
从2003~2010年，QQ3系列7年销售量80万，稳稳占据我国微型车市场的冠军宝座，经过几年的探索，QQ3一度成为微型车的代名词，象征年轻、快乐的产品理念向客户传递正能量。
1.2汽车保险杠的功能
保险杠不仅是吸收缓解冲击装置，以保护人体的安全，也包括外的车身装饰。
它帮助吸收碰撞能量，当车辆发生碰撞时，降低对人体的危害的影响程度。
1.2.1保险杠主要功能
1保险杠在汽车发生碰撞时能吸收部分能量，以保护整车。
在保险杠下部加装有缓冲块对行人具有保护功能，可以减少行人小腿在碰撞时所受的伤害。
其主要功能有：
保护功能、装置功能、装饰功能、为车辆冷却系统提供换气通道、提高空气动力特性。
1.3保险杠的种类
1.塑料保险杠
2.钢板保险杠
3.镜钢保险杠
4.铝合金的保险杠
1.4汽车塑料保险杠的组成及实物图
1.4.1奇瑞QQ3塑料保险杠组成
QQ3保险杠由保险杠本体、左右侧支架、上下格栅、吸能块、前保缓冲横梁、下部支撑板组成。
其实物具体组成如下图1-1:
图1-1奇瑞QQ3前置保险杠组成
1.4.2奇瑞QQ3产品实物样图
图1-2奇瑞QQ3前置保险杠本体实物图
第2章原料的选取及性能的介绍
2.1保险杠材料的选择
随着汽车工业的发展，人类对汽车保险杠的认识越来越成熟，传统的全金属保险杠越来越不适应现代汽车发展的趋势，其趋势在轿车上的到体现，有用塑料保险杠取代全金属保险杠的趋势。
作为钢铁件的替代产品，汽车塑料保险杠以其造型美观，重量轻，易于成型，耐腐蚀，成本低，综合机械性能良好。
伴随注塑工艺日趋成熟，对塑料保险杠在轿车上的使用起了很大的作用。
且规模化生产容易实现等等优势，使得塑料保险杠在汽车行业占据了一席之地。
目前，我国汽车厂商也在加大努力以实现塑料保险杠在车辆上的更新换代。
保险杠材料要求在较宽的温度范围内刚性好，耐冲击性能好，尺寸稳定性好，耐溶剂性好，涂装性能好。
2.1.1原材料的组成及性能
保险杠等外饰零件主要采用的材料是PP＋EPDM以及滑石粉的改性产品。
PP是一种结晶性，具有一定的收缩性，其收缩性受模具温度影响，提供保险杠产品一定的强度。
EPDM是一种橡胶，可起到一定的吸收撞击能量的作用，与PP共混，改善材料的拉伸性能和弯曲性能。
添加滑石粉使材料的强度增加，以达到一定的性能要求。
同时在材料中还添加了其它助剂，起到改善材料的反应机理和调整收缩率的作用[7]。
在注塑工程中部分助剂还可起到一定的交联作用，提高EPDM与PP之间的相互的结合，进一步提高产品的机械性能。
2.2材料主要性能对产品质量的影响
2.2.1熔融指数
熔融指数考察的是材料的流动性，熔融指数低，材料流动困难不但会造成产品的表面的诸多缺陷，还会形成局部的尺寸偏小等问题。
而熔融指数过高，流动性过好，会使一定的压力下，型腔内熔体的量对注塑和保压压力十分敏感，用于控制尺寸的工艺的稳定性变差。
2.2.2材料的收缩率
材料收缩率的偏差必然导致产品的尺寸不良。
对于改性之后的PP而言除了材料本身的性质外，收缩率还取决于产品形状、模具结构、注塑速度、压力和温度。
通常材料供应商提供的材料收缩率是一个范围，如果是某个定值是指对于某个形状的产品而言，有较大工艺窗口的模具收缩率参考值。
2.3改性PP各组分含量及添加剂的选择
2.3.1EPDM的含量
由于EPDM的流动性较差，会引起表面和尺寸上的缺陷。
