汽车研发注塑件工艺流程及参数解析.docx

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汽车研发注塑件工艺流程及参数解析

汽车研发注塑件工艺流程及参数解析!

塑料化是当今国际汽车制造业的一大发展趋势，尤其内外饰上大部分件都是塑料件。

内饰塑料件大致有仪表盘配件、座椅配件、地板配件、顶板配件、方向盘配件、车门内饰件、后视镜以及各种卡扣和固定件；外观塑料件有前后车灯、进气格栅、挡泥板、倒车镜。

今天和大家一起聊聊注塑件的工艺流程及相关重要参数。

一

定义

注塑成型工艺是指将熔融的原料通过填充、保压、冷却、脱模等操作制作一定形状的半成品件的工艺过程。

二

工艺流程

注塑工艺流程图如下：

1填充阶段

填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。

理论上，填充时间越短，成型效率越高。

但是在实际生产中，成型时间（或注塑速度）要受到很多条件的制约。

填充又可分为高速填充和低速填充。

1）高速填充

高速填充时剪切率较高，塑料由于剪切变稀的作用而存在粘度下降的情形，使整体流动阻力降低；局部的粘滞加热影响也会使固化层厚度变薄。

因此在流动控制阶段，填充行为往往取决于待填充的体积大小。

即在流动控制阶段，由于高速填充，熔体的剪切变稀效果往往很大，而薄壁的冷却作用并不明显，于是速率的效用占了上风。

2）低速填充

热传导控制低速填充时，剪切率较低，局部粘度较高，流动阻力较大。

由于热塑料补充速率较慢，流动较为缓慢，使热传导效应较为明显，热量迅速为冷模壁带走。

加上较少量的粘滞加热现象，固化层厚度较厚，又进一步增加壁部较薄处的流动阻力。

2保压阶段

保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。

在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。

在保压压实过程中，注塑机螺杆仅能慢慢地向前作微小移动，塑料的流动速度也较为缓慢，这时的流动称作保压流动。

由于在保压阶段，塑料受模壁冷却固化加快，熔体粘度增加也很快，因此模具型腔内的阻力很大。

在保压的后期，材料密度持续增大，塑件也逐渐成型，保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止，此时保压阶段的模腔压力达到最高值。

在保压阶段，由于压力相当高，塑料呈现部分可压缩特性。

在压力较高区域，塑料较为密实，密度较高；在压力较低区域，塑料较为疏松，密度较低，因此造成密度分布随位置及时间发生变化。

保压过程中塑料流速极低，流动不再起主导作用，压力为影响保压过程的主要因素。

3冷却阶段

在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。

这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。

由于冷却时间占整个成型周期约70%～80%，因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间，提高注塑生产率，降低成本。