EPDM可被压缩，会造成局部的应力集中，过多的EPDM含量会造成工艺上控制的困难。
2.3.2滑石粉的含量
滑石粉同样会起到降低流动性的作用，主要会对产品表面造成不利影响，同时如果滑石粉如果共混不均匀，还会对降低产品的油漆性能。
虽然，一般而言材料供应商不会提供材料的各种成分含量。
但是从材料的部分其它性能上可以进行判断。
断裂伸长率的大小，相当部分取决于材料中EPDM的含量，含量越高，延伸率越大。
同时，滑石粉含量越高，强度也越高。
因此，在同等的材料性能下，还需要考虑材料的工艺性能。
通常理想的材料选择，应该考虑工艺窗口尽量变宽[8]。
随着目前对产品尺寸要求的提高，相对会采用收缩率比较高的材料，因为收缩高，工艺上的变动使产品尺寸的影响也会变小
2.3.3添加剂的选择
塑料保险杠本体原料中的添加剂大致有抗氧化剂、抗紫外线剂及硅烷偶联剂等，合理选择以上添加剂，抗氧化剂选择应从热稳定性、相容性、水解稳定性变色性等。
由于PP材料合成过程中有引入的羰基、氢过氧化物、催化剂残留物造成其光氧化，由于光稳定剂使用率比较高，所以选择光稳定剂时要考虑其相容性，合理选择光稳定剂防止其在成型固化后析出树脂进而影响产品外观[9]。
2.4材料标准确定
同一类材料执行不同材料标准，其试验项目，成品性能，模具设计均有差异。
根据产品将要投放国家地区的不同，汽车材料工程师可确定材料具体执行的标准，或请原材料供应商提供相关资料。
现代轿车外饰件一般多为注塑喷漆或皮纹件，喷漆件为保证与车身颜色及漆面质量的一致，在选材时必须考虑喷涂系统。
例如北美车身油漆多采用高温烘烤系统，外饰件选材时相应亦须选择可高温烘烤的原料[10]。
皮纹件选材时须特别考虑原料的颜色及耐候性能是否满足设计要求。
参考图2-1
图2-1国内汽车PP保险杠材料技术指标
研究单位
性能
北京化工研究院
扬子石化公司
中科院化学院
中科院化学所
长春应化所
新化大学
燕山石化公司
密度
0.95
0.9
溶体流动速率
3.95
2~4
2~4
5~7
4`6
5
14.8
拉伸强度/MPa
19
20
21
19
18~28
15~13
17.5
弯曲强度/MPa
720
850
22
17~22
19~24
14.6
弹性模量/MPa
935.2
600~900
缺口冲击强度/（J/m）
720
600
600~750
490~784
583.2
热变形温度/℃
94.5
90
90
收缩率/%
0.95~1.05
1.2
2.4.1主要性能要求
1.耐热性能：
耐热性能按DIN53497进行试验，其尺寸变化≤0.5％。
2.耐寒性能：
耐寒性能测试在-40℃/24h条件下进行，其形状、颜色和表面无变化。
3.耐光性能：
耐光性能按QBV·06·3902进行试验，其形状、颜色和表面无变化。
4.耐侯性能：
耐侯性能按QBV·06·3902进行试验，其形状、颜色和表面无变化。
5.耐热氧化性能：
耐热氧化性能测试在把样条放在150℃条件下，放置200小时，表面无龟裂。
2.4.2保险杠法规要求
车辆在按规定的条件和规程进行碰撞试验后，车辆应能满足下列要求如图2-2；
：
前/后保险杠碰撞高度要求
前保险杠正向前保险杠30°角
图2-2为前后保险杠的规格
保险杠与车身，所有端面应向内弯曲，且不能被直径为100mm的球体所接触，且与车身（发盖，后背门，翼字板，大灯等）表面配合间隙不超过20mm。