设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加成本；冷却不均匀更会进一步造成塑料制品的翘曲变形。

由熔体进入模具的热量大体分两部分散发，一部分有5%经辐射、对流传递到大气中，其余95%从熔体传导到模具。

塑料制品在模具中由于冷却水管的作用，热量由模腔中的塑料通过热传导经模架传至冷却水管，再通过热对流被冷却液带走。

少数未被冷却水带走的热量则继续在模具中传导，至接触外界后散溢于空气中。

注塑成型的成型周期由合模时间、充填时间、保压时间、冷却时间及脱模时间组成。

其中以冷却时间所占比重最大，大约为70%～80%。

因此冷却时间将直接影响塑料制品成型周期长短及产量大小。

脱模阶段塑料制品温度应冷却至低于塑料制品的热变形温度，以防止塑料制品因残余应力导致的松弛现象或脱模外力所造成的翘曲及变形。

4脱模阶段

脱模是一个注塑成型循环中的最后一个环节。

虽然制品已经冷固成型，但脱模还是对制品的质量有很重要的影响，脱模方式不当，可能会导致产品在脱模时受力不均，顶出时引起产品变形等缺陷。

脱模的方式主要有两种：

顶杆脱模和脱料板脱模。

设计模具时要根据产品的结构特点选择合适的脱模方式，以保证产品质量。

对于选用顶杆脱模的模具，顶杆的设置应尽量均匀，并且位置应选在脱模阻力最大以及塑件强度和刚度最大的地方，以免塑件变形损坏。

而脱料板则一般用于深腔薄壁容器以及不允许有推杆痕迹的透明制品的脱模，这种机构的特点是脱模力大且均匀，运动平稳，无明显的遗留痕迹。

三

重要参数

注塑相关的重要参数如下：

1注塑压力

注塑压力是由注塑系统的液压系统提供的。

液压缸的压力通过注塑机螺杆传递到塑料熔体上，塑料熔体在压力的推动下，经注塑机的喷嘴进入模具的竖流道（对于部分模具来说也是主流道）、主流道、分流道，并经浇口进入模具型腔，这个过程即为注塑过程，或者称之为填充过程。

压力的存在是为了克服熔体流动过程中的阻力，或者反过来说，流动过程中存在的阻力需要注塑机的压力来抵消，以保证填充过程顺利进行。

在注塑过程中，注塑机喷嘴处的压力最高，以克服熔体全程中的流动阻力。

其后，压力沿着流动长度往熔体最前端波前处逐步降低，如果模腔内部排气良好，则熔体前端最后的压力就是大气压。

影响熔体填充压力的因素很多，概括起来有3类：

1）材料因素

如塑料的类型、粘度等；

2）结构性因素

如浇注系统的类型、数目和位置，模具的型腔形状以及制品的厚度等；

3）成型的工艺要素

2注塑时间

这里的注塑时间是指塑料熔体充满型腔所需要的时间，不包括模具开、合等辅助时间。

尽管注塑时间很短，对于成型周期的影响也很小，但是注塑时间的调整对于浇口、流道和型腔的压力控制有着很大作用。

合理的注塑时间有助于熔体理想填充，而且对于提高制品的表面质量以及减小尺寸公差有着非常重要的意义。

注塑时间要远远低于冷却时间，大约为冷却时间的1/10～1/15，这个规律可以作为预测塑件全部成型时间的依据。

在作模流分析时，只有当熔体完全是由螺杆旋转推动注满型腔的情况下，分析结果中的注塑时间才等于工艺条件中设定的注塑时间。

如果在型腔充满前发生螺杆的保压切换，那么分析结果将大于工艺条件的设定。

3注塑温度

注塑温度是影响注塑压力的重要因素。

注塑机料筒有5～6个加热段，每种原料都有其合适的加工温度（详细的加工温度可以参阅材料供应商提供的数据）。

注塑温度必须控制在一定的范围内。

温度太低，熔料塑化不良，影响成型件的质量，增加工艺难度；温度太高，原料容易分解。

在实际的注塑成型过程中，注塑温度往往比料筒温度高，高出的数值与注塑速率和材料的性能有关，最高可达30℃。

这是由于熔料通过注料口时受到剪切而产生很高的热量造成的。

在作模流分析时可以通过两种方式来补偿这种差值，一种是设法测量熔料对空注塑时的温度，另一种是建模时将射嘴也包含进去。

4保压压力与时间

在注塑过程将近结束时，螺杆停止旋转，只是向前推进，此时注塑进入保压阶段。

保压过程中注塑机的喷嘴不断向型腔补料，以填充由于制件收缩而空出的容积。

如果型腔充满后不进行保压，制件大约会收缩25%左右，特别是筋处由于收缩过大而形成收缩痕迹。

保压压力一般为充填最大压力的85%左右，当然要根据实际情况来确定。

5背压

背压是指螺杆反转后退储料时所需要克服的压力。

采用高背压有利于色料的分散和塑料的融化，但却同时延长了螺杆回缩时间，降低了塑料纤维的长度，增加了注塑机的压力，因此背压应该低一些，一般不超过注塑压力的20%。

注塑泡沫塑料时，背压应该比气体形成的压力高，否则螺杆会被推出料筒。

有些注塑机可以将背压编程，以补偿熔化期间螺杆长度的缩减，这样会降低输入热量，令温度下降。

不过由于这种变化的结果难以估计，故不易对机器作出相应的调整。

四

结语

由于汽车轻量化、低能耗的发展要求，汽车零部件的材料构成发生明显的以塑代钢的变化。

从国内外汽车塑料应用的情况看，汽车塑料的用量已成为衡量汽车生产技术水平的重要标志。

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说明：

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