保险杠上所有朝外表面且能被半径100mm的球所接触到的圆角半径应不小5mm（下图2-3）。
图2-3奇瑞QQ3ProE建模图
2.4.3保险杠的壁厚
零件的壁厚一般力求均匀，否则会因固化或冷却速度不同而引起收缩不均匀，产生内因力，导致零件产生翘曲变形或缩孔。
汽车外饰件一般壁厚取2.5+0.25mm，大型件如保险杠取3+0.25mm至3.5+0.25mm。
为避免壁厚的变化影响零件表面质量，设计时特别强调料厚变化需保证足够的过渡区。
第3章生产工艺流程
3.1成型前的准备
3.1.1原料的预处理
干燥过程是水汽的排除过程，塑料的干燥速度取决于水汽从塑料粒内部扩散到表面的速度以及水汽从塑料表面汽化到大气中的速度。
由于注塑用的PP＋EPDM的粒子含水率低于0.03%，所以本设计对原材料进行干燥设备选用热风干燥机。
可满足材料含水率指标达到要求，同时满足干燥温度与时间的要求。
可能造成达不到指标的的原因：
干燥设备容量满足不了生产要求，伴随着生产的进行，干燥时间被压缩越来越少，干燥温度被降越来越低[11]。
由于PP＋EPDM的吸水性较弱，干燥要求为80℃~100℃，干燥时间2~4小时。
3.1.2料筒的清洗
在初用某种塑料时或者某一注塑机之前，或者生产过程中、条换原料、更换原料时如发现树脂有分解是要对料筒进行清洗或者直接更换。
通常采用直接换料清洗。
根据所用材料熔点不同来确定料筒温度。
螺杆式注塑机料筒温度可比所加材料熔点高10~30℃，而柱塞式注塑机料筒温度比所加材料熔点高30~50℃。
制品的收缩率受料筒温度影响很大，温度低，收缩率小；反之，收缩率大。
3.1.3嵌件的预热
注塑前，如有嵌件，应金属嵌件先放进模具的预定位置，并对其进行预热，预热后可减少熔料与嵌件之间的温差，成型中可使嵌件周围的熔料冷却较慢收缩均匀，有一定的热料熔补作用。
防止嵌件周围产生过大内应力。
若塑料分子链柔顺性大，且嵌件较小时，可以不预热。
预热的温度以不损坏金属嵌件表面所镀的锌层或铬层为限，一般为110~130℃。
对于表面无镀层的铝合金或铜嵌件，预热温度可达150℃。
3.1.4脱模剂的选用
为了便于脱模，在制品与模具之间增加隔断，特别是两者之间接触将发生反应时，就更应该选用脱模剂。
注射成型前，需给模具涂脱模剂。
有机硅脱模剂是广泛用于塑料等多种材料的常用的脱模剂.另外白油、硬脂酸锌也时常用的脱模剂。
除了硬脂酸锌不能用于聚酰胺外，上述三种脱模剂对于一般塑料均可使用，其中尤以硅油效果最佳，经喷涂烘烤后能固化在型腔表面形成硅脂，只需使用一次，即可长效脱模，但价格较贵。
硬脂酸锌多用于高温模具，液体石蜡多用于中低温模具[12]。
为克服手工涂抹的不均匀性，目前市面上多使用雾化脱模剂，其种类和性能如表3-1所示。
表3-1雾化脱模剂种类及性能
种类
脱模效果
塑件表面处理适应性
甲基硅油（TG系列）
优
差
液体石蜡（TB系列）
良
良
蓖麻油（TBM系列）
良
优
3.2注塑过程
3.2.1加料
注射成型是一个周期性过程，因此需定容或定量进行加料，来保证操作安全保证生产顺利。
若受热的时间太长、加料太多等容易造成塑料的热降解，也增加注射机功率损耗；加料太少，料筒内传压介质缺少，导致型腔中塑料熔体压力降低，补料困难，容易造成塑件缩松、凹陷、缩孔及欠料等缺陷。
3.2.2塑化与计量
塑化是在一定的温度下，通过注塑机的螺杆转动，在一定的背压作用下，塑料粒子熔融受剪切，形成熔体的过程。
在该过程中螺杆向后旋转，将熔体“压”向螺杆前端，此刻注塑机对熔体的数量进行计量。
这是决定材料的塑化量和注塑程度的过程。
使熔体塑化达到一定的程度，制品的质量才能保证，影响熔体的塑化程度较大的参数有以下几个：
料筒温度：
熔体只有在一定的温度下，才能完全塑化。
若温度太低，材料的流动性能下降，造成缩瘪或缺料，同时造成材料成分不均匀，影响零件的机械性能。
料筒有效温度通常设定在200℃至250℃之间[13]。
而温度太高或料筒内的材料停留时间过长，造成高温使材料分解，材料分解造成大量的气体夹杂在材料中，同时材料机械性能下降。
材料在料筒内的停留时间受料筒大小的影响，产品的重量应在料筒容量30％~70％之间。
但由于塑料保险杠为薄壁产品，相对较轻的重量，而目前配件厂所用的注塑机之间规格差异较大，如果零件重量低于料筒容量的30％，应该在保证完全塑化的条件下，降低料筒后段的温度。
螺杆转速：
若螺杆转速过快，会降低粒子受剪切作用的时间，原料的塑化程度下降，同时夹带气体，从而材料的流动性降低气体的含量增加。
而螺杆转速过慢，将注塑周期将受到影响。
通常螺杆的转速应与冷却时间相配合。
背压：
使用背压提高对塑料粒子的剪切力，提高材料的塑化程度。
同时，背压可以防止在浇口封闭之前零件浇口附近的材料应力释放产生的缩瘪。
但是背压过高，同样塑化时间可能延长，生产效率降低，还可能损坏螺杆[14]。
对于PP+EPDM的材料的背压设定，应在10~20MPa之间。
松退：
在计量完成之后，螺杆要进行松退，在剪切和背压作用下，一定的压力会在熔体内部会产生。
由于压力的产生，导致动螺杆向前需要额外的压力才能进行，同时会造成模具型腔内熔体的压力释放时产生流动不稳定。
松退之后，一定的压力可以得到释放，熔体顺利进入型腔得到保证。
但如果过度松退，大量的气体在松退过程中可能被带入，在注塑过程中形成气泡。
计量熔体数量：
必须保证有足够的数量计量的熔体，以保证产品出现缺料，同时在保压过程熔体可以进入并充满。
3.2.3注射
注射是整个注塑过程中最关键的部分，也是最难控制的部分。
HDX-2500T注塑机的注射过程控制部分采用5段速度和一段压力控制。
其过程为，在注塑过程中，按设定的注射速度进行，如果设定的注射压力大于所需的注射压力，按设定的速度进行注射，如果设定的压力低于所需的压力，注射过程由速度控制转为压力控制，直至进入VP转换点。
注射速度：
注射速度对产品的表面尺寸和产品质量影响较大。
过快注塑速度，会使部分气体夹杂在熔体流动过程中，在产品表面形成气泡等，同时导致致密度下降，容易形成尺寸偏小和缩瘪。
但是，若速度太慢，在注塑后期熔体的流动会受到阻碍，容易形成缩瘪和缺料，同时造成产品交口附近应力相对集中，通过烘烤方法释放后应力，也可能造成压力线和局部形变，对产品尺寸和产品外观有影响[15]。
注射压力：
为了保证产品质量，对注射速率常有一定的要求。
而注射压力的大小对注射率直接的影响，制品都有自己的最惠注射率，而且经常是一个范围值，影响它的因素很多。
而注射速度就是其中重要的一项，注射过程以控制注射速度为主。
如果注塑压力达不到注塑速度控制所需的压力时，再以设定的压力进行生产，此时熔体的流动速
升级会员